转子动平衡测试系统相关问题研究

　　1 系统功能要求

　　动平衡测试系统的主要功能就是采集来自传感器的转子不平衡振动信号，经处理后通过模数转换再由处理器计算出转子不平衡信号的幅值和相位信息，最终获取不平衡量的大小和相位[1]。

　　动平衡测试系统一般由以下几部分组成: 机械测振系统( 主要包含传感器和相位信号发生器) 、电子测量系统、校正装置和安全防护装置等。通常对动平衡测试系统有以下几点要求: ①良好的滤波特性; ②良好的抗干扰性和较大的动态范围; ③较宽的频率响应和较高的测量精度; ④可长时间的稳定工作; ⑤操作方便、显示直观。

　　2 系统的整体框架

　　动平衡测试系统总体架构如图 1 所示，其中箭头方向表明为各信号的传递方向。从图中可以看出，统主要包括机械测振、信号处理、数据处理等几部分。机械测振部分主要利用振动传感器检测出转子的不平衡振动信号。信号处理部分包括两路振动信号处理电路和基准信号处理电路，用以实现对振动信号的提取和基准信号的处理。数据处理部分首先通过单片机内部 A/D 转换器对模拟信号进行 A/D 转换，然后处理器利用各种算法实现对转子不平衡信息的精确求解，并完成数据通信等功能。

　　系统的主要工作流程如图 2 所示。图中系统工作方式主要有影响系数的标定，转子不平衡量的测量、数据发送三部分。下面重点分析转子不平衡量的测量过程。

　　操作人员首先把转子放在动平衡机的传感器支承架上，待电机带动该转子作匀速运转，在转动的过程中: ①通过传感器将转子因不平衡而产生的振动信号转换为电信号，该电信号通过振动信号处理电路后被送往单片机内部的 A/D 转换器，将电压信号转换为数字信号，之后利用 DFT 算法对数字信号进行计算求解，并使用相应的数字滤波算法保证精度，精确计算出转左右端面的振动幅值; ②在转子某一端面做上标记，由光电传感对此产生脉冲信号，经基准信号处理电路处理后被送到单片机的 I/O 端口，一可控制单片机内的 A/D 转换器对振动信号进行采集，二可作为基准信号，计算出转子的相位信息; ③利用之前标定好的影响系数求解出转子的不平衡量大小及其相位，并将这些数据通过串口发送给上位机显示处理。其中的上位机是 ARM 的转子动平衡去重控制系统，通过串口与该测试系统进行信息、交互，发送控制命令来设定测试系统的工作方式[2]。上位机在接收到该系统发送的不平衡量后，通过人机交互界面予以显示，然后对不平衡校正的策略进行分析和求解，最终控制去重系统对转子进行加工。