基于PC机的便携式低频振动测量分析仪

　　1　引言

　　在低频振动测量中,传统的振动传感器不能拾取零点几到几赫兹的超低频信号,采用任何相对位移测量方法都存在着一定困难,因此一直缺乏理想的测量仪器。基于PC机所研制的一种便携式低频绝对振动测量分析仪,具有基本的振动信号测量分析、传感器参数的在线估计和传感器频率特性的数字补偿三项功能,能很好地完成低频振动的测量和分析工作。

　　2　磁电式速度传感器低频频响扩展原理

　　实现一个低频绝对振动的测量仪器,首先要解决传感器的问题。新研制的低频振动传感器用低频扩展网络对磁电式速度传感器的频率特性进行补偿和修正,扩展了低频测量范围。传感器原理如图1所示。

　　如果要求良好的幅频和相频特性,磁电式速度传感器可测频率范围就应选择在固有频率ω0的3~5倍以上。显然,满足不了低频振动测量的要求。一种理想的实现途径是在磁电式速度传感器输出端串接一个低频扩展(校正)电路。若校正电路的传递函数为

　　低频振动传感器将磁电式速度传感器与放大及校正电路进行集成,使传感器既保持了原磁电式速度传感器适于工程应用的特点,又具有测量低频振动的优越性能。若磁电式速度传感器后接放大电路,便是振动速度传感器;若磁电式速度传感器后接积分放大电路,则构成振动位移传感器。

　　在中国计量院标定时,所用磁电式速度传感器的固有频率为3·7Hz,阻尼比为0·8,速度灵敏为320mV/mm·s-1.用校正电路补偿后,传感器的等效固有频率低于0·7Hz.在此基础上,再用数字补偿方法补偿传感器的相位非线性和幅频特性不平滑的情况,可使传感器的输出特性完全类似于一个固有频率为0·2~0·5Hz的传感器。

　　3　仪器的硬件结构

　　便携式低频振动测量仪的硬件结构如图2所示。

　　3·1　估计传感器参数

　　估计传感器参数,需测量传感器的复阻抗特性。仪器是通过控制继电器,改变传感器的连接方式,以选择正常测量或参数估计功能的。进行传感器参数估计时,由D/A产生正弦扫频信号,通过采集D/A和传感器的输出电压,可求出传感器的复阻抗特性。

　　3·2　使用PC机的时钟中断

　　用D/A产生正弦波,对振动信号作等时距采样,都需可变时间间隔的脉冲序列产生硬中断,形成时间基准和采样信号。PC机内定时计数器的零号硬中断IRQ0用于产生时钟信号,正常工作时,其频率为18·2Hz.用软件接管此中断后,可改变频率,用作等时距采样和产生扫频的中断信号。需要注意的是,磁盘操作时,这个中断被用作寻道操作的等待时间基准,因此,当接管和改变了此中断频率时,不能再进行磁盘操作。用完这个中断之后,应该复原。