PC仪器扭振测量系统

　　1　引言

　　扭转振动测量及分析的基本内容,就是精确测量出处于各种工作转速下轴系的扭转振动波形和转速信号,并进行波形分析,获得最大振幅和相应的振动频率、振动谐次和临界转速,测定或验算轴系的附加扭转应力,校验轴系的疲劳强度,判断对其他相关零部件的振动影响,根据需要采取针对性的减振和避振措施。与其他仪器一样,扭振测量分析仪器的发展与电子技术及计算机的发展密切相关,可分为3个阶段。

　　70年代以前使用的扭振仪基本上都是以惯性式扭振仪为主的传统仪器。这类仪器结构可靠,测量稳定,在扭振测量技术发展过程中起到了一定作用。但它们除了结构复杂、成本较高、受主观因素的影响很大、安装困难外,分析工作一般只能靠人工完成,既费时,精确度又低。

　　随着电子技术及计算机的发展,国内外相继出现了以非接触式扭振仪为代表的智能仪器,这类扭振仪通过采用磁电(或光电)脉冲原理,使传感器结构相当简单,安装方便,且能与一系列以微处理器为核心的仪器配套,实现测试波形自动采样、自动分析和自动记录。因此,在中高速内燃机的扭振测试中,惯性式扭振仪逐步被非接触式扭振仪所取代。但这类仪器毕竟属于单片机开发技术,受软硬件条件的局限,其分析功能仍然有限,如综合振幅及各谐次振幅随工作转速的变化曲线、扭振三维谱阵图、扭角差曲线等稍为复杂的分析内容仍需靠人工完成。并且由于是高度专业化的仪器,一般价格较为昂贵,维修保养困难。

　　为克服上述两类仪器的缺点,从90年代初开始了扭振测量分析PC仪器的研究,以便充分利用PC机的软硬件资源,把过去靠人工完成的扭振测量分析工作由计算机迅速准确地自动完成。通过努力,于90年代中后期完成了PC仪器内燃机轴系扭振测量分析系统(以下简称TVM系统)的研制工作,并已在生产现场得到了广泛应用。

　　2　TVM系统的工作原理及功能特点

　　TVM系统由传感器部分、TVM计算机插卡和TVM软件包等3个基本部分组成。

　　2·1　传感器

　　采用装在轴系上一齿轮旁的1~2个磁电式传感器(其他任意一种时间深度敏感的传感器均可以,也可以用光电传感器、霍尔传感器、激光扭振仪的光学探头)。其作用是将轴系的转速变化转变成电信号周期的变化,轴每转动1个齿,传感器输出的电压信号就变化1个周期。

　　2·2　TVM计算机插卡

　　其功能是用硬件方法精确测出传感器输出电信号的周期及其变化规律,电路构成见图1。

    传感器输出电压信号Va经过光电隔离、限幅、放大、整形及单稳等电路后变成PPM信号(即定幅、定宽的脉冲位置调制信号)Vs.用Vs的上升沿(对应着齿盘上某一齿正好转过传感器的时刻),作为有效沿去申请中断,将计数器当时的输出值ki记录于锁存器中,并使状态字有效。当状态字有效时,计算机读取锁存器的值,读完后使状态字无效,且置计数器初值为216-1(计数器在最先初始化时,也置为216-1)。该过程循环下去,直到计算机得到所需的数据点数后停止。设高频晶体振荡器频率为fc,程控分频器的分频数为d,则轴转过一个齿的时间(即相邻两次Vs上升沿所对应的时间差)Δt为：