基于虚拟仪器的扭振检测仪设计

　　随着计算机技术的发展,传统仪器开始向计算机化的方向发展。虚拟仪器(Virtual Instrument,简称VI)是20世纪90年代提出的新概念,是现代计算机技术、仪器技术及其它新技术完美结合的产物。虚拟仪器技术的提出与发展,标志着21世纪自动测试与电子测量仪器技术发展的一个重要方向。

　　扭振检测仪的发展经历了机械式盖格尔(Geiger)扭振仪、电感式扭振仪以及非接触式传统扭振仪等阶段,到现在正逐步朝着虚拟仪器的方向发展,利用PC机的强大数据处理功能,使数字化动静态实时测试分析成为了可能。

　　1　基本结构

　　扭转振动是轴系在旋转过程中同时发生的运动现象。设备正常运行时,轴系是按某一平均角速度回转,当出现扭振时,轴系的回转角速度因扭振引起的交变角速度而发生了变化。扭振测量的目的就是要在轴系运转过程中,消除平均角速度的影响,测取由交变角速度而反映到轴段表面的变形弧长或对轴心之扭角。通常所测得的动态参数,可以是测点处的扭振振幅变化规律,也可以是该点的应力变化规律。通过扭振仪的测量,一方面要知道轴系中每一截面(一般找若干个关键截面)处扭转变形的大小,同时要测出这个扭转变形是哪一次激振力矩作用产生的,即该次的简谐次数、扭振频率和临界转速,以及某临界转速附近振动的振幅值大小等等。为此,扭振仪基本上应由以下部分组成:

　　(1)取振装置它的作用是准确地感受轴的扭振现象,并能将它以某一形态的参数准确地向外传递。

　　(2)记录装置将取振装置传递来的参数,改变成可供记录的形态,并将其记录下来。

　　(3)辅助信号装置提供辅助信号(定频信号,转速信号或时间信号等),以助于测试波形的分析。

　　(4)自动频谱分析装置比较测试信号和标准信号(早期扭振仪不带此功能)。

　　2　测量原理

　　根据船舶中小型柴油机的测试要求及成本和安装的考虑,本机信号采集的传感器采用光电式传感器,光电式传感器主要由两部分组成:测速齿轮盘和一对发光、光敏二极管。下面介绍其扭振测量原理:若齿轮齿数为K,当轴系平均转速为n时,传感器感应出的脉冲波重复频率为f=Kn/60,设扭振角位移为

　　于是扭振引起的转速变化为

　　当转轴扭振时,传感器上产生的脉冲重复频率为

式中: f1为平均转速分量; f2为扭振引起的频率变化分量,脉冲波推动单稳态电路工作后,输出恒幅、恒宽的矩形脉冲,脉冲的重复频率仍为f,在通过低频滤波,把矩形脉冲波平均,其平均电压值为

式中: t0为矩形脉冲持续时间; T为矩形脉冲周期,T=1/f; E0为矩形脉冲峰值。因此,上式可写为