基于DSP的振动信号检测仪

1　系统检测原理

    系统测试如图1所示,当机械工作时,产生的振动信号通过传感器、信号滤波、积分放大电路、A/D采集后进入PC机,对采样信号做FFT变换,从而画出频谱图,通过观察振幅最大处的频率就可以观察振动物体运行情况。系统由硬件和软件2部分组成。硬件包括加速度传感器、信号调理、积分放大电路、A/D转换电路、信号处理及数据传输电路。加速度传感器输出的信号一般为0·1~0·2 mV左右,经过信号调理放大电路后,输出到A/D转换电路,由A/D完成模拟信号到数字信号的转换。

    软件由2部分组成:一是数据采集,数据采集时利用A/D的定时触发采样,并将采样后的数值存储在某个数据文件中;二是数据处理、图形选择和显示。从数据文件中读出数据,在时域图形上显示[2]。用户可以在时域数据基础上,做FFT变换,并显示频谱图。

2　系统设计

2. 1　系统硬件设计

2. 1. 1　振动信号的采集及调理

    在振动参数测量中,加速度传感器可直接感受振动加速度信号,它的输出信号与振动加速度成正比。如果再经过一、二次积分,就可测得振动速度和振动位移。在选择加速度传感器时要注意被测点振动频率上限应小于加速度传感器的安装谐振频率的1/3;在可用频率范围内尽量选用灵敏度高的,同时兼顾环境因素,安装是否方便,加速度传感器的自重对振动的影响等因素;如需测一点不同方向上的加速度可采用三轴向加速度传感器[3]。

2. 1. 2　单电源交流信号放大电路

    为了保证运放输入端电阻对称,使运放的内容单元电路具有合适的静态工作点,在运放输入端一定要加入一直流电位,可以利用稳压芯片LM385来提供。这样运放的输出就是直流电位与输入信号的叠加。第一级放大电路见图2,第二级放大电路见图3。

2. 1. 3　抗混淆滤波器

    一般振动信号频率范围为10 Hz~10 kHz,为减小通频带外的信号对测量结果的影响,防止出现频率混淆,采用MAX7408椭圆滤波器芯片构成10 kHz的低通滤波器。由于10kHz低通滤波器的硬件用RC滤波器做一个初步滤波,然后,通过软件实现10 kHz的精确低通滤波器,减少硬件的、复杂度,也减小系统功耗。

2. 1. 4　A/D转换的实现

    ADS7834是一种具有采样/保持功能,内部参考电压和同步串行接口的模拟/数字转换器,最大采样率达500 kHz,功率消耗仅为11 mW.器件还具有掉电模式,当工作在掉电模式时,功率消耗可进一步降低为2·5 mW.低功耗、小尺寸和高采样率等特点使得ADS7834适用于采用电池供电的系统之中。

    A/D的接口电路如图4所示,信号转换是在DSP中实现的。模拟信号的输入范围可以是0 ~+5 V,输入分辨率为12 Bit,A/D采样时间为350 ns.时钟的最高频率为8MHz.时钟的高电平和低电平都至少要维持50 ns.时钟还必需大于200kHz的最低频率。