基于单片机的发动机振动速度、位移和加速度测量方法

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1 测量原理分析
由于发动机振动速度传感器输出的频率信号与 发 动机振动速 度成正 比 $可 采 用 频 率 测 量 法 $即 通 过 测量发动机传感器的输出频率来得到相应的振动速 度 % 同时 $由发动机振动形成机理和实践经验可知 $ 传 感器的输出频率中混杂有高频和低频噪声信号 $ 为 了 提 高 测 量 精 度$必 须 将 其 过 滤 掉 $因 此 首 先 对 得 到 的 王育虔 *硕士研究生
振动速度信号进行放大和高 # 通滤波处 理 % 振动的速 度 #位 移 和 加 速 度 信 号 之 间 存 在 着 一 定 的 关 系 $将 滤 波后的振动速度信号经过积分$ 可得到振动位移信 号 $ 经过微分 $ 可得到振动的加速度信号 % 为了提高测 量的准确性 $ 通过模拟开关和 #$% 幅值测量元件将上 述信号转化为 E=F 伏的电压信号 $ 再经过 @AB 转化芯 片 $将 电 压 信 号 转 化 为 频 率 信 号 $这 样 可 得 到 非 常 稳 定的频率信号 $然后输入到单片机 &E 引脚进行计数 % 脉 冲 频 率 的 计 数 由 单 片 机 内 部 GH 位 计 数 器 完 成 $计 数 的 闸 门 时 间 &时 基 ’由 晶 振 提 供 $此 设 计 中 还 利用了数字滤波技术来提高转速的测量精度和测量 稳定性 % 在 设 计 中$为 了 提 高 系 统 的 维 护 性 $增 加 了 自 校 功 能 $将 选 择 开 关 打 到(自 校 )时 $由 频 率 信 号 给 定 器 给出频率信号送入系统中 $ 通过看输出结果 来决定是 否进行校正 % 同时为了方便使用 $ 加入灵 敏度系数调 整机制 $ 并在每次系统开 机后自动由 IJK#L$ 加载到 系统的内存 #:$ 中 $ 在调整了灵敏度值 # 系统关机或 突然断电的时候 $ 会由中断程序将当前灵敏度 值保存 到 IJK#L$ 中 $ 方 便 下 次 的 使 用 & 见 图 J 主 程 序 流 程 图 ’% 为保证系统可靠性 $ 看门狗电路也是不可少的 %
! 西安空军工程大学 "
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王育虔 杨纪明 董顺义 李伟
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摘 要 "本 文 介 绍 了 一 种 基 于 单 片 机 的 发 动 机 振 动 速 度 % 位 移 和加速度测量方法& 该方法首先对发动机的振动传感器信 号 进 行 高 %低 通 滤 波 "然 后 通 过 模 拟 开 关 将 其 转 化 为 电 压 信 号 " 再 经 过 #$% 幅 值 测 量 元 件 和 压 频 转 换 器 转 变 成 频 率 信 号"由 单 片 机 对 频 率 信 号 进 行 计 数 %计 算 和 显 示 测 量 结 果 & 对 振 动 速 度 进 行 积 分 和 微 分 "可 得 到 振 动 位 移 和 加 速 度 "实 测结果表明" 该方法可以有效地减少环境因素对电子元件 的 影 响 "提 高 测 量 精 度 & 关键词 " 单片机 ! 振动速度 ! 振动位移 ! 振动加速度 文献标识码 "* 中图分类号 "#$%&’() 文章编号 ")+,’-+./,01++.2+/-++&1-+1
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技 术 创 新
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图 < 主程序
图 ! 5624 中断
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程的定时器 3 计数器 24 和 2$# 它们具有计数器和定时 器两种工作方式和四种工作模式 # 通过设置 状态字 # 可以方便的选择适当的工作方式与工作模式 & 同时 # 单片机设有两个外部中断 # 相应信号输入引脚是 5624 和 562$ #用于输入外部中断源的中断请求信号 $ 在此 # 采用计数器 24 的 $* 位计数模式 # 用于对输入 频率信 号的计数 #2$ 采用定时方式 # 定时时间为 47$8 #9 次定 时 4"98 # 在中断服务程序中读取 24 内容并计算和显示 振动 值 : 具体见图 9#2$ 中断服务程 序 流 程 图 ’ 可 根 据 )5; 开关选择滤波系数和显示刷新率 ($ 显示值由 ;! 口的低四位输出百位显示数据 # 由 ;< 口的高四位输 出 十位显示数 据 #;< 口的低四 位输 出 个 位 显 示 数 据 $ 分别驱动 $9.$! 进行显示 $ !"< 调整开关 灵敏度系数调节通过 562$ 来完 成 # 如图 $ 所示 的粗调或细调信号由一个开关按钮产生 # 即按下 按钮 后产生一个逻辑低电平信号 # 此信号在送往 562$ 引 脚 并 引 起 中 断 的 同 时 # 也 送 到 ;$ 的 高 四 位 # 这 样 # 扩 展了中断源的判断信息 # 在 562$ 的中断服务程序中 # 同时对相应的 ;$ 口的引脚信号进行判断 # 进而 执行 不同的处理程序 # 图略可向作者索取 #562$ 中断服务 程序 $ 同时 # 对调节后的灵敏度值进行边界条件的 判 断 # 即最大值与最小值的判断 $ 若进行粗调或细 调后 所得到的灵敏度系数为 4 或大于 ===# 则系统认为是 不合法 ’ 在第一次上电时的情况 (# 重置为 <44# 然后闪 烁显示 9". 次 $ !"! 存储模块 在 5624 中 断 中 完 成 断 电 保 存 灵 敏 度 系 数 ’>6’ 的 工 作 #’>6’ 分 两 字 节 保 存 #’>6’?@ 存 贮 于 <9149 的 4<4@A ’>6’?B 存贮于 ,<$@ 单元 # 因为 &1’!.$ 系 列单片机中没有内置的 5<1 接口 # 所以 # 采用软件模拟 硬 件 电 路 信 号 的 方 法 # 用 ;! 口 的 两 个 引 脚 来 当 作 ’)(#’1B 信号线 # 接口信号对应关系 )’)( 对应 ;!C4#
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) 引言
在航空发动机中$ 对振动的监控具有重要的作 用 $它 可 以 有 效 的 分 析 发 动 机 的 工 作 情 况 $同 时 振 动 值也是发动机性能评定的重要标准之一 $ 而如何正确 测量发动机 的振动 参 数 $如 振 动 的 速 度 $位 移 和 加 速 度也就成为了一个重要的研究内容 % 本文即从此方向 入手 $ 进行一种方法的论述与实现 %
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!"# 测量振动量
根 据 上 面 的 分 析#进 行 硬 件 的 设 置#绘 制 测 量 系 统的总体框图如图 $ 所示 $ 通过速度传感器得到振动 速度信号后 # 进行放大 和高 % 低通滤波处理 $ 滤波后 # 分为三路 # 一路经过运 放匹配电路 # 得到振动速度信号 # 一路经过积分电路 # 得 到振动位移 信号 #一 路 经 过 微 分 电 路 #得 到 振 动 的 加速度信号 $ 三种信号经过测量选择开关的选择 # 将 欲测量的一路信号通过模拟开关 # 输送到 %&’ 幅值测 量元件 ()*!+ 中 # 将其转化为 ,-. 伏的电压信号 # 再 经过 /01 转化芯片 # 将电压信号转化为频率信号 # 然 后输入到单片机 2, 引脚进行计数 $
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基于单片机的发动机振动速度#位移和加速度测量方法
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