机床振动检测系统

目录

绪论 (1)

⒈系统硬件设计 (2)

1.1 单片机的选择 (2)

1.1.1.主要性能 (3)

1.1.2 引脚功能说明 (5)

1.1.3 单片机的时钟电路 (6)

1.1.4 复位电路和复位状态 (7)

1.1.5 A/D转换器的选择 (8)

1.1.6 MCS-51的最小应用系统及总线结构 (10)

专题设计部分

2 传感器 (11)

2.1压电式加速度传感器工作原理 (11)

2.2电荷（电压）放大器 (13)

2.3灵敏度 (13)

2.4 动态信号分析仪 (14)

测振实例

3 对激振台振动的测试 (15)

3.1 对激振台台面运动谐波失真的测量 (16)

3.2 对激振台正弦推力的测量 (16)

3.3 对激振台振动位移的测量 (17)

4 程序及运算 (17)

4.1 线路 (17)

4.2 程序框图 (17)

4.3 工作原理 (18)

4.4 步骤 (18)

4.5 程序 (18)

5 结束语 (20)

机床振动检测系统

绪论

机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。

机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。另一方面，振动也被利用来完成有益的工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。

在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、诊断，对工作环境进行控制。为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械结构的振动分析和振动设计。这些都离不开振动测试。

振动测试包括两种方式：一是测量机械或结构在工作状态下的振动，如振动位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的振动状态，评定等级和寻找振源，对设备进行监测、分析、诊断和预测。二是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和模态等。

振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数，称为振动三要素。

幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。

频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取相应的措施。

相位：振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。

在振动测量时，应合理选择测量参数，如振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重要依据；振动速度决定了噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。速度又与能量和功率有关，并决定动量的大小。

压电传感器的力学模型可简化为一个单自由度质量-弹簧系统。根据压电效应的原理，当晶体上受到振动作用力后，将产生电荷量，该电荷量与作用力成正比，这就是压电传感器完成机电转换的工作原理。压电式加速度传感器在振动测试领域中应用广泛，可以测量各种环境中的振动量。

关键词：压电式加速度传感器、电荷放大器、动态分析仪、振动测量

物体围绕平衡位置作往复运动可产生震动，从频率范围来分，有高频振动、低频振动和超低频振动等。传感器与被测振动加速度的机件紧固在一起后，传感器受机械运动的振动加速度作用，压电晶片受到质量块惯性引起的压力，其方向与振动加速度方向相反，大小由F=ma决定。

在工程振动测量中，压电式加速度计被广泛地应用。它包括三向加速度计、线加速度计、角加速度计等。它具有高动态范围、精度高、工作温度范围宽、安装方便（体积小、重量轻）、内部材料（如石英）不随时间和加速度计的工作状态变化而改变等特点。用加速度计进行振动测量

时，典型的测量系统由加速度计、电荷（电压）和动态信号分析仪组成。

⒈系统硬件设计

1.1、单片机的选择：

图2-1 ：MCS-51的结构框图

由于Intel公司的单片机问世早、产品系列齐全、兼容性强，得到了广泛的应用，目前我国主要使用MCS-51系列的产品，尤以8031为多。这是因为8031无片内ROM、应用灵活、价格便宜。MCS-51是Intel公司的8位系列单片机，包括51和52两个子系列。51子系列有8031、8051、8751;52子系列有8032、8052。52子系列的不同在于它多具有定时/计数器2 及具有256B的内部数据存储器。

1.11 主要性能

● 内部程序存储器：4KB

● 内部数据存储器：128B

● 外部程序存储器：可扩展到64KB。

● 外部数据存储器：可扩展到64KB。

● 输入/输出口线：32根（4个端口，每个端口8根）。

● 定时/计数器：2个16位可编程的定时计数器。

● 串行口：全双工，二根。

● 寄存器区：在内部数据存储器的128B中划出一部分作为寄存器区，分为四个区，每个区8个通用寄存器。

● 中断源：5个中断源，2个优先级别。

● 堆栈：最深128B。

● 布尔处理机：即位处理机，对某些单元的某位做单独处理。

● 指令系统（系统时钟为12MH Z时）：大部分指令执行时间为1us；少部分指令执行时间为2us; 只有乘、除指令的执行时间为4us .

1.12引脚功能说明

图2-1是89C51/LV51的引脚结构图，有双列直插封装（DIP）方式和方形封装方式。下面分别叙述这些引脚的功能。

（1）电源引脚Vcc和Vss

① Vcc（40脚）：电源端，为+5V。

②Vss（20脚）：接地端。

（2）外接晶体引脚XTAL1和XTAL2

①XTAL1（19脚）：接外部晶体和微调电容的另一端。在片内，它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚输入外部时钟脉冲。