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                                    单片机在振动测量仪设计中的运用

                                    添加时间:2020/07/02 来源:电子科技大学 作者:王震寰
                                    本论文设计基于单片机的振动测量仪,可以在发动机运行状态下,全面系统地检测飞机发动机的振动状态,准确有效地分析发动机运行状态和基本性能。
                                    以下为本篇论文正文:

                                    摘 要

                                      航空发动机是飞机重要的组成部分,其性能决定着飞机的飞行安全。目前航空发动机的推力、转速、动强度不断提高,由转子不平和和气体流动等原因引起的振动问题日益突出。发动机的工作状态处在高温、油雾和电磁干扰严重的恶劣环境中,需要选择合适的振动传感器和振动测量仪,迅速准确地测量发动机的振动值。这对提高试验安全性和发动机可靠性具有重要意义。

                                      本论文设计基于单片机的振动测量仪,可以在发动机运行状态下,全面系统地检测飞机发动机的振动状态,准确有效地分析发动机运行状态和基本性能。飞机发动机持续、健康和稳定地运行,为飞机安全飞行和故障排除奠定良好的技术基础。因此论文研究具有十分重要的现实意义。

                                      本文首先分析了国内外现有飞机发动机专用测振仪器的优缺点,针对其存在的问题,设计出了新型的基于 Freescale 的 MC9S12XS128 单片机的振动测量仪,可以克服现有仪器的缺点,详细论述了设计该仪器的理论依据和各硬件?楣δ苁迪值男酒≡褚谰莺偷魇越峁。在硬件设计中,由于 MC9S12XS128 单片机运算速度快,省去了价格较贵的可编程带通滤波器 UAF42AP 并同时优化了电路设计。

                                      通过专用有效值测量电路测量振动速度,频压转换电路测量频率,可以克服计数测频的稳定性差的缺点,然后利用双路 A/D 转换电路进行 A/D 转换,并将转换结果送入 MC9S12XS128 单片机进行数据处理,再利用 LED 驱动芯片 MAX7219 将转换结果通过数码管显示。在软件设计部分,首先介绍了基于 MC9S12XS128 的?榛砑杓屏鞒、A/D 转换及显示程序设计,然后根据测得的数据,分析了仪器的精度、稳定性和改进措施。

                                      最终通过反复模拟测量和验证,本振动测量仪达到了设计的预期目标,使误差在 3%以内,可测频率范围为 10Hz~2000Hz,满足了测量精度和测量范围的要求。

                                      关键词:振动测量仪,MC9S12XS128,传感器,单片机,PCB 电路板

                                    ABSTRACT

                                      Aero-engine is an important part of aircraft, whose performance determines the flight safety of aircraft. At present, the thrust, rotation speed, and dynamic strength ofaero-engine are increasing, the vibration problems caused by rotor unbalance and gas flow are becoming more and more prominent. The engine works in the harsh environment of high temperature, serious oil mist, and electromagnetic interference. It is necessary to select the appropriate vibration sensor and vibration measuring instrument to measure the vibration value of the engine quickly and accurately. This is of great significance to the improvement of test safety and engine reliability.

                                      In this thesis, a vibration measuring instrument based on single chip microcomputer is designed, which can detect the vibration state of aircraft engine completely and systematically with engine in operation, and analyze the running state and basic performance of engine accurately and effectively. The aircraft engine runs continuously, healthily and stably, which lays a good technical foundation for safe flight and troubleshooting of aircraft. Therefore, the study of the paper has a very important practical significance.

                                      This thesis firstly analyzes the advantages and disadvantages of the existing special vibration measuring instruments for aircraft engines at home and abroad. Aiming at theproblems, a new type of vibration measuring instrument based on MC9S12XS128 single chip microcomputer and Freescale is designed, which can overcome the shortcomings of the existing instruments. The theoretical basis of designing the instrument and the chip selection basis and debugging result of each hardware module function are discussed. In the hardware design, because of the high operation speed of MC9S12XS128, the expensive programmable bandpass filter UAF42AP is saved and the circuit design is optimized at the same time. Through measuring vibration speed by special effective value measuring circuit and measuring frequency by frequency-pressure conversion circuit, the disadvantage of poor stability of counting and measuring frequency can be overcomed, and then A/D conversion can be carried out by using two-channel A/D conversion circuit. The conversion result is sent to MC9S12XS128 single chip microcomputer for data processing, and then the conversion result is displayed by digital tube using LED driver chip MAX7219. In the part of software design, the flow chart of modular software design based on MC9S12XS128, the design of A/D conversion and display program are introduced firstly, and then the precision, stability and improvement measures of the instrument are analyzed according to the measured data.

                                      Finally, through repeated simulation measurement and verification, this vibration measuring instrument has achieved the expected goal of the design. The error is less than 3%, and the measurable frequency range is 10Hz~2000Hz, which meets the requirements of measuring precision and measuring range.

                                      Keywords: Vibration measuring instrument, MC9S12XS128, sensor, single chip microcomputer, PCB circuit board.

                                    目 录

                                      第一章 绪 论

                                      1.1 论文研究的背景

                                      航空发动机是飞机架构中的核心组成部分,是一种结构复杂、高速旋转的机械设备,其可靠性直接影响到飞机的飞行安全。随着科学技术的发展,虽然航空发动机的性能得到了不断的提高,但是由于转子不平和气体流动等原因引起的振动问题日益突出,在飞机的设计和组装过程中出现问题时,会导致发动机在运行过程中产生振动,导致发动机磨损和腐蚀[1].同时,发动机的工作状态比较复杂,遭受高温、油雾和电磁干扰等恶劣条件的约束,发动机需要提供良好的机械性能才能保证正常工作,同时也对检测振动特性的技术具有很高的要求,所以选择合适的振动传感器和振动测量仪,迅速准确地测量发动机的振动值对提高试验安全性和发动机可靠性具有重要意义。

                                      发动机振动测量可分为整机振动测量和部件(转子叶片)振动测量,其振动测量设备包括传感器、二次仪表、记录和分析设备。通常利用加速度计和振动测量仪来测量并获取振幅、振动速度和振动加速度等参数,在发动机转子叶片粘贴应变片测量转子叶片振动[2].

                                      振动检测仪在整机振动测量中常采用电阻应变片法、磁电式速度传感器和压电式加速度传感器。电阻应变片法的测试方法比较简单,需要将电阻应变片嵌入到飞机机身某个部位,或粘贴到静止的叶片上?梢远运钦穸榭鼋行藕挪杉,主要由集流器负责完成相关工作,并通过无线发射装置将数据传输到接收器,经过放大处理后可以进行全面分析,该技术的测量精确度比较高,但是准备过程很复杂,测试数据的可靠性较差,而且应变式传感器的使用寿命比较短,对测试环境的适应能力较差,其自身的重量和体积也会影响测试的准确性。磁电式速度传感器检测方法是利用电磁感应原理,将测试设备的振动信号转换成磁电信号,其信号与振动速度成正比,经过信号解调获得振动信息。该方法特别适用于高稳定速度式振动检测,但由于其结构复杂、内部有活动部件、响应频率低、体积大等缺点,不适用于高频范围的测量,其地位正逐步由压电式加速度传感器所代替。

                                      振动检测仪在发动机的振动测试中,使用最多的是压电加速度传感器。该传感器选用高居里温度的压电晶体元件,最高使用温度可以达到 650℃,具有较高的稳定性和可靠性。压电式加速度传感器的工作原理是依据压电材料的压电效应,输出与振动加速度成正比的信号,通过积分电路及二次放大,用示波器显示振动加速度的总和。与其他传感器相比,压电式加速度传感器具有体积小、寿命长、耐高温、灵敏度好、频响高、动态范围宽、抗外磁干扰能力强等优点,频率测试范围达到(0.1~5000)Hz,振动加速度可测范围为(0~105)g,特别适用于发动机整机和部件的宽频带振动测量和分析[3].传感器在发动机恶劣环境条件下工作,采用的电缆需要具备低噪声、抗干扰的有点,能够在比较高温情况行传输数据,也能降低传输过程外部噪声信号的干扰,然后在接收终端进行放大处理,提高信号调制工作的可靠性,真正发挥压电式加速度传感器的优越性。

                                      在自然界中振动无处不在,音叉能发声其实就是因为振动而产生的。一个机器存在运动部件,正所谓有运动就伴随着振动。不同的运动部件会产生不同频率的振动,如图 1-1 所示。

                                      如上图我们可以看出,不同的运动部件出现故障时,通常情况下产生的阶次是不同的,如:转动轴故障一般出现在频率的 0.5 阶,而动平衡的故障出现的振动频率为阶次的 1 阶、2 阶、3 阶等;扇叶类叶片带来的故障出现为转频乘以扇叶数,所以为 6 阶;如果有齿轮类的故障,故障往往和齿数有关,可以在振动较大值附近做一个包罗分析。

                                      根据相关统计数据显示,九成以上的发动机故障产生的主要原因是振动或振动有关。在发动机运行状态下可以比较系统地检验它的各种参数,其中非常重要的一项指标就是振动量的测量。通过全面检测飞机发动机的振动状态,可以准确、有效地分析发动机运行状态和基本性能,从而能够确保发动机的持续、健康、稳定运行,为飞机安全飞行和故障排除奠定良好的技术基础。本文正是在这样的实 际需求背景下提出对单片机的振动测量仪的研究,因此论文研究应用价值很大。

                                      1.2 国内外研究现状

                                      机械振动检测仪在机械制造、电力、化工等行业中被广泛的应用,这些行业中有存在大量的电机、泵、风机、压缩机、变速箱等机械设备在连续工作,通过监测这些旋转机械的振动幅度、频率、方向等物理量的变化,及时掌握设备的工作状态。通常采用在线监测系统对核心设备进行检测,对设备运行状态进行实时监控,对设备的振动加速度、速度、位移等运行参数进行记录和保存,当设备可能出现故障时,系统能够及时进行报警并对故障信息进行采集[4].为故障原因分析提供可靠的数据参考,系统数据库中保存了设备运行数据和故障信息。为设备管理人员对设备运行状态的了解提供支持,使设备管理员能够对设备故障进行预防和及时维修。为设备安全、可靠运行提供了保障,给企业带来了极大的经济效益和社会效益的目的。

                                      1、振动检测仪的研究现状

                                      振动检测仪是一款对机械振动信号进行现场采集、记录和存储的便携式专用设备,通过传感器感受到振动信号,将采集到的原始数据进行记录,然后利用计算机软件进行分析。传感器部署到机械振动测试点,所有的数据都会被及时采集和存储起来,采用外部连接接口连接到计算机软件上,进行读取、存储和分析等操作[5].

                                      振动检测仪在振动监测应用中对于采用旋转部件的机器的状态监测以及电动机、变速器、发电机、鼓风机和涡轮机的故障诊断非常有用。振动检测仪系统的关键部件是传感器,通常是加速度振动传感器或位移传感器,如果需要,可以进行相关的信号调节,数据采集系统能够以足够快的速度同时采样多个通道,通过外部触发器捕获诊断所需要的频率,以便于旋转机构能够在时域或频域处理测量信号并提取感兴趣特征值的分析软件。

                                      振动检测仪是上世纪 70 年代国外一科学家提出的,但当时缺乏相应的测试技术和故障特征知识,所以这项技术没有得到明显的发展[6].随着相关技术的发展和故障诊断实践经验的积累,对机械振动机理和故障产生原因等进行了全面的研究。

                                      通过正向推理的诊断思维模式,解决了振动监测故障原因不明的问题。使故障查询准确率达到了百分之八十[7].

                                      我国从 1960 年开始对发动机检测技术进行研究,1970 年国家成立了专门的研发团队和项目组,对汽车发动机性能检测设备、仪表进行了全面研制。八十年代,随着我国汽车产业的壮大,使我国发动机检测技术得到了开始的发展[8].我国的振动 检 测 技 术 经 过 了 30 多 年 的 发 展 , 在 振 动 故 障 诊 断 方 法 和 故 障 处 理方面积累了丰富的经验。

                                      2、航空发动机振动检测仪的研究现状

                                      航空发动机作为一个高速旋转的机械,工作环境相对比较恶劣,需要在高温、高压、高应力等极端环境下正常、稳定工作。因此,需要合理控制故障发生的概率,提高系统的可靠性。航空发动机故障及时检测和科学诊断能够为发动机长时间安全稳定运行提供一定的安全保障,可以显著降低飞机安全事故的发生概率,降低发动机维护维修成本。因此,飞机发动机振动指标检测成为了目前该领域的研究热点。

                                      在 1950 年之前,主要采用模拟分析法对振动信号进行分析,计算机信息技术的不断发展,提供了良好的数字信号处理平台,振动信号被采集后能够在计算机软件上展示处理,帮助直观分析。通过 FFT 计算方法的应用,节省了大量的计算工作量,使该项技术得到了广泛的应用[8-9].80 年代,英国生产了飞机发动机振动测量仪 UT1130,但在测量精度上存在缺陷,后面又研究生产了基于 LMS Test.lab的航空发动机整机振动测量仪,能够对发动机的振动位移、速度、加速度总量等各种参数进行较为准确的测量,其中应用到了 FFT 快速傅氏变换原理[10].后面国内很多学者对航空发动机振动台展开了许多不同的研究,对振动检测仪的核心处理器、传感器、嵌入式系统等对象进行了研究。进入 21 世纪以后,我国加大了对飞机发动机振动的检测与可靠性的研究,目前在某些领域已经获得了突破性进展,并获得了一系列研究成果,在很大程度上推动了我国空中技术的大跨步前进,特别是高速转子极高频和极低频领域的研究,成绩斐然[11].

                                      目前振动检测仪在振动监测应用中,数据作为模拟信号的形式产生,尽管用户可以将其提取到一系列信号用以汇总数据。根据感兴趣的振动数据,用户可能会不想使用简单的手持式振动计来显示数据趋势时查看单个特征值,再或者用户可能只想查看基线值和趋势,因此他们将仅使用一个或两个模拟信号。

                                      振动检测仪在进行振动测量之前,需要连接一个传感器,这个传感器能够检测正在运行中机器的振动行为。检测过程中可以使用各种类型的振动传感器,但通常使用称为加速度计类型的传感器,因为它可以提供优于其他传感器的性能。

                                      加速度计是一种传感器,其产生的电信号与加速度计所连接的振动组件的加速度成比例。目前振动信号的分析技术的发展目标是精确度和分辨能力能够得到进一步提高,同时对在线监测的实时能力进行提升。

                                      通过对加速度计采集到的振动信号的强弱来判定振动的剧烈与否,加速度计通常有多种贴贴方式,如用双面胶进行粘贴,用螺栓进行刚性紧固,使其紧贴在被测物的表面,不管哪种粘贴方式,目的就是要让加速度计紧贴被测物,从而得到准确的振动幅值。

                                      1.3 论文研究内容与目的

                                      1、论文研究的内容

                                      本论文研究的主要内容是研制一台基于单片机的振动测量仪样机,并投入在实际工作中,具体对以下内容进行研究:

                                     。1)硬件设计①设计出振动测量仪的总体结构;②对整个系统架构进行原理性设计;③选择满足要求的单片机和测量范围满足要求的传感器等硬件;④对硬件电路进行调试。

                                     。2)软件设计:对整个测量仪的程序进行设计,包括 A/D 采集、显示、中止程序等各个分功能?;(3)进行测试、调试和精度的控制分析。

                                      2、研究目的

                                      设计一台振动测量仪,对其进行软硬件目标调试后,测量仪能够测量振动的位移、速度和加速度的测量仪,使测量精度控制在 3%以内,可测频率范围为 10Hz~2000Hz.可以用于航天电子产品应力筛选的振动测量分析。同时,该振动测量仪通过采用传感器将不同频率点上的速度信号转化为电压正弦波,经过一定的信号处理,最终将信号送至单片机,经过一定的软件运算,得到测试结果,提高了其抗干扰性能。该振动测试仪具备成本低,实时性与稳定性好的特点,可适用于低成本专业领域的振动测量系统。

                                      通过使用该振动检测仪检测飞机发动机故障诊断的根本目标是要保证发动机安全、可靠和高效、经济运行,其主要目的为:及时、有效的对发动机故障进行诊断,能够提取对故障进行预防或消除故障;为发动机的运行和维护提供支持。

                                      保障发动机的运行正常和安全,延长发动机的使用时间。为为发动机性能优化和升级改造提供数据和信息。

                                      1.4 论文组织结构

                                      本文将按下面组织结构对基于单片机的自动测量仪技术、设计过程、调试过程等进行研究:

                                      第一章 概述论文研究的主要背景,指出目前航空发动机运行过程产生的振动带来的危害,需要通过检测仪器对振动相关参数进行及时检测,确保发动机的稳定运行,对国内外相关研究情况进行概述,指出论文研究的主要内容和目的。

                                      第二章 对振动测量仪概念、振动测量基础、必要性、测量内容、数据采集过程、故障诊断方法以及在飞机上的应用等内容进行概述。

                                      第三章 对振动测量仪总体结构进行设计,指出振动测量仪的构成和主要功能,明确仪器整体开发流程和硬件设计原理。

                                      第四章 对振动测量仪器进行选型和电路进行设计,明确电路设计过程需要遵循的原则,对各个部件的电路进行详细设计。

                                      第五章 对振动测量仪展开设计,选择合适的单片机,明确软件设计流程,重点编码对 A/D 转换程序和显示程序进行设计与实现。

                                      第六章 对振动测量仪进行抗干扰处理和调试,并对相关数据进行处理和分析,借用振动台来进行振动量的模拟,通过用测量仪来测试,进一步的对测量仪测量值的准确性进行有效的验证。

                                      第七章 总结论文所做研究的主要内容和产品特点,提出存在的不足,对后续研究进行展望和探讨。






                                      第二章 振动测量仪及振动测量概述
                                      2.1 振动测量仪概念
                                      2.2 振动测量仪振动监测的必要性
                                      2.3 振动测量基础
                                      2.4 振动测量仪的测量内容
                                      2.5 振动数据采集过程
                                      2.6 振动测量仪对智能故障诊断方法
                                      2.7 振动测量仪在飞机上的应用
                                      2.8 本章小结

                                      第三章 振动测量仪开发过程设计
                                      3.1 振动测量仪的构成
                                      3.2 振动测量仪的主要功能
                                      3.3 系统总体开发流程
                                      3.4 硬件总体结构设计
                                      3.5 本章小结

                                      第四章 振动测量仪器件选型与电路设计
                                      4.1 传感器选择
                                      4.2 单片机的选择
                                      4.2.1 单片机系统概述
                                      4.2.2 单片机选择原则
                                      4.2.3 16 位单片机 MC9S12XS128
                                      4.3 单片机系统扩展配置原则

                                      4.4 信号处理电路设计
                                      4.4.1 放大电路
                                      4.4.2 速度测量电路
                                      4.4.3 频率测量电路
                                      4.4.4 A/D 转换电路
                                      4.4.5 显示接口电路

                                      4.5 其它重要电路设计
                                      4.5.1 电源电路
                                      4.5.2 时钟电路
                                      4.5.3 复位电路
                                      4.6 PCB 电路板设计
                                      4.6.1 电子元器件的布局
                                      4.6.2 印刷电路板的布线
                                      4.7 本章小结

                                      第五章 振动测量仪软件设计
                                      5.1 单片机 MC9S12XS128 的开发语言
                                      5.2 单片机软件系统设计概述
                                      5.3 单片机 MC9S12XS128 的开发工具与调试
                                      5.3.1 CodeWarrior 开发环境简介
                                      5.3.2 BDM 在线调试
                                      5.3.3 串口调试工具

                                      5.4 软件程序设计
                                      5.4.1 软件设计流程图
                                      5.4.2 A/D 转换程序设计
                                      5.4.3 显示程序设计
                                      5.5 本章小结

                                      第六章 振动测量仪的抗干扰处理与调试
                                      6.1 抗干扰处理
                                      6.1.1 干扰的来源
                                      6.1.2 抑制干扰的措施
                                      6.2 振动测量仪的调试
                                      6.2.1 调试工具
                                      6.2.2 调试方法

                                      6.3 数据处理与分析
                                      6.4 测量数据分析
                                      6.5 整机测试
                                      6.6 本章小结

                                    第七章 总结与展望

                                      7.1 总结

                                      对比本文设计出来的振动测量仪属于机器状态的监测仪器,工作原理比较简单,在微处理器基础之上,主要负责进行振动监测以及轴承状态分析方面。这款仪器操作较为简单,可以设置自动指示状态报警装置,对于检测现场设备运行情况比较适合,同时也可以为维护人员监测设备状态提供相应的服务。借助于该机器,能够将运行中的问题及时检查出来,从而让设备能够正常工作。振动测量仪有着比较强大的诊断功能,可以对频谱进行现场分析,分析多种时域、分析频域、分析倒频谱、分析波德图、分析趋势、分析启;、分析轴心轨迹、分析时间三维谱以及管理数据。借助于该机器,能够从多通道开展在线实时采集、在线监测、现场动平衡、专家自诊断、故障分析诊断等工作。振动测量类仪表在航天、电力、石化、机械制造、冶金、车辆等领域应用广泛。

                                      本论文在飞思卡尔单片机 MC9S12XS128 的基础上对研制的振动测量仪进行了介绍,振动位移的带通测量的时候主要借助 RMS 均方根电路测速度,以及频压转换电路测频获得。在测量的过程中,通过 16 位 AD 转换芯片 ADS7809 进行模 数转换。同时让单片机处理检测结果,然后显示在 LED 界面上。同时,在补偿测量结果的时候,通过软件上针对传感器的频率响应进行,硬件化部分软件功能,从而让单片机的开销降低,让计算误差有效减小,最终让仪器的精度得以充分的保证。在硬件电路运行中,频响带无法处于稳定状态,同时高低截止频率不够理想,需要借助于相应的软件进行处理,这样就能让振动测量仪获得较高的精度,增强抗干扰能力和稳定性,并且操作比较简单。在研制本振动测量仪的过程中能够得出以下结论:

                                     。1)在硬件调试的起初阶段,对信号源输出的正弦波信号进行了应用,在信号输入端上将将信号输出端的两根信号线进行连接,在放大端上获得的放大信号始终不够理想。经过充分分析和验证之后,终于找到其中的原因。在调试的过程中对示波器和信号源并发执行被忽略。因此,在后来的调试过程中,除了将输入端与输出端连接之外,还需要进行接地,这样就让示波器和信号源存在的共同的地得以有效的实现。

                                     。2)电路在前期连接中是正确的,但是 MAX921 并不能将预期中的方波输出,经过分析,估计产生了过大的电压。通过对电位器进行适当调节,在合适的位置能够将方波信号输出。

                                     。3)硬件电路需要的电源电压分别为±5V、±15V.如果供给时采用直流电源,不能让电源的稳定性得以保证,同时无法得到空间最小化的要求。对这些情况进行反复考虑之后,借助于电源?,将电源电压控制在±5V 和±15V,这样就形成了简单的线路,但是获得了稳定的输出电压。

                                     。4)在前期的现场使用过程中,存在较强的电磁干扰源,检流计指针出现摆动,没有处于稳定的工作状态。对干扰源进行分析后,将单片机芯片改为MC9S12XS128.此单片机具有较强的抗干扰和滤波作用,从而既实现了抗干扰、滤波作用,又避免了使用价格昂贵的专用滤波芯片 UAF42,减小了设计成本。

                                     。5)在分析采集到的数据过程中,先前处理数据通过硬件进行,无法有效满足设计要求,在精度上存在一定差异。后期处理数据的时候借助于软件滤波和标度变换算法进行,将这个问题有效进行了解决,从而获得了稳定可靠的数据。

                                      振动测量仪是实现设备状态与故障诊断的重要手段,测量仪的使用提高了生产安全、生产质量和生产效率。对振动测量仪的研究有重要意义和实用价值。根据振动测量仪的总体设计方案,给出了电路方框图,并利用软件设计了 PCB 具体电路,并对电路重要参数进行了分析计算。在硬件方面和软件方面,采用各种抗干扰措施,让测量的精度得到有效的保障,让仪器的可靠性得以提高。在全面了解振动测量仪系统的基础上,在现有加速度传感器、电荷放大器测振系统的基础上,设计了振动测量仪。振动测量仪具有如下主要特点:先进的设计、较低的功耗、可靠的性能、美观的造型、方便使用和携带等。制造中依照国家标准,将获得的测量值比对国际振动烈度标准(ISO2372),可以对设备运行状态进行直接判断。具有高低频分档功能,在振动测量时,便于识别设备故障类型。因为它能够对设备故障技术进行有效的诊断,从而让突发性事故的发生率有效降低,能够将设备的潜力充分挖掘出来,将设备的使用寿命进行延长,同时对维修进行相应的指导,让维修成本相应降低,获取的经济效益是比较明显的。

                                      本文设计的测量仪,主要针对的测量对象是对航天电子类产品在振动试验时进行振动信号的实时监测并反馈信号,如超出电子产品设计的振动量级可及时报警,避免产品电子元件损坏。

                                      目前,国内测量振动的仪器仪表较多,功能上也能够实现对振动信号的采集,但是在专用性是无法与本测量仪相比。

                                      测量精度方面,本仪器通过采用 AD736 有效值芯片,使测量精度控制在 3%以内,而且精度指标不会随着频率值的增加而变化,这满足航天电子产品在飞行过程中所承受的振动频率范围大,误差精度要求高的特点。目前国内的振动测量仪器在测量过程中,特别是在较高频率下,如 1500Hz 以上测量误差会随着频率的增加而变大,这也是本测量仪相对于其他同类仪器较明显的优点。测量的稳定性是航天测试类仪器需要具有的最基本的性能。

                                      频率范围方面,该仪器的频率范围在 10Hz~2000Hz 范围内,而目前市面上测量机械振动的测量仪较多,频率一般为几十到几百赫兹,测量的范围较窄。振动量级方面,本测量仪测量加速度的范围较广,使用不同灵敏度的传感器可测不同范围的加速度值,扩展性能优越。

                                      综上,本测量仪的设计可以专用于航天电子产品进行振动试验中进行筛选试验,确保对电子产品进行全频段的振动参数的整体验证,既满足了科研生产试验所需,又能对电子元件进行有效的;,在应用上具有十分重要的意义。

                                      7.2 展望

                                      设计出来的振动测量仪属于状态监测仪器,其工作原理是在微处理器基础之上,功能主要表现在振动监测分析方面。这款仪器在操作方面较为简单,并且设置了自动指示状态报警装置,对于现场设备运行是比较适合的,也为维护人员监测设备状态提供相应的服务,借助于该机器,能够将运行中的问题及时检查出来,从而让设备能够正常工作。

                                      因为选用的此型号单片机具有集成精度高,可靠性较高,没有较大的体积,接口丰富,具有很强的性能扩展性,在增加了网络?榧拔尴吖δ苣?,就可以进行集中的管控,但由于公司性质原因,不能使用无线传输功能的?,故在测量仪的开发中仅作为单独仪器来进行开发,没有进行网络功能的部分的开发。但在民用商业领域此测量仪如若增加网络功能,将有很大的功能延展性。该型单片机有着很强的控制功能,电压和功耗较低,扩展容易,呈现较高的性价比,因此出现比较广泛的应用。同时,智能化仪器仪表的发展较为迅速,单片机系统逐步应用到消费电子领域和工业控制方面,在计算机技术的基础上,以应用作为中心,并且可以裁减软硬件,对于专用计算机系统在功耗、体积、成本、可靠性和功能方面有着严格要求的非常实用的。伴随着网络技术的进一步发展,需要研制出的仪器在监视、无人值守方面的要求更高。在这样的背景下,可以增加网络功能?,将采集到的数据远程传输到总控中心,以便实时的分析运行状态。随着 5G 通 信商业化,也将大大的促进工业检测领域,网络化、集成化、智能化的集中管控采集测量仪器将是一种趋势,自动控制领域的新的研究方向被单片机技术的发展有效预示,振动仪表在将来的改进中以及相应的发展过程中,肯定会往这个方向不断发展。

                                    致 谢

                                      本论文是在导师朱小芳副研究员的关怀与悉心指导下完成的,通过朱老师的精心指导,让我得以完成此论文,同时也要感谢我的企业导师李勇军高级工程师对我在工作和进行试验中的指导与鼓励。在此,我衷心感谢他们在专业领域和工作上的言传身教,使我受益良多。

                                      感谢计量测试处和环境试验室的各位同仁,该项目的设计与你们对我的帮助和指点是密切相关的。

                                      感谢李路鹏工程师和希尔售后技术支持团队,在试验过程中给予我专业技术支持并在振动学术领域给予我帮助,你们在我论文写作期间给予了我极大的帮助和支持,项目得以完成有你们的一份功劳。

                                      感谢所有给我帮助的人们!

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