[其他]一種微機化的現場動平衡儀

在審

• 申請號: 101985000006632
• 申請日: 1985-09-04
• 公開（公告）號: CN85106632B
• 公開（公告）日: 1988-09-21
• 發明（設計）人: 韋文林;嚴普強;常佶;鐘建平
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 付尚新

一種微機化的現場動平衡儀，用于剛性轉子現場動平衡，測振，機械阻抗測試，傳遞函數分析，諧波分析，故障診斷等。本發明以８位計算機ＣＰＵ為核心，采用數字鎖相技術；（１）實現采樣型窄帶梳狀濾波器，以改善信噪比，②實現外觸發跟蹤采樣，對有用信號成分整周期截取，并使用兩級增益程序控制放大器，使前置濾波及Ａ／Ｄ轉換器有最佳入口電平。再用軟件實現數字相關濾波及平面解算等，最后輸出轉速、幅、相信息。

本發明屬于振動分析儀器、動平衡機和動平衡儀領域。

目前國內外市場尚無同類型的微機化現場動平衡儀。美國N.Bently公司的DVF-2矢量濾波器、日本明石制作所的DEF-E、DEP-F儀器、西德Schenck公司的VIBROTEST、VIBROPORT等儀器都是用模擬電路實現相關濾波，測試不平衡振動的幅值、相角和機組轉速，而較正平面上不平衡量的大小和位置，則用外接或后續計算機進行解算。不僅價格昂貴，功能較窄，而且在信噪比惡劣條件下，測試精度差。微機化動平衡儀的技術關鍵在于：不平衡振動信號的數字化處理有一系列理論和實踐問題需要解決，例如混疊、泄漏、柵欄效應，以及如何保留準確的振幅、相位信息等。欲達到現有模擬電路儀器的精度，需使用12位A/D變換器和16位CPU，這樣，成本將超過現有模擬儀器。

本發明的目的是把數字技術與模擬技術巧妙地結合起來。直接利用計算機技術進行數字相關濾波來測試不平衡振動的幅值、相角和機組轉速，將測振和平面解耦集于一體，解決了上述微機化動平衡儀的技術關鍵，創造一種多功能、高精度、價格低廉（與美國DVF-2的價格比9500人民幣/15000美元）的直正微機化現場動平衡儀。儀器工作頻率：60rpm～60000rpm;幅值動態范圍：80dB（±1mv～±10v）不分檔，由軟件控制自動調整;幅、相誤差分別為5%和3°;能在惡劣信噪比條件下正常工作，實現了儀器的初步智能化。

本發明可以用于剛性轉子的現場動平衡，對測振傳感器的信號進行處理，直接顯示兩個平衡平面的不平衡量大小及相角位置。本發明的儀器還可以直接作為動平衡機的測量、指示部分。利用本儀器的結構原理擴展內存，就可以進行高速、柔性轉子的動平衡。本儀器也是一種振動分析儀，可以直接用于機械阻抗測試、傳遞函數分析、頻譜分析、諧波分析及機械的故障分析等。

本發明是以8位微處理機為核心，對測量信號進行數字相關濾波，提取振動信號中與參考信號（在旋轉軸上的固定標志所獲得的轉速信號）同頻成分的幅值和相角信息，再進行平面解耦計算，最后直接顯示平衡面上不平衡量大小及相角位置，平衡轉速等。本發明采用8位A/D轉換器進行模數轉換，為了保證在惡劣的信噪比和寬廣的動態范圍下能得到良好的幅值和相角測試精度，本發明中利用鎖相環路控制采樣型的窄帶梳狀跟蹤濾波器，并且利用軟件控制一組增益能自動切換的控制放大器。所用的濾波方案既能顯著改善信噪比，又不帶來附加相移。A/D轉換器的入口信號電平在受上述前置濾波放大處理后，便處于最佳匹配狀態，量化誤差最小。A/D轉換器是由鎖相環路提供的倍頻脈沖進行外觸發采樣的，這樣可以在轉速變動時，能自動跟蹤參考信號實現每轉32（或64及其他）次的采樣率，自動消除數字信號處理中的柵欄效應。在微處理機中的只讀存貯器中貯有32（或64及其他）點的正、余弦函數值和可供選擇的窗函數值，因此采樣信號便可和參考的“正、余弦”信號進行數字相關濾波處理，獲得幅值和相角信息（或直角坐標中同相及正交分量）。這種數字相關濾波的帶寬由截取信號的窗寬和平均次數所決定。在平衡轉速下傳感器所測的初始不平衡量被貯存起來。通過在平衡面上加試重，再啟動機組至原平衡轉速，將傳感器測得新的振動值，進行處理，顯示為幅值和相角。本儀器自動把加試重前、后的讀數進行矢量運算，得出所加單位試重的影響系數，然后再經過儀器中固存的影響系數法計算程序的運算，直接顯示旋轉機組原始不平衡的相角位置和幅值（重量或重徑積）。因此籍助本儀器可以直接、簡便地進行現場動平衡。而上面所提的國外儀器是用模擬電路測得振動信號的幅值和相角，再籍助后續或外接計算機（器），才能實現平衡面上不平衡量的解算。對于撓性轉子的多平面動平衡問題，只要對本儀器的計算機內存相應擴展和編制平面解算軟件，也可以方便地實現。對于相同類型的轉子或機組，具有相同的影響系數，則可以調用以前試驗時貯存在儀器中的影響系數，而不要重復加試重，一次啟動即可完成動平衡。