關(guān)于便攜式振動臺系統(tǒng)的構(gòu)建及信號處理的研究.pdf

1、便攜式振動臺系統(tǒng)是一種便攜式振動測量儀器，不僅可以校準諸如加速度、速度、位移等振動傳感器，也可對由上述傳感器所組成的各種振動測試儀表、振動監(jiān)測系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行校準。該系統(tǒng)具有體積小、精度高、操作簡單、使用方便等特點，可在現(xiàn)場或?qū)嶒炇沂褂谩?本系統(tǒng)主要由：信號發(fā)生器、功率放大器、振動臺、標準壓電加速度傳感器、電荷放大器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、控制及顯示模塊等部分組成。采用具有16bit∑-△A/D模塊的MSP430F427作為核心

2、控制器，來實現(xiàn)A/D、控制系統(tǒng)運行、同時操作漢字顯示模塊顯示相關(guān)參數(shù)等功能。本文各章主要進行了以下的研究工作： 本文首先從便攜式振動臺系統(tǒng)的設(shè)計需求出發(fā)，研究了系統(tǒng)的總體構(gòu)成、工作原理，并據(jù)此對振動臺系統(tǒng)建立數(shù)學模型，推導了各參數(shù)的計算方法。 然后，從工作原理和設(shè)計實現(xiàn)的角度對便攜式振動臺系統(tǒng)中各功能模塊進行說明。就目前壓電加速度傳感器的工作原理進行了說明，并介紹了其常見類型。壓電傳感器的基本原理是利用壓電材料的壓電效應

3、，當有力作用于壓電材料上時，傳感器就有電荷(或電壓)輸出。因此，它可測量的基本參數(shù)是力，但是也可以測量能變換成力的參數(shù)，如加速度等。壓電元件的受力變形常見的有：厚度變形、長度變形、體積變形和剪切變形等幾種。按照以上的變形方式也應當有相應種類結(jié)構(gòu)的傳感器，但是目前最常見的是基于厚度變形的壓縮式和基于剪切變形的剪切式兩種。介紹了與壓電加速度傳感器配合使用的放大器的類型，通過公式推導說明了電荷放大器和電壓放大器的性能差別：電壓放大器具有電路簡

4、單、元件少、價格便宜、工作可靠等優(yōu)點，缺點是連接電纜長度對傳感器的測量精度影響較大；而電荷放大器在一定條件下，使得傳感器的測量精度與電纜長度無關(guān)，高頻、低頻響應都比較好，但是價格較高、電路復雜、調(diào)整比較困難。根據(jù)便攜式振動臺系統(tǒng)的特點及其工作原理，設(shè)計中采用了電荷放大器作為傳感器的后級放大器。同時，根據(jù)電荷放大器的基本工作原理，以及對通用電荷放大器YE5850的分析，設(shè)計了便攜式振動臺用電荷放大器實驗電路板。設(shè)計了基于MSP430F42

5、7的振動臺信號處理電路板，作為整個系統(tǒng)的控制模塊，同時提供A/D通道來采集電荷放大器輸出的電壓信號。采用漢字顯示模塊設(shè)計了良好的人機交互界面，同時可以實時地顯示振動參數(shù)。通過一系列抗干擾措施：PCB板中數(shù)字地和模擬地的走線工藝、屏蔽電纜傳輸信號、接地金屬箱屏蔽電荷放大器等，降低外界對系統(tǒng)的影響提高信噪比。 最后，介紹了各功能模塊的單元測試，然后說明了整個系統(tǒng)的測試方_法及測試結(jié)果。單元模塊測試包括兩個方面：1)通過實驗確定了電荷