關(guān)于便攜式振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的構(gòu)建及信號(hào)處理的研究.pdf

1、便攜式振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)是一種便攜式振動(dòng)測(cè)量?jī)x器，不僅可以校準(zhǔn)諸如加速度、速度、位移等振動(dòng)傳感器，也可對(duì)由上述傳感器所組成的各種振動(dòng)測(cè)試儀表、振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。該系統(tǒng)具有體積小、精度高、操作簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)，可在現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室使用。 本系統(tǒng)主要由：信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、振動(dòng)臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)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(lái)實(shí)現(xiàn)A/D、控制系統(tǒng)運(yùn)行、同時(shí)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(jìn)行了以下的研究工作： 本文首先從便攜式振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(duì)振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了各參數(shù)的計(jì)算方法。 然后，從工作原理和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的角度對(duì)便攜式振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)中各功能模塊進(jìn)行說(shuō)明。就目前壓電加速度傳感器的工作原理進(jìn)行了說(shuō)明，并介紹了其常見(jiàn)類(lèi)型。壓電傳感器的基本原理是利用壓電材料的壓電效應(yīng)

3、，當(dāng)有力作用于壓電材料上時(shí)，傳感器就有電荷(或電壓)輸出。因此，它可測(cè)量的基本參數(shù)是力，但是也可以測(cè)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(jiàn)的有：厚度變形、長(zhǎng)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(yīng)當(dāng)有相應(yīng)種類(lèi)結(jié)構(gòu)的傳感器，但是目前最常見(jiàn)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(lèi)型，通過(guò)公式推導(dǎo)說(shuō)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(jiǎn)

4、單、元件少、價(jià)格便宜、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是連接電纜長(zhǎng)度對(duì)傳感器的測(cè)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(cè)量精度與電纜長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，高頻、低頻響應(yīng)都比較好，但是價(jià)格較高、電路復(fù)雜、調(diào)整比較困難。根據(jù)便攜式振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的特點(diǎn)及其工作原理，設(shè)計(jì)中采用了電荷放大器作為傳感器的后級(jí)放大器。同時(shí)，根據(jù)電荷放大器的基本工作原理，以及對(duì)通用電荷放大器YE5850的分析，設(shè)計(jì)了便攜式振動(dòng)臺(tái)用電荷放大器實(shí)驗(yàn)電路板。設(shè)計(jì)了基于MSP430F42

5、7的振動(dòng)臺(tái)信號(hào)處理電路板，作為整個(gè)系統(tǒng)的控制模塊，同時(shí)提供A/D通道來(lái)采集電荷放大器輸出的電壓信號(hào)。采用漢字顯示模塊設(shè)計(jì)了良好的人機(jī)交互界面，同時(shí)可以實(shí)時(shí)地顯示振動(dòng)參數(shù)。通過(guò)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(hào)、接地金屬箱屏蔽電荷放大器等，降低外界對(duì)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(cè)試，然后說(shuō)明了整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試方_法及測(cè)試結(jié)果。單元模塊測(cè)試包括兩個(gè)方面：1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了電荷