機床振動檢測系統(tǒng).doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請 聯(lián)系網(wǎng)站刪除目 錄緒論.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計.21.1 單片機的選擇.21.1.1.主要性能.3 1.1.2 引腳功能說明.5 1.1.3 單片機的時鐘電路.6 1.1.4 復(fù)位電路和復(fù)位狀態(tài).71.1.5 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇.81.1.6 MCS-51的最小應(yīng)用系統(tǒng)及總線結(jié)構(gòu).10 專題設(shè)計部分2 傳感器.112.1 壓電式加速度傳感器工作原理.11 2.2 電荷（電壓）放大器.13 2.3 靈敏度.132.4 動態(tài)信號分析儀.14 測振實例3 對激振臺振動的測試.153.1 對激振臺臺面運動諧波失真的測量.16 3.2 對激振臺正弦推力的測量.16 3.3 對激振臺振動位移的測量.17 4 程序及運算.174.1 線路.174.2 程序框圖.174.3 工作原理.184.4 步驟.184.5 程序.185 結(jié)束語.20機床振動檢測系統(tǒng)緒論機械在運動時，由于旋轉(zhuǎn)件的不平衡、負載的不均勻、結(jié)構(gòu)剛度的各向異性、間隙、潤滑不良、支撐松動等因素，總是伴隨著各種振動。 機械振動在大多數(shù)情況下是有害的，振動往往會降低機器性能，破壞其正常工作，縮短使用壽命，甚至導(dǎo)致事故。機械振動還伴隨著同頻率的噪聲，惡化環(huán)境，危害健康。另一方面，振動也被利用來完成有益的工作，如運輸、夯實、清洗、粉碎、脫水等。這時必須正確選擇振動參數(shù)，充分發(fā)揮振動機械的性能。 在現(xiàn)代企業(yè)管理制度中，除了對各種機械設(shè)備提出低振動和低噪聲要求外，還需隨時對機器的運行狀況進行監(jiān)測、分析、診斷，對工作環(huán)境進行控制。為了提高機械結(jié)構(gòu)的抗振性能，有必要進行機械結(jié)構(gòu)的振動分析和振動設(shè)計。這些都離不開振動測試。 振動測試包括兩種方式：一是測量機械或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的振動，如振動位移、速度、加速度、頻率和相位等，了解被測對象的振動狀態(tài)，評定等級和尋找振源，對設(shè)備進行監(jiān)測、分析、診斷和預(yù)測。二是對機械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵，測量其受迫振動，以便求得被測對象的振動力學(xué)參量或動態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、剛度、頻率響應(yīng)和模態(tài)等。 振動的幅值、頻率和相位是振動的三個基本參數(shù)，稱為振動三要素。 幅值：幅值是振動強度的標志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法來表示。 頻率：不同的頻率成分反映系統(tǒng)內(nèi)不同的振源。通過頻譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而尋找振源，采取相應(yīng)的措施。 相位：振動信號的相位信息十分重要，如利用相位關(guān)系確定共振點、測量振型、旋轉(zhuǎn)件動平衡、有源振動控制、降噪等。對于復(fù)雜振動的波形分析，各諧波的相位關(guān)系是不可缺少的。 在振動測量時，應(yīng)合理選擇測量參數(shù)，如振動位移是研究強度和變形的重要依據(jù)；振動加速度與作用力或載荷成正比，是研究動力強度和疲勞的重要依據(jù)；振動速度決定了噪聲的高低，人對機械振動的敏感程度在很大頻率范圍內(nèi)是由速度決定的。速度又與能量和功率有關(guān)，并決定動量的大小。 壓電傳感器的力學(xué)模型可簡化為一個單自由度質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)。根據(jù)壓電效應(yīng)的原理，當(dāng)晶體上受到振動作用力后，將產(chǎn)生電荷量，該電荷量與作用力成正比，這就是壓電傳感器完成機電轉(zhuǎn)換的工作原理。壓電式加速度傳感器在振動測試領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，可以測量各種環(huán)境中的振動量。關(guān)鍵詞：壓電式加速度傳感器、電荷放大器、動態(tài)分析儀、振動測量物體圍繞平衡位置作往復(fù)運動可產(chǎn)生震動，從頻率范圍來分，有高頻振動、低頻振動和超低頻振動等。傳感器與被測振動加速度的機件緊固在一起后，傳感器受機械運動的振動加速度作用，壓電晶片受到質(zhì)量塊慣性引起的壓力，其方向與振動加速度方向相反，大小由F=ma決定。在工程振動測量中，壓電式加速度計被廣泛地應(yīng)用。它包括三向加速度計、線加速度計、角加速度計等。它具有高動態(tài)范圍、精度高、工作溫度范圍寬、安裝方便（體積小、重量輕）、內(nèi)部材料（如石英）不隨時間和加速度計的工作狀態(tài)變化而改變等特點。用加速度計進行振動測量時，典型的測量系統(tǒng)由加速度計、電荷（電壓）和動態(tài)信號分析儀組成。1 系統(tǒng)硬件設(shè)計1.1、單片機的選擇：圖2-1 ：MCS-51的結(jié)構(gòu)框圖由于Intel公司的單片機問世早、產(chǎn)品系列齊全、兼容性強，得到了廣泛的應(yīng)用，目前我國主要使用MCS-51系列的產(chǎn)品，尤以8031為多。這是因為8031無片內(nèi)ROM、應(yīng)用靈活、價格便宜。MCS-51是Intel公司的8位系列單片機，包括51和 52兩個子系列。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時/計數(shù)器2 及具有256B的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器。 1.11 主要性能 l 內(nèi)部程序存儲器：4KB l 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器：128B l 外部程序存儲器：可擴展到64KB。 l 外部數(shù)據(jù)存儲器：可擴展到64KB。 l 輸入/輸出口線：32根（4個端口，每個端口8根）。 l 定時/計數(shù)器：2個16位可編程的定時計數(shù)器。 l 串行口：全雙工，二根。 l 寄存器區(qū)：在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的128B中劃出一部分作為寄存器區(qū)，分為四個區(qū)，每個區(qū)8個通用寄存器。 l 中斷源：5個中斷源，2個優(yōu)先級別。 l 堆棧：最深128B。 l 布爾處理機：即位處理機，對某些單元的某位做單獨處理。 l 指令系統(tǒng)（系統(tǒng)時鐘為12MH Z 時）：大部分指令執(zhí)行時間為1us；少部分指令 執(zhí)行時間為2us; 只有乘、除指令的執(zhí)行時間為4us . 1.12 引腳功能說明 圖2-1是89C51/LV51的引腳結(jié)構(gòu)圖，有雙列直插封裝（DIP）方式和方形封裝方式。下面分別敘述這些引腳的功能。 （1） 電源引腳Vcc和Vss Vcc（40腳）：電源端，為+5V。 Vss（20腳）：接地端。 （2）外接晶體引腳XTAL1和XTAL2 XTAL1（19腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在片內(nèi)，它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。 XTAL2（18腳）：接外部晶體和微調(diào)電容一端。在89C51片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端。振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。若須采用外部時鐘電路，則該引腳懸空。 （3）控制信號引腳RST ALE RST（9腳）：RST是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)此輸入端保持兩個機器周期（24個時鐘振蕩周期）的高電平時。就可以完成復(fù)位操作。 ALE/：地址鎖存允許信號端。當(dāng)89C51上電正常工作后，ALE引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率Fosc的1/6。CPU訪問片外存儲器時，ALE輸出信號作為鎖存低8位地址的控制信號。 ：程序存儲允許輸出信號端。當(dāng)89C51/LV51由片外程序存儲器取指令（或常數(shù)）時，每個機器周期兩次有效（即輸出2個脈沖）。但在此期間內(nèi)，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。 /Vpp：外部程序存儲器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當(dāng) 引腳接高電平時，CPU只訪問片內(nèi)Flash ROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令；但當(dāng)PC（程序計數(shù)器）的值超過0FFFH（對89C51為4KB）時，將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)輸入信號引腳低電平（接地）時，CPU只訪問片外ROM并執(zhí)行片外程序存儲器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。然而需要注意的是，如果保密位LB1被編程，則復(fù)位時在內(nèi)部會鎖存端的狀態(tài)。當(dāng)端保持高電平（接Vcc端）時，CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的程序。在Flash ROM編程期間，該引腳也用于施加12V的編程允許電源Vpp（如果選用12V編程）。（4）輸入/輸出端口P0 P1 P2和P3 P0端口：P0口是一個漏極開路的8位準雙向I/O端口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動8個LS型TTL負載。當(dāng)P0口作為輸入口使用時，應(yīng)先向口鎖存器寫入全1，此時P0口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時要先寫1，這就是準雙向的含義。 在CPU訪問片外存儲器時，P0口分時提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。在此期間，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時，P0端口接受指令字節(jié)；而在校驗程序時，則輸出指令字節(jié)。 驗證時，要求外接上拉電阻。 P1端口：P1是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P1作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（Iil). 在對Flash ROM編程和程序校驗時，P1接受低8位地址。 P2端口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅(qū)動4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P2作輸入口使用時，因為有內(nèi)部上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“MOVX DPTR”指令）時，P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行“MOVX R1”指令）時，P2口引腳上的內(nèi)容，在整個訪問期間不會改變。 在對Flash ROM編程和程序校驗期間，P2也接受高位地址和一些控制信號。 P3端口：P3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 在89C51中，P3端口還用于一些復(fù)用功能。其復(fù)用功能如表2-2所列。 在對Flash ROM編程和程序校驗時，P3還接受一些控制信號。 表2- 2 P3各端口引腳與復(fù)用功能表 端口引腳 復(fù)用功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P 3.2 （外部中斷0） P 3.3 （外部中斷1） P3.4 T0（定時器0的外部輸入） P 3.5 T1（定時器1的外部輸入） P 3.6 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P 3.7 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 1.13 單片機的時鐘電路 MCS-51單片機內(nèi)部的振蕩電路是一個高增益反相放大器，引線XTAL 1 和XTAL 2 分別是放大器的輸入端和輸出端。單片機內(nèi)部雖然有振蕩電路，但要形成時鐘，外部還需附加電路。MCS-51單片機的時鐘產(chǎn)生方式有兩種。 (1) 內(nèi)部時鐘方式 利用其內(nèi)部的振蕩電路在XTAL 1 和XTAL 2 引線上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩，用示波器可以觀察到XTAL 2 輸出的時鐘信號。最常用的是在XTAL 1 和XTAL 2 之間連接晶體振蕩器與電容構(gòu)成穩(wěn)定的自激震蕩器，如圖3-1所示。 晶體可在1.212MHz之間選擇。MCS-51單片機在通常應(yīng)用情況下，使用振蕩頻率為6MHz的石英晶體，而12Hz頻率的晶體主要是在高速串行通信情況下才使用。對電容值無嚴格要求，但它的取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振速度有少許影響。C 1 和C 2 可在20100pF之間取值，一般取30pF左右。 (2) 外部時鐘方式 在由我單片機組成的系統(tǒng)中，為了各單片機之間時鐘信號的同步，應(yīng)當(dāng)引入惟一的合用外部振蕩脈沖作為各單自片機的時鐘。外部時鐘方式中是把外部振蕩信號源直接接入XTAL 1 或XTAL 2 。由于HMOS和CHMOS單片機外部時鐘進入的引線不同，其外部振蕩信號源接入的方式也不同。HMOS型單片機由XTAL 2 進入，外部振蕩信號接至XTAL 2 ，而內(nèi)部反相放大器的輸入端XTAL 1 應(yīng)接地，如圖3-2所示。由于XTAL 2 端的邏輯電平不是TTL的，故還要接一上接電阻。CHMOS型單片機由XTAL 1 進入，外部振蕩信號接至XTAL 1 ，而XTAL 2 可不接地，如圖3-3所示。圖 內(nèi)部時鐘電路 圖 HMOS型外部時鐘電路 圖 外部時鐘電路1.14 復(fù)位電路和復(fù)位狀態(tài) MCS-51單片機的復(fù)位是靠外部電路實現(xiàn)的。MCS-51單片機工作后，只要在它的RST引線上加載10ms以上的高電平，單片機就能夠有效地復(fù)位。 (1) 復(fù)位電路 MCS-51單片機通常采用上電自動復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。最簡單的復(fù)位電路如圖3-4所示。上電瞬間，RC電路充電，RST引線端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持10ms以上的高電平，就能使單片機有效地復(fù)位。在應(yīng)用系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需要復(fù)位。如果這些芯片復(fù)位端的復(fù)位電平的要求一致，則可以將復(fù)位信號與之相連。 圖 2-6 簡單的復(fù)位電路 在實際的應(yīng)用系統(tǒng)中，為了保證單片機可靠地工作，常采用“看門狗”監(jiān)視單片機的運行。采用MAX690的復(fù)位電路如圖3-5所示，該電路具有上電復(fù)位和監(jiān)視MCS-51單片機的P 3.3 的輸出功能。一旦P 3.3 不輸出高低電平交替變化的脈沖，MAX69 0就會自動產(chǎn)生一復(fù)位信號使單片機復(fù)位。 圖2-7 MAX690組成的復(fù)位電路 (2) 復(fù)位狀態(tài) 復(fù)位電路的作用是使單片機執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位操作主要是把PC初始化為0000H，使單片機從程序存儲器的0000H單元開始執(zhí)行程序。程序存儲器的0003H單元即MCS-51單片機的外部中斷0的中斷處理程序的入口地址。留出的0000H0002H 3個單元地址，僅能夠放置一條轉(zhuǎn)移指令，因此，MCS-51單片機的主程序的第一條指令通常情況下是一條轉(zhuǎn)移指令。 除PC之外，復(fù)位還對其他一些特殊功能的寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表3-6所示。利用它們的復(fù)位狀態(tài)，可以減少應(yīng)用程序中的初始化編程 。 1.15 A/D轉(zhuǎn)換器選擇 ADC080 9 介紹 ADC0809是一種比較典型的8位8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器CMOS工藝，可實現(xiàn)8路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道地址鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為100s左右，采用雙排28引腳封裝。 圖：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)圖 信號引腳 ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見圖9.8。 對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下： IN 7 IN 0 模擬量輸入通道 ALE地址鎖存允許信號。對應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 START轉(zhuǎn)換啟動信號。START上升沿時，復(fù)位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持 低電平。本信號有時簡寫為ST. A、B、C地址線。 通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對應(yīng)關(guān)系見表9-1。 CLK時鐘信號。ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號 EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC=0,正在進行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志，又可作為中斷請求信號使用。 D 7 D 0 數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。D 0 為最低位，D 7 為最高 OE輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 Vcc +5V電源。 Vref參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為+5V(Vref (+) =+5V, Vref (-) =-5V). ， 圖：A/D轉(zhuǎn)換引腳圖 1.16 MCS-51 的最小應(yīng)用系統(tǒng)及總線結(jié)構(gòu) 構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時只要將單片機接上外部的晶體或時鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖3-8所示，這樣構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單可靠，其特點是沒有外部擴展，有可供用戶選用的大量I/O線。 圖2-10 MCS51單片機的最小應(yīng)用系統(tǒng) 單片機的引線除了電源、復(fù)位、時鐘輸入、用戶I/O口外，其余引線都是為實現(xiàn)系統(tǒng)擴展則設(shè)置的，這些引線構(gòu)成了單片機外部的3總線形式，如圖3-7所示，下面分別予以介紹。 地址總線 地址總線寬度為16位，由P 0 口經(jīng)地址鎖存器提供低8位地址（A 7 A 0 ），P 2 口直接提供高8位地址（A 15 A 8 ）。 由口的位結(jié)構(gòu)可知，MCS-51單片機在進行外部尋址時，P 0 口的8根引綆低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用線。P0口首先將低8位的地址發(fā)送出去，然后再傳送數(shù)據(jù)，因此要用鎖存器將先送出的低8位地址鎖存。MCS-51常用74LS373或8282做地址鎖存器。 數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由P 0 口提供。 控制總線 MCS-51用于外部擴展的控制總線除了它自身引出的控制線RES、 、ALE、 外，還有由P 3 口的第二功能引線：外部中斷0和外部中斷1輸入線 和 ，以及外部RAM或I/O端口的讀選通和寫選通信號 和 。2 傳感器選擇壓電式加速度傳感器作為檢測系統(tǒng)的傳感器。壓電式加速度傳感器是以壓電材料為轉(zhuǎn)換元件，輸出與加速度成正比的電荷或電壓量的傳感裝置。2.1 壓電式加速度傳感器工作原理壓電材料（如石英晶片或壓電陶瓷片）受到機械載荷時，會在某些特定的表面上產(chǎn)生電荷，其電荷量與所受到的載荷成正比。晶體片兩面所帶的電荷量大小相等、極性相反，由于晶體片的絕緣電阻很高，因而壓電晶體片相當(dāng)于一個電容器，其電容量可表示為：Ca=S/；因此晶體片上產(chǎn)生的電壓量與作用力的關(guān)系為：ea=q/Ca=（d11/S）F=（d11/S）Fmsint式中：壓電晶體的介電常數(shù)；S晶體片（構(gòu)成極板）的面積；晶體片的厚度；d11壓電系數(shù)；.F沿晶軸施加的力。壓電式加速度計的晶體片確定后，式中d11、S、都是常數(shù)，則晶體片上產(chǎn)生的電壓量與作用力成正比。測量時，將壓電式加速度計基座與試件剛性固定在一起（安裝基面粗糙度+$,）。當(dāng)加速度計受振動時，由于壓電片具有的壓電效應(yīng)，因此在它的兩個表面上就產(chǎn)生交電荷（電壓）。而此交變電荷（電壓）與作用力成正比，亦即與試件的加速度成正比。這就是壓電式加速度計能夠?qū)⒄駝蛹铀俣绒D(zhuǎn)變成為電量進行測振的原理。壓電式加速度計的等效電路見圖1 圖1 壓電式加速度計的等效電路2.2 電荷（電壓）放大器電荷放大器是針對壓電式加速度計的測量電路，是一種前置放大器，它的輸出電壓正比于輸入電荷。電荷放大器的核心是電荷轉(zhuǎn)換級是一種特殊形式的運算放大器，如圖2所示。其中電容是Ca傳感器的等效電容，Cf是電荷轉(zhuǎn)換級的反饋電容。圖2電荷轉(zhuǎn)換級的電原理圖 根據(jù)運算放大器的理論，開環(huán)增益和輸入阻抗很高的放大器A的輸出電壓eo與輸入電動勢ea的關(guān)系為。圖2中點的電位幾乎為零，是所謂虛地點，因此電容器Ca極板上的q為：則 由上式表明：電荷轉(zhuǎn)換級的輸出電壓正比于輸入電荷。電荷放大器主要技術(shù)指標（如：二級B類電荷放大器）：準確度（205）：2%；下限頻率（3dB）)：0.3Hz；上限頻率（0.5dB）：30kHz；失真率1%；輸入等效噪聲電荷0.1pC。2.3 靈敏度壓電式加速度計的靈敏度是指其輸出電量（電荷或電壓）與輸入量（加速度）的比值。傳感器的靈敏度有兩種表示法：當(dāng)它與電荷放大器配合使用時，用電荷靈敏度Sq表示；與電壓放大器配合使用時，用電壓靈敏度Su表示。其一般表達式如下：2.4 動態(tài)信號分析儀動態(tài)信號分析儀是由硬件和分析軟件構(gòu)成的，能從表示物理量的電信號分析其特性參數(shù)的儀器。分為數(shù)字式FFT 分析儀和模擬式分析儀。數(shù)字式FFT 分析儀是應(yīng)用有限離散時間序列的傅里葉變換原理，利用快速傅里葉變換（FFT）算法程序進行頻譜分析，它可從時域、頻域分析被測信號，具有功能全、分析速度快、測量參數(shù)多、頻率分辨力幅值精度高等特點。圖4 所示為動態(tài)信號分析儀測得的時域波形和頻域頻譜圖。（a） 方波信號和鋸齒波信號的頻譜圖（b） 周期信號的時域波形和頻域頻譜圖4 動態(tài)信號分析儀顯示的時域波形和頻域頻譜圖動態(tài)信號分析儀的主要技術(shù)要求有： 分析儀工作頻率范圍、頻率示值及頻率分辨力誤差，高級分析儀0.01%； 頻譜幅值示值誤差，高級分析儀2%； 分析儀動態(tài)范圍，高級分析儀72dB; 分析儀兩通道之間的一致性，幅值/dB:0.1，相位/（）：1； 功率譜密度PSD示值誤差，高級分析儀4%； 自相關(guān)函數(shù)幅值示值誤差，高級分析儀4%； 幅值線性度誤差，高級分析儀0.025%； 窗函數(shù)的譜窗3dB帶寬B1%；最大旁瓣峰值A(chǔ)：0.5dB；旁瓣譜峰漸近衰減率D：1dB/oct; 分析儀測量的概率密度曲線或概率分布曲線，應(yīng)與理論概率密度或概率分布曲線相一致，所選測量點的概率密度或概率分布值與理論值比較，其誤差10%。3、對激振臺振動的測試激振臺是由正弦波信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦信號給功率放大器放大，被放大的信號作為激勵信號給激振臺，使激振臺進行正弦振動。測量要求：確定激振臺實際的振動加速度、位移、最大推力及振動臺面運動諧波失真度。測試方法：將負載質(zhì)量剛性安裝在激振臺臺面的中心。由壓電式加速度計、電荷放大器、動態(tài)信號分析儀組成的測量系統(tǒng)對振動進行測量。壓電式加速度計采用B&K公司的4321， 電荷放大器采用B&K公司的2626或2635，動態(tài)信號分析儀采用日本小野公司的CF5220。測量系統(tǒng)組成如圖5的所示：3.1 對激振臺臺面運動諧波失真度的測量CF5220設(shè)為平頂窗函數(shù)，線形幅值。依據(jù)失真度定義測出基波及各次諧波后進行計算得出。日本小野公司的CF5220動態(tài)信號分析儀能直接給出基波及各次諧波的幅值及總諧波失真度。3.2 對激振臺正弦推力的測量先計算激振臺振動時加速度峰值：再給激振臺輸入正弦信號，調(diào)整輸入電壓，使激振臺按計算的加速度峰值振動5min，在波形的諧波失真度10%，不撞缸的情況下，用動態(tài)信號分析儀測得實際的加速度峰值，則可計算出激振臺實際最大推力。實際最大推力： F=（ma+md）a,其中ma為激振臺動圈質(zhì)量；md為負載及加速度計質(zhì)量。3.3 對激振臺振動位移的測量位移值可由CF5220動態(tài)信號分析儀測得。日本小野公司的CF5220動態(tài)信號分析儀可直接給出不同頻率下振動的加速度、速度、位移參數(shù)值。4 程序及運算4.1線路1、當(dāng)在應(yīng)變片上施加一力時，引起電橋不平衡，壓力信號轉(zhuǎn)換為微弱的電壓信號，經(jīng)LM324運算放大器，把信號放大至0-5V，作為ADC0809輸入信號。 2、ADC0809能與CPU直接借口，其輸入電壓為0-5V，以A2、A1、A0作為通道地址線，CPU能與0809執(zhí)行寫操作時所村通道地址。 3、從實驗原理圖可以看出“譯碼器”的YC2作為0809片選信號，所以0809地址為：0A000H。4.2 程序框圖4.3 工作原理將金屬絲電阻應(yīng)變片粘附在彈簧片的表面，彈簧片在力的作用下發(fā)生形變，而電阻應(yīng)變片也隨著彈簧片一起變形，這將導(dǎo)致電阻應(yīng)變片電阻的變化。彈簧片受的力越大，形變越大，電阻應(yīng)變片電阻的變化也越大，測量出電阻應(yīng)變片的電阻的變化，就可以計算出彈簧片受力的大小。圖為應(yīng)變片電橋測量電路，由應(yīng)變片的電阻R1和另外三個電阻R2、R3、R4構(gòu)成橋路，當(dāng)電橋平衡時（即電阻應(yīng)變片未受力作用時），R1=R2=R3=R4=R，此時電橋的輸出U。（1/4）（R/R）U（K。/4）U4.4 步驟1、社頂仿真模式為程序空間的仿真器上，數(shù)據(jù)空間在用戶板上。2、“譯碼器”的YC2孔連數(shù)模轉(zhuǎn)換AD0809的CS09孔，“脈沖源”的0.5MHZ孔連AD0809的CLOCK孔，09IN0孔（AD0809的0通道）連AN0孔（壓電式加速度傳感器的輸出孔）。3、硬件調(diào)試：在壓電元件表面施加一力。4、輸入程序，編譯。在讀取AD轉(zhuǎn)換指令后設(shè)置斷點，在壓電元件施加一力，全速運行，如果碰到斷點，再檢查讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，數(shù)據(jù)是否與09VIN0相對應(yīng)，否則應(yīng)查程序或硬件。再全速運行程序，修改程序錯誤使超想-3000KL綜合實驗儀顯示值隨力的大小而變化，直至達到要求。4.5 程序OUTBIT equ 0e101h ;位控制口 CLK164 equ 0e102h ;段控制口（接164時鐘位） DAT164 equ 0e102h ;段控制口（接164數(shù)據(jù)位） IN equ 0e103h ;鍵盤讀入口 LEDBuf equ 40h ;顯示緩沖 Mov sp,#60h Mov dptr,#0e100h ;8155初始化 Mov a,#03h Movx dptr,a Mov 40h,#10h ;顯示緩沖器初始化 Mov 41h,#11h Mov 42h,#11h Mov 43h,#11h Mov 44h,#00h Mov 45h,#00hL00P1: mov r7,#40Vip: 1call DISPLAY Djnz r7,vip Mov a,#00h Mov dptr,#