振動信號數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的研制

1、便攜式振動信號數(shù)據(jù) 采集與處理系統(tǒng)的研究摘要本課題采用自行開發(fā)的振動信號數(shù)據(jù)釆集板與PC104相結(jié)合的集成技術(shù)，研制了一便攜式振動信號數(shù)據(jù)釆集與處理系統(tǒng)，著重解決了目前兩個比較難以解決的問題：一是采集同一機組的不同測點時，釆集到的信號間的相位如何保持一致的問題；二是在轉(zhuǎn)速不恒定情況下，怎樣實現(xiàn)抗混疊濾波的問題。論文簡要介紹了目前便攜式振動信號數(shù)據(jù)釆集與處理系統(tǒng)的發(fā)展 及國內(nèi)外的現(xiàn)狀及本課題的現(xiàn)實意義；提出了實現(xiàn)本系統(tǒng)的可能方案 及最終方案的選擇；研制了該系統(tǒng)的硬件電路，主要包括：信號輸入 模塊、信號調(diào)理模塊、信號釆集模塊、信號處理模塊；設(shè)計了 下數(shù)據(jù)采集板的驅(qū)動程序；給出了該系統(tǒng)的軟件設(shè)計整體

2、框架及所要 完成的功能。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集，信號調(diào)理，抗混疊濾波，鎖相環(huán)RES EARCH ON A P ORT ALBE VI BROS I GNALA C Q UI S I T I O N A ND P R O C E S S I NG S YS T E MABS T RACT A p o r t a b l e v i b r o s i g n a l a c q u i s i t i o n a n d p r o c e s s i n g s y s t e m i s r e a l i z e d , . b a s e d o n p c 1 0 4t e c h n o

3、l o g y a n d t h e p o r t a b l e v i b r o s i g n a l d a t a a c q u i s i t i o n b o a r d w h i c h i s d e v e l o p e da c c o r d i n g t o t h e f i e l d r e q u e s t s . T h e s y s t e m f o c u s e s o n s o l v i n g t h e p r o b l e ms o f k e e p i n gc o n s i s t e n t a m o n

4、 g s e v e r a l s i g n a l s ' p h a s e s i n a c o m p l e t e s a m p l i n g p e r i o d a n d o f s e l f -a d a p t i o n a n t i - a l i a s i n g f i l t e r i n g w h e n t h e w h e e l r o t a t i o n a l s p e e d i s n o t c o n s t a n t . T h e d e v e l o p me n t o f p o r t a

5、 b l e v i b r o s i g n a l a c q u i s i t i o n a n d p r o c e s s i n g s y s t e m s i sb r i e f l y i n t r o d u c e d a s we l l a s t h e d o me s t i c a n d f o r e i g n c u r r e n t s i t u a t i o n , w h i c h r e v e a l st h e s i g ni f i c a n c e o f t h i s r e s e a r c h .

6、I n t e r m s o f s y s t e m d e s i g n , s e v e r a l s o l u t i o n s a r ep r o v i d e d a n d b y c o m p a r i s o n t h e o n e b a se d o n p c l 0 4 i s p r e f e r a b l e t o o t h e r s . T h eh a r d w a r e d e s i g n s o l u t i o n i s e l a b o r a t e d w h i c h i n c l u d e

7、 s s i g na l i n p u t mo d u l e s , s i g na lc o n d i t i o n i n g mo d u l e s , d a t a a c q u i s i t i o n mo d u l e s a n d s i g na l p r o c e s s i n g m o d u l e s . T h ed r i v e r d e s i g n o f t h e d a t a a c q u i s i t i o n b o a r d i n t h e Wi n C E o p e r a t i n g

8、s y s t e m i s p r o v i d e df o l l o w e d b y t h e i n t r o d u c t i o n o f s o f t w a r e d e s i g n f r a m e a n d f u n c t i o n .K E Y WO R D S : D a t a A c q u i s i t i o n , D i g i t a l S i g na l s P r o c e s s , S e l f - a d a p t i o n a n t i - a l i s i n gf i l t e r ,

9、 P h a s e l o c k e d l o o p ( P L L )第一章 前言1.1課題的意義和來源離心壓縮機是石化企業(yè)中很普遍、很關(guān)鍵的設(shè)備，其特點是，工作時都有轉(zhuǎn)子在高速運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的價格在整臺設(shè)備費用中占相當(dāng)大的比例，由轉(zhuǎn)子故障造成 的損失也在設(shè)備故障的總損失中占有很大的份額。例如1985年我國大同電廠和1988年我國秦嶺電廠的200MW汽輪發(fā)電機組的嚴(yán)重斷軸毀機事件，都造成了巨大的經(jīng)濟損失。嚴(yán)重的教訓(xùn)迫使人們配置相應(yīng)的監(jiān)測和診斷系統(tǒng)，開展和加強對轉(zhuǎn)子運行狀態(tài)的監(jiān)測和故障診斷以完成以下的功能：1.及時發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子故障的早期征兆，以便釆取相應(yīng)措施，將故障消滅在萌芽狀態(tài)，減少或避免重

10、大事故的發(fā)生，提高設(shè)備運行的可靠性、安全性和有效性，以期把故障損失降低到最低水平；2，一旦發(fā)生故障，自動記錄故障過程的完整數(shù)據(jù)資料以便事后的故障原 因分析避免再發(fā)生同類故障：3記錄下轉(zhuǎn)子運行全過程的狀態(tài)變化情況，反映出轉(zhuǎn)子系統(tǒng)各部分的劣化 程度和原因為確定維修時間制定維修計劃提供依據(jù)，為設(shè)備結(jié)構(gòu)修改、優(yōu)化 設(shè)計、合理制造及生產(chǎn)過程提供數(shù)據(jù)和信息；4取得設(shè)備壽命周期的大量數(shù)據(jù)，可充分了解設(shè)備性能保證設(shè)備發(fā)揮最 大的設(shè)計能力制訂合理的檢測維修制度，以便在允許的條件下充分挖掘設(shè)備潛 力延長服役期限和使用壽命降低設(shè)備全壽命周期費用；5隨時掌握設(shè)備性能的發(fā)展變化情況，為逐步實現(xiàn)定期強迫維修制度向預(yù) 知維

11、修制度的過渡提供條件。因此，設(shè)備故障診斷應(yīng)包括如下幾個主要環(huán)節(jié)：1.機械設(shè)備狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測；2，進行信號處理，提取故障特征信息：3丨確定故障類型和發(fā)生部位；對確定的故障作防治處理或控制。1.2國內(nèi)外的相關(guān)硏究目前國內(nèi)外很多企業(yè)工廠都為大型轉(zhuǎn)子配備了監(jiān)測和診斷系統(tǒng)，由此帶來的 經(jīng)濟效益十分可觀。例如石化系統(tǒng)的30萬噸合成氨廠，過去每年需大修一次，需 時45天，檢修費用占年產(chǎn)值15義。釆用故障診斷后改為三年內(nèi)修二次，一次不 到30天，檢修費用降為年產(chǎn)值的。/。，經(jīng)濟效益十分巨大【1】。因此可以看出，監(jiān) 測和診斷系統(tǒng)保證了設(shè)備的安全可靠運行，并獲取很大的經(jīng)濟效益和社會效益。近年來計算機迅速發(fā)展，性能

12、不斷提高。以出似-？。系列微機為例，內(nèi)存 貯量和外存貯量不斷擴大運算速度大大加快；輸入輸出接口和設(shè)備的靈活配置 使得以微機為基礎(chǔ)的系統(tǒng)建立越來越容易；豐富的支持軟件使得用戶的各種需求 得到更好的滿足【3】。這就從軟硬件上保證了用微機實現(xiàn)轉(zhuǎn)子監(jiān)測和診斷的可行性。 診斷裝置或系統(tǒng)是設(shè)備故障診斷的手段和工具，隨著電子技術(shù)和計算機的發(fā)展而 得到了很大的發(fā)展。綜合看來，旋轉(zhuǎn)機械診斷系統(tǒng)的硏制和發(fā)展大體上可分為五 個層次：傳感器便攜式檢測儀器和分析儀器在線監(jiān)視儀表系統(tǒng)，計算機化的 監(jiān)測分析與診斷系統(tǒng)，智能化診斷系統(tǒng)等。傳感器是診斷裝置的“眼”和“耳”，它關(guān)系到整個設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷 結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確

13、性。在振動機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中所用的傳感器通 常有振動、電渦流、光電傳感器等。各種便攜式的檢測儀器和分析儀器有振動測量儀、溫度檢測儀、軸承檢測儀 等。目前各種便攜式數(shù)據(jù)釆集器高性能的頻譜分析儀，在線監(jiān)測儀表系統(tǒng)和計 算機化的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、分析及診斷系統(tǒng)巳經(jīng)使用的比較多。智能診斷系統(tǒng)是在傳統(tǒng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上結(jié)合人工智能和專家系統(tǒng)這一最新科學(xué)技 術(shù)而發(fā)展起來的。雖然它的開發(fā)歷史不長但80年代以后得到了迅速的發(fā)展，在 機電方面，一些國際知名的大公司投入大量的人力物力，開發(fā)了一批有代表性的 智能診斷系統(tǒng)，如1982年6003.1(11&公司硏制的用于診斷和處理核反應(yīng)堆的故 障診斷專家系統(tǒng)尺2

14、八丁0尺；06公司用于內(nèi)燃電力機車故障排除的專家系統(tǒng) 061人；1985年她等人研制的透平機械故障診斷專家系統(tǒng)丁似人 1987 年知等人硏制的透平壓縮機組故障診斷專家系統(tǒng)；！989年0權(quán)記開發(fā)的旋轉(zhuǎn) 機械故障診斷專家系統(tǒng)；1993年86份公司研制的工程師輔助系統(tǒng)等等。國內(nèi)在近10多年來在引進、消化國外先進技術(shù)基礎(chǔ)上在分析設(shè)備方面已北京化工大學(xué)研究生學(xué)位論文生產(chǎn)出一批先進的產(chǎn)品，如天津電子儀器廠與美國亞特蘭大的3？3分部合作生產(chǎn) 的30375型？丁分析儀和803802忍0380以30385分析儀；與美國01八0尺03丁公司合作生產(chǎn)？1202及？1318等高技術(shù)？丁分析儀。 此外，國內(nèi)一批髙校、研

15、究所及有關(guān)工廠正在大力開發(fā)計算機檢測與診斷系 統(tǒng)及各種各樣的便攜式數(shù)據(jù)釆集器，與國外相比雖然起步較晚，但是發(fā)展速度 很快，出現(xiàn)了不少有代表性的系統(tǒng) 1.3本論文的主要研究內(nèi)容在本課題中，釆用具有的強大數(shù)據(jù)處理功能及豐富外設(shè)的PC104板配上根據(jù)現(xiàn)場要求自行硏制的數(shù)據(jù)釆集卡實現(xiàn)了一個便攜式的振動信號數(shù)據(jù)釆集、分析、處理系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)采集卡上，著重解決了目前難以解決的數(shù)據(jù)釆集信號間同相位的問題以及由于轉(zhuǎn)速不同（包括機型不同及同一機械在起停機時轉(zhuǎn)速不同而使抗混疊濾波截止頻率不同的問題。？004功能較之普通？(：并不遜色但是 它的集成化程度髙，體積小因此決定了它特別適合于工控界及嵌入式系統(tǒng)中的 應(yīng)用而且

16、它的(：？!；也支持多種操作系統(tǒng)。為了幵發(fā)方便上位機操作系統(tǒng)選用編程軟件選&(。十+利用訥！豐富的系統(tǒng)資源及丑！朋乂 匸+強大的幵發(fā)功能實現(xiàn)包括時域分析、頻域分析（幅值譜、功率譜、帶窗 函數(shù)選擇、譜平均、坐標(biāo)選擇功能軸心軌跡、包絡(luò)譜分析、倒頻譜分析、啟停 機狀態(tài)分析三維瀑布圖、波德圖、奈奎斯特圖、軸心位置圖、歷史趨勢分析日 趨勢、周趨勢、月趨勢、年趨勢等功能為進一步的故障診斷提供依據(jù)。第二章開發(fā)背景及需求分析2.1開發(fā)背景“便攜式”是隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)、微電子技術(shù)的快速發(fā)展而對電子產(chǎn)品研制的一個新的挑戰(zhàn)，它不僅要求產(chǎn)品體積小，功耗低，便于攜帶，而且還 要求它們功能強，如速度快，操

17、作方便，信息內(nèi)容豐富，人機界面友好，與其它智能外設(shè)接口簡單，通訊方便等等。因此如何在有限的空間里實現(xiàn)如此多的功能對設(shè)計者都是一個不小的挑戰(zhàn)。本文所說的便攜式故障診斷儀是面向大型旋轉(zhuǎn)機械振動信號數(shù)據(jù)釆集、分析， 從而實現(xiàn)診斷的目的而幵發(fā)的。由于它的專業(yè)性及特殊性，筆者僅從這一角度來 說明。有需求才能帶動研發(fā)，而研發(fā)也會促進需求，二者是互為補充和互為促進 的。2.2需求分析目前旋轉(zhuǎn)機械的應(yīng)用廣泛，而且當(dāng)機械一旦投入運轉(zhuǎn)，如果不是特殊的原因，就不能停止工作，這就對它們運轉(zhuǎn)的可靠性及安全性提出了一個要求。如何保證它們能夠無故障的連續(xù)運轉(zhuǎn)，及早發(fā)現(xiàn)隱患，是防止出現(xiàn)危險的一個好的措施。 故障診斷就是基于這

18、樣的理念而提出來的。目前很多大型工廠都配置了大型的故 障診斷專家系統(tǒng)，它們功能強大，知識庫豐富，診斷能力強，但是它們也有一些 弱點，如不易攜帶，不夠靈活，操作復(fù)雜。而便攜式故障診斷儀恰恰彌補了大型 故障診斷專家系統(tǒng)的這些缺點，雖然它的功能還不如大型故障診斷專家系統(tǒng)豐富， 但是仍可以解決大部分的故障診斷。因此目前許多廠家把大型故障診斷專家系統(tǒng) 和便攜式故障診斷儀相結(jié)合使用，大大提髙了故障診斷的成功率和效率，將許多 隱患消滅在無破壞狀態(tài)，避免了許多大的災(zāi)難。因此，本課題所研究的便攜式故 障診斷儀有實際需求背景，可以預(yù)測它的前景是旺盛的和光明的。第三章方案的比較與選定3.1設(shè)計的要求設(shè)計要求產(chǎn)品的開

19、發(fā)周期短，功能豐富，擴展性能好，在同類產(chǎn)品中要有較高的性價比，從而有較髙的競爭力，也就是說要具有下面二點要求： 使用最新技術(shù)提高性能和集成度； 成本低；開發(fā)周期短。下面的軟硬件方案設(shè)計都是基于以上考慮而進行的。3.2設(shè)計方案流程圖從本課題所要完成的任務(wù)可以把設(shè)計分成兩個階段來完成，硬件和軟件，故此，設(shè)計可以按照如圖3-1所示的系統(tǒng)設(shè)計的流程進行。此方案的出發(fā)點是：因為在大型旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)測中，數(shù)字信號處理部分比較多，涉及到頻譜分析、數(shù)字濾波、自相關(guān)和卷積等一系列需要數(shù)字信號處理器 比較容易完成的工作，因此可以釆用080+0？??？。八)的方案，邏輯控制完全由 一片CPLD來完此方案的缺點是硬件設(shè)

20、計工作量大，開發(fā)周期較長，系統(tǒng)可擴展性能較差3.3.2 PDA方案此方案是基于開發(fā)周期短而考慮的，是在PDA上進行二次開發(fā)，需要完成的工作是設(shè)計數(shù)采板卡和軟件。缺點是PDA由于是一種成型的產(chǎn)品，雖然PDA的體積小，功耗低，帶有操作系統(tǒng)，但是在性能擴展方面不是很靈活。 3.3.3筆記本方案筆記本方案是以筆記本為核心，配備一定的外圍裝置而構(gòu)成的便攜式數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)。其優(yōu)點是外部資源豐富、系統(tǒng)組成靈活、存儲容量大、支持軟件多、軟 件更新快等特點，其缺點是目前許多基于筆記本的數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)需要配置價格昂 貴的專用擴展箱，由于不同廠家的筆記本的總線擴展槽標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，有的甚至不 能配擴展箱，這使得此類系統(tǒng)在價

21、格及通用性方面受到限制。 3,3.4 PC104 方案目前，多數(shù)幵發(fā)者傾向于盡可能多地使用現(xiàn)成的硬件和軟件，以縮短開發(fā)周期和使用最新技術(shù)。然而，在PC104模塊出現(xiàn)之前，沒有合適的嵌入式微機供選 擇，除非使用髙成本和體積大的總線板卡象12、似11衍或3丁0等產(chǎn)品。因 此，常常要從芯片設(shè)計做起。在本課題的初步設(shè)計階段，我們就曾面臨著幵發(fā)周期短，技術(shù)復(fù)雜度高的難 題，通過權(quán)衡考慮，我們放棄了髙性能口？+：?!等需要復(fù)雜配件設(shè)計的方案及 釆用筆記本加數(shù)釆卡和？0八二次幵發(fā)等方案，而是釆用了 ？0104做為核心中央 處理器的方案，將主要精力放在數(shù)據(jù)采集板及板卡驅(qū)動和應(yīng)用軟件的設(shè)計上。 ？0104嵌入式

22、計算機模塊系列是一套成本低，高可靠性，能迅速配置成產(chǎn)品的結(jié) 構(gòu)化模塊。由于與通用的？0和？(：/八I標(biāo)準(zhǔn)（記它丑-？?)完全兼容，可以很快掌 握其軟、硬件的使用，而且費用低、風(fēng)險小。并且能縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，體現(xiàn)最 新技術(shù)。3.4軟件方案的選擇目前，各種各樣的嵌入式系統(tǒng)及基于其上的豐富應(yīng)用軟件為便攜儀的開發(fā)提 供了極大的便利，從而使幵發(fā)者不再需要從底層幵發(fā)費時、費力的軟件，而完全 可以將精力放在頂層應(yīng)用軟件的幵發(fā)上。 3.4.1嵌入式操作系統(tǒng)的選擇嵌入式操作系統(tǒng)要求要有良好的可移植性，能夠用在根據(jù)應(yīng)用要求選擇的微處理器中：軟件開發(fā)工作變得規(guī)范，容易測試，可實現(xiàn)模塊化編程，同時由多個 人共同完成一

23、個任務(wù)；解決己往幵發(fā)產(chǎn)品存在的諸多不安全隱患。很多軟件廠商 迎合嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的需要，推出了多種不同特點的嵌入式操作系統(tǒng)。例如 M i c r o s o f t 公司的Windows CE , 3 C O M公司的P a l m O S , S y m b i a n 公司的E P O C ,中科院凱思集團的H O p e n 以 及L i n u x 等。 3.4.2 Windows CE操作系統(tǒng)Windows CE操作系統(tǒng)是微軟為實現(xiàn)“信息隨手可得”的設(shè)想而努力開發(fā)的成 果。通過Windows CE，微軟提供了標(biāo)準(zhǔn)的幵放式平臺，極大地減少了硬件制造商（IHV)、軟件開發(fā)商（SHV)以及最

24、終將釆納新一代非PC技術(shù)解決方案的客戶多方之間的矛盾。Windows CE是一個功能強大的開放的32位實時嵌入式操作系統(tǒng)，適用于怏速構(gòu)建新一代內(nèi)存少、體積小的智能設(shè)備。例如工業(yè)控制器、手持式設(shè)備、智能電話、機頂盒和零售點設(shè)備等。目前的掌上電腦（PDA）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS、車載PC（Auto PC）有很多釆用Windows CE操作系統(tǒng)。3.4.2.1 WinCE操作系統(tǒng)特點Windows CE是一個搶先式多任務(wù)并具有強大通信能力的嵌入式操作系統(tǒng)。它是一個全新的、可移植的、實時的、模塊化的操作系統(tǒng)，具有流行的微軟程序開發(fā)界面，提供許多快速開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的工具。（1）新

25、內(nèi)核Windows CE看上去和Windows 9X/NT很像，但它不是這些操作系統(tǒng)的簡化版,也不是從這些系統(tǒng)移植過來的。Windows CE具有全新的內(nèi)核和任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理策略。(2)可移植性由于Windows CE操作系統(tǒng)幾乎完全是用C語言編寫的，所以可移植到眾多處理器中：軟件開發(fā)工作變得規(guī)范，容易測試，可實現(xiàn)模塊化編程，同時由多個 人共同完成一個任務(wù)；解決己往開發(fā)產(chǎn)品存在的諸多不安全隱患。很多軟件廠商迎合嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的需要，推出了多種不同特點的嵌入式操作系統(tǒng)。例如Microsoft 公司的Windows CE , 3COM公司的Palm OS, Symbian公司的EPOC ,中科院

26、凱思集團的HOpen以及Linux等。的32位微處理器上；支持各種處理器家族，包括x86,PowerPC,ARM,MIPS和SH等系列。微軟為每個支持的處理器家族提供完整的系統(tǒng)庫。Windows CE可以通過OEM適配層OAL(OEM Adaptation Layer)適配到任何硬件平臺。OAL是駐留在CE內(nèi)核和硬件之間的代碼層。原始設(shè)備制造商使用這些代碼把CE適配到自己的硬件上。OAL鏈接CE的內(nèi)核和定制的硬件。（3）實時性Windows CE2.1及其以前的版本實時性能不強，但Windows CE3.0及以后的版本實時性能得到明顯改善。Windows CE 3.0的實時性能主要通過以下技術(shù)

27、實現(xiàn)：支持嵌套中斷，髙優(yōu)先級的中斷并不需要等待低優(yōu)先級的中斷服務(wù)例程（ISR） 完成；256個線程優(yōu)先級，可以靈活調(diào)度嵌入式系統(tǒng)的任務(wù)；通過固定高優(yōu)先級 中斷服務(wù)線程（IST）的最大調(diào)度延遲改善線程響應(yīng)時間；使用API函數(shù)CeSetThreadQuantum和CeGetThreadQuantum修改操作系統(tǒng)中線程的線程量；中斷服務(wù)子程序的響應(yīng)時間非常短；支持信號量。在基于Windows CE的參考平臺上，使用Hitachi SH3微處理器，系統(tǒng)可以在2-5微妙內(nèi)啟動一個中斷服務(wù)例程（ISR），在90170微妙內(nèi)啟動相應(yīng)的中斷服務(wù)線程。如果考慮其它因素，如CPU類型、時鐘頻率、總線速度等的影響，

28、許多實際的基于Windows CE平臺的響應(yīng)時間更短。（4）模塊化由于存儲器資源在移動和嵌入式設(shè)備中非常有限，Windows CE設(shè)計成一個模塊化操作系統(tǒng),設(shè)計者只需選擇那些需要的模塊以滿足指定平臺的存儲器要求。Windows CE的結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，主要包括4個模塊：內(nèi)核(Kernel)、圖形窗口事件子系統(tǒng)（GWES)、文件系統(tǒng)（Filesys）和通信模塊。Kernel負(fù)責(zé)中斷處理、進程和線程管理、虛擬內(nèi)存管理和其它相關(guān)任務(wù)； GWES ( G r a p h i c s Wi n d o w i n g a n d E v e n t s S u b s y s t e m) 相當(dāng)于桌面

29、Wi n d o w s 的圖形設(shè)備接口G D I 和用戶庫; F i l e s y : 用于永久存儲，包括文件系統(tǒng)、注冊表和數(shù)據(jù)庫;C o m m u n i c a t i o n s 模塊負(fù)責(zé)與桌面P C 、 其它C E 設(shè)備和因 特網(wǎng)的互聯(lián)。 每個模塊又分成許多小組件。裁減Wi n d o w s C E時，可以只選擇那些需要的組件。（5）Win32兼容性 Wi n d o w s C E采用與Wi n d o w s 9 5 / N T相同的編程模型， 它的A P I 是Wi n 3 2 A P I的一個子集，大約有6 0 0個A P I 函數(shù)，可以實現(xiàn)所有的嵌入式應(yīng)用。C E只支

30、持U N I C O D E碼， C E A P I 刪除了Wi n 3 2 A P I 中包含A N S I 字符串參數(shù)的函數(shù)。 C E還支持當(dāng)前流行的軟件技術(shù)和運行庫，如M F C ( M i c r o s o f t F o u n d a t i o n C l a s s ) ,A T L ( A c t i v e T e m p l a t e L i b r a r y ) , E V C ( E m b e d d e d V i s u a l C + + ) , E V B ( E m b e d d e d V i s u a lB a s i c ) . Wi n

31、3 2的兼容性可以容易地把現(xiàn)成的Wi n d o w s 應(yīng)用程序移植到Wi n d o w sC E中。3.4.2.2Wi n d o w s C E在嵌入式控制系統(tǒng)中的應(yīng)用分析嵌入式操作系統(tǒng)釋一種應(yīng)用廣泛的系統(tǒng)軟件,工業(yè)控制是它的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域， 在這一領(lǐng)域里已有一些比較成功的嵌入式操作系統(tǒng)。但是，隨著應(yīng)用對象的擴大 和技術(shù)的進步，實際應(yīng)用對工業(yè)控制系統(tǒng)的功能和性能提出了許多新的要求。例 如，適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境熟悉和友好的用戶界面，統(tǒng)一的編程界面，強大的通 信功能和多媒體功能等，這些嵌入式操作系統(tǒng)很難滿足工業(yè)應(yīng)用的新需要。由于 Wi n d o w s C E2.1及以前版本的實時性較差，在

32、工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用較少，主要應(yīng)用 在移動式（或便攜式）產(chǎn)品和信息家電領(lǐng)域。Wi n d o w s C E的出現(xiàn)極大地改善 了它的實時性能為Wi n d o w s C E進入工業(yè)控制領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。 （1）實時性實時性是指能夠在限定時間內(nèi)執(zhí)行完規(guī)定的功能并對外部的異步事件做出 反應(yīng)的能力。實時性的強弱以完成規(guī)定功能和做出響應(yīng)時間的長短來衡量。提高 硬件的處理能力可以在一定程度上提高計算機控制系統(tǒng)的實時性，但是當(dāng)硬件確 定以后，控制系統(tǒng)的實時性能主要由操作系統(tǒng)來決定。無論從汽車制造到工業(yè)自 動化還是從電子通信到交通運輸 Wi n d o w s C E均可為具備確定性響應(yīng)能力的 應(yīng)用程序提供內(nèi)建

33、實時支持。 (2）可靠性工業(yè)控制系統(tǒng)對可靠性要求很髙，計算機控制系統(tǒng)發(fā)生故障或死機對于企業(yè) 安全髙效生產(chǎn)帶來不利的影響?？煽啃灾饕瑑蓚€方面的含義：一是控制計算 機本身要連續(xù)穩(wěn)定運行，二是系統(tǒng)檢查出故障后要有保持安全狀態(tài)的能力。雖然 軟硬件抗干擾技術(shù)、熱冗余技術(shù)可以在一定程度上提高工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性， 但是操作系統(tǒng)的可靠性仍然影響著工業(yè)控制系統(tǒng)的運行。穩(wěn)定性方面，在實時控制操作系統(tǒng)中，一般要提供源代碼或者提供許可證， 由控制器生產(chǎn)商來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？刂破魃a(chǎn)商根據(jù)應(yīng)用需要定制識操作系統(tǒng)，經(jīng)過一段時間的完善和測試以后投入使用。測試的方式和時間由 生產(chǎn)商確定。從故障角度來看，實時操作系統(tǒng)在

34、應(yīng)用中是以內(nèi)核模式工作的，應(yīng)用的故障 會立刻造成系統(tǒng)崩潰。Wi n d o w s C E內(nèi)核具有內(nèi)存管理功能，可以檢查出應(yīng)用造 成的系統(tǒng)異常，抑制由于應(yīng)用不正常直接破壞系統(tǒng)的危險性。所以 比一般的實時系統(tǒng)健壯。（3）人機界面不同對象對工業(yè)控制系統(tǒng)的人機界面H MI ( H u m a n Ma c h i n e I n t e r f a c e )要求差別很大。在一般的實時嵌入式操作系統(tǒng)中，圖形功能弱，雖然也有提供圖形庫 的，但沒有更強的功能。不僅支持圖形和窗口具有多媒體功能，而 且還可以利用豐富靈活的控件庫在Wi n d o w s C E環(huán)境下為嵌入式應(yīng)用建立各種圖 形用戶界面。Wi

35、 n d o w s C E支持256色，顯示分辨率可以設(shè)定，支持觸摸屏。因 此，Wi n d o w s C E完全可以滿足工業(yè)控制系統(tǒng)對人機界面的要求。 (4）幵放性Wi n d o w s C E具有良好的通信能力廣泛支持各種通信硬件、局域網(wǎng)連接以 及撥號連接，并提供與PC、內(nèi)部網(wǎng)以及I n t e r ne t的連接，包括用于應(yīng)用級數(shù)據(jù)傳 輸?shù)脑O(shè)備至設(shè)備間的互連。Wi n d o w s C E具有良好的可擴展性用戶可根據(jù)實際 需要定制合適的硬件開發(fā)自己的模塊和組件，集成到運行Wi n d o w s C E的設(shè)備上(5)開發(fā)成本和幵發(fā)環(huán)境工業(yè)控制設(shè)備的生產(chǎn)批量小開發(fā)環(huán)境所占比重大，所

36、以易用、廉價的幵發(fā) 環(huán)境對控制設(shè)備生產(chǎn)商十分關(guān)鍵。Wi n d o w s C E的幵發(fā)成本低，生成和調(diào)試工具方便易用。Wi n d o w s C E P l a t f o r m B u i l d e r 3 . 0 提供了迅速創(chuàng)建Wi n d o w s C E嵌入式系統(tǒng)需要的全部軟件工具。 P l a t f o r m B u i l d e r 主要包括Wi n d o w s C E A d d - o n P a c k ( 插件包) 、 各種調(diào)試工具及E m b e d d e d V i s u a l T o o l s ( 由面向嵌入式系統(tǒng)開發(fā)而進行優(yōu)化的E m b

37、 e d d e d V i s u a l B a s i c 和E m b e d d e d V i s u a l C + + 組成) 。第四章硬件設(shè)計4.1 硬件結(jié)構(gòu)框圖4.2輸入電路模塊4,2.1設(shè)計中用到的傳感器本設(shè)計中用到的傳感器功能是將機械的振動量轉(zhuǎn)換為電信號。傳感器性能的選擇、測點數(shù)目和位置的確定以及正確的安裝關(guān)系到能否獲得完整、準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子振動信息將直接影響監(jiān)測和分析工作的效果。本設(shè)計中用到的傳感器主要是 電渦流式位移傳感器和ICP加速度傳感器。4.2.1.1電渦流傳感器電渦流位移傳感器是通過傳慼器端部線圈與被測物體（導(dǎo)電體間的間隙變 化來測量物體的振動和靜位移，它與被測物

38、之間沒有直接的機械接觸，因此，特別適合于測量具有表面線速度的轉(zhuǎn)子軸的振動，這種傳慼器的特點是： 1，不需要與被測物體有直接的機械接觸；2,有很寬的使用頻率范圍，可以從直流到10kHZ不僅能測量頻率較高的 振動位移，還能測量轉(zhuǎn)子的靜止位置；3可以直接測量轉(zhuǎn)子相對于機殼的振動信噪比髙，受到的干擾小； 4,波形簡單直觀，特別便于分析觀察； 5 髙電平低阻抗輸出，適宜于遠(yuǎn)距離輸送： 6定標(biāo)方便，只需作靜態(tài)定標(biāo)。 4.2.1.1.1電渦流傳感器的工作原理在傳感器的端部有一線圏，線圈通以頻率較高一般為1MHz2MHz)的 交變電壓（見圖4-2。當(dāng)線簡平面靠近某一導(dǎo)體面時，由于線圈磁通鏈穿過導(dǎo)體，使導(dǎo)體的表

39、面層感應(yīng)出一渦流ie而這一渦流ie所形成的磁通鏈仏又穿過原線圏。這樣，原線圏與渦流“線圏”形成了有一定耦合的互感。耦合系 數(shù)的大小又與二者之間的距離及導(dǎo)體的材料有 關(guān)。其等效線路圖4-3(a)如圖。圖中R和L為原線圈的電阻與自感；Re和Le為渦流的等效電阻與自感；M為互感系數(shù)。當(dāng)所加的Ui的頻率fsr很髙時，有可以證明圖4-3（b）中的稱為耦合系數(shù)。當(dāng)導(dǎo)體材料給定時，耦合系數(shù)尺與距離4有關(guān)，也即尤是4的函數(shù)：這樣，d的變化反映如圖4-3 (b)中L的變化，因此，測定L的變化，也就是間接測定d的變化為了測定L的變化，釆用諧振分壓線路。為此，在圖4-3 (b)中并上電容c，這樣構(gòu)成一R，L C：諧

40、振回路。這一諧振回路的諧振頻率F即阻抗Z為最大值時的頻率）為4.8即間隙增加反映為諧振頻率下降。為了將這一諧振頻率的變化轉(zhuǎn)變?yōu)槟骋惠敵?電壓的變化，在線路圖4-3 (b)中引進一分壓電阻Rc如圖所示。引進的分壓電阻要足夠大使得諧振回路的阻抗|Z|Rc，這樣，近似有從公式（4.9）看出：當(dāng)輸入Ui的頻率廣等于諧振頻率F時，Z具有極大值，這 時輸出U0的幅值也達(dá)極大值。而當(dāng)么大于或小于尸時，輸出都將減小。對應(yīng) 不同的火（或的輸出/。的幅值隨輸入頻率尨的變化見圖4-5 (&)所示。如果將輸入頻率人,嚴(yán)格固定在某一頻率丸（比如！!)時,則對應(yīng)于4 = 00， ，時的輸出電壓/。如圖4-5）上實

41、線所示。實線的兩端部都偏離直線，只有中段非常接近直線。在直線部分，輸出。的變化量與間隙的變化量成正比，這正是使用的間隙范圍。為了得到盡可能寬的線性范圍，在線路電容：上再 并聯(lián)一個可調(diào)電容6，以得到最佳的諧振點。廠。還不是最后所要的電壓，因為它是載波頻率為7。的調(diào)幅信號。為了得到最后正比于間隙的直流電壓輸出，還需對輸出/。進行檢波，才得到最后間隙隨時間變化的電壓波形。綜上所述，為了實現(xiàn)電渦流位移測量，必須有一個專用的測量線路。這一測量線路應(yīng)包括頻率為丸的穩(wěn)定的振蕩器（一般用石英振蕩器和一個檢波環(huán)節(jié)等。傳感器加上測量線路（稱 之為前置器）的框圖如圖4-6所示。從前置器輸出的電壓是正比于間隙4的電壓

42、。輸出電壓的平均值/對應(yīng)于動態(tài)間隙（或初始間隙心，電壓的波動部分對應(yīng)于振動間隙。如果只對動態(tài)間隙感興趣，可用電容隔直或加反向偏置的辦法 取出振動部分電壓。在安裝渦流傳感器時要注意平均間隙的選取。要求平均間隙加上振動間隙， 也即總間隙應(yīng)處在線性段內(nèi)，否則的話，在非線性段的靈敏度變化將帶來測量上 誤差和波形失真。一般來說，平均間隙選在線性段的中點，這樣，在平均間隙兩 邊容許有最大的動態(tài)振幅，如圖4-7 (b)所示。在安裝傳感器時，另一個要注意的問題是在傳感器端部附近除了被測物體表 面外，不得有其它導(dǎo)體與之靠近。因為其它導(dǎo)體靠近端部時，傳感器端部線圈的 磁通將有一部分從其它導(dǎo)體穿過，改變了傳感器端部

43、線圈與被測物的耦合狀態(tài)， 這樣，不能得到正確反映間隙變化的輸出。見圖4-7所示。究竟多少距離范圍以 外的其它導(dǎo)體不產(chǎn)生影響，這與傳感器端部線圏幾何尺寸有關(guān)。在使用中，除了注意上述傳感器的安裝問題外，還需考慮被測物體是何種導(dǎo) 體材料。耦合系數(shù)/：不僅與距離有關(guān)，而且和導(dǎo)體的導(dǎo)電率和導(dǎo)磁率有關(guān)，因為 不同的材料對高頻電磁場的電感效應(yīng)和渦流損耗也不相同。因此，同一傳感器測 量不同材質(zhì)的物體時，其輸出靈敏度也不相同。一般來說，被測物的導(dǎo)電率越高， 其靈敏度也越高。對于渦流傳感器，除了上面提到的各項性能外，另一項非常重要指標(biāo)是溫度 影響系數(shù)。旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子有很多是在比常溫高很多的溫度下工作，油膜軸承的

44、潤滑油溫度可達(dá)70。80。0。不僅如此，有時溫度還在變化。這樣就要求傳感器 的溫度影響系數(shù)盡可能小，應(yīng)給出溫度影響的修正曲線，以供修正間隙電壓值及 間隙電壓靈敏度。4.2.11. 2電渦流傳感器的選擇及安裝根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和監(jiān)測位置的實際情況，選擇86尺丁1 ？乂八0八公司的 3300X11111111電渦流傳感器。出廠時，是按美國鋼鐵協(xié)會八13164140系列鋼嚴(yán)格 校驗的大部分的八13正1000與八13124000系列鋼都會顯現(xiàn)出與八13164140系列 鋼相同的響應(yīng)曲線，但鋁、銅、鎢鋼或其他金屬將顯現(xiàn)不同的響應(yīng)曲線，因此， 在校驗探頭及前置器時，所釆用的樣塊材質(zhì)必須與機軸的材質(zhì)一致或相近，才

45、能 準(zhǔn)確地得到探頭的特性曲線，以便確定探頭精確的（理想的）零點間隙值。一般 來說，機組檢測點是在輪盤上，其材質(zhì)為45號鋼，45號鋼屬于八13154140系列 之內(nèi)，在實際檢測時；選用45號鋼樣塊。傳感器的技術(shù)規(guī)格如下： 電特性電源：無隔柵時要求，17丨5乂徹至。6乂此，電流最大為12111八，有隔柵時要求 “23.5(10 至化乂徹。線形范圍：40mm。推薦的間隙設(shè)定值：2。5mm。靈敏度：當(dāng)在0胃線性范圍內(nèi)，包括互換性誤差在內(nèi)為：10011加丨丨土10義。 頻響范圍：0到8出2，典型值為十0到305米現(xiàn)場連線。 推薦最小軸直徑：。 機械特性：探頭重量：1708，鎧裝。 探頭端部材料：？?3探

46、頭電纜規(guī)格；75 0三維軸向？6？絕緣探頭電纜，可選擇1、5和9米探頭總長。探頭殼體螺紋：M14X1.5和M16X1.5 環(huán)境溫度：探頭溫度范圍：丨51。0：至+1771 前置器溫度：-351至+851 探頭的安裝為了保證探頭安裝合適提髙探頭的測量精度在保證探頭間隙值時被測件 的表面應(yīng)保持靜止不動，探頭間隙既可以經(jīng)機械調(diào)整也可以經(jīng)電氣調(diào)整，軸振 動的安裝間隙只經(jīng)電氣調(diào)整即可而軸位移的安裝間隙最好先經(jīng)機械調(diào)整，再 經(jīng)電氣調(diào)整，這樣更有利于安裝。1.在將探頭裝入安裝孔之前先把錐孔清理干凈，以防導(dǎo)電碎物干擾電磁場 而產(chǎn)生假信號。2.在探頭間隙進行機械調(diào)整時，將探頭擰入安裝孔，并利用一塊非金屬塞 尺來

47、調(diào)整間隙以防劃傷探頭和被測面，此時，機軸應(yīng)處在中心位置（即最大靜 態(tài)串動量的二分之一，其靜態(tài)零點間隙值由響應(yīng)曲線提供。3.在探頭引線與加長電纜前置器連接后，探頭間隙也可以進行電氣調(diào)整， 在前置器的輸出端，接一塊數(shù)字電壓表再接通電源，把探頭慢慢擰入安裝孔并 觀察前置器的輸出電壓。當(dāng)擰入探頭時前置器的輸出電壓會保持很低或給一個 虛假值因為電感觸到四周材料，當(dāng)探頭伸出來時前置器輸出電壓最大隨之 探頭尖與被測面間隙減少，輸出電壓也隨之減少，根據(jù)實測的探頭及前置器特性 曲線，所確定的零點間隙值，便能調(diào)定探頭的靜態(tài)間隙。4.在探頭間隙調(diào)整合適后，用鎖緊螺母固定好。 4-2.1.1.3前置器的配置及安裝1.

48、特性曲線是根據(jù)探頭和前置器配合而測定的探頭安裝間隙也是根據(jù)特性曲線所提供的靜態(tài)零點間隙值來完成的。因此探頭與前置器配合校驗后必須 成對配置，不允許隨意交換裝備。2前置器應(yīng)安裝在保護網(wǎng)中以防機械損傷或弄臟保護罩上不應(yīng)含有金 屬顆粒等物質(zhì)，以防在前置器端子發(fā)生短路。4-2.1.2 CP加速度傳感器內(nèi)置電路加速度計也稱恒流源加速度計，它的特點是釆用二線制方法工作， 由于由？08公司命名的“ICP”形式己為國內(nèi)用戶及廠商所接受，所以下面都用ICP傳感器來表示。壓電加速度計與電荷放大器相配接測量振動與沖擊是一種傳統(tǒng)的測試方法， 在國內(nèi)己有二十余年的使用歷史，由于近幾年各種數(shù)據(jù)釆集儀的推出及測點的大 量增

49、加，釆用電荷放大器的方法就其方便性或性價比均不好，隨之內(nèi)置式傳感器 應(yīng)運而生，它具有的一些獨特之處及低價位使其得以迅速發(fā)展。 4.2.1.2.1內(nèi)置電路十幾年前，國內(nèi)己有ICP傳感器，由于當(dāng)時的條件局限，其電性能較差，圖 4-8(a)是典型電路，由結(jié)型場效應(yīng)管組成的電壓放大器。圖4-8(b)是采用從MOS場效應(yīng)管復(fù)合而成的電壓放大器，該電路是目前國內(nèi)釆用較多的一種形式，它的技 術(shù)參數(shù)已大大提高：1. 外界電壓、電阻的變化不會改變傳感器靈敏度；2.中點電位基本恒定；3.頻響寬（>100KHz)，該電路的利用，大大提高了國內(nèi)內(nèi)置電路傳感器的水平與實用性，推動了內(nèi)置傳感器技術(shù)水平的提高與發(fā)展。

50、 4.2.1.2.2內(nèi)置電路加速度計主要技術(shù)參數(shù)及其研究 1.電壓靈敏度該傳感器釆用壓電晶體作敏感元件，通過放大器將高阻轉(zhuǎn)變成低阻輸出，該 類傳感器的電荷靈敏度與自身質(zhì)量成正比靈敏度0.513001)0的加速度計質(zhì)量 應(yīng)在幾克幾百克之間。內(nèi)置電路加速度計的靈敏度除與電荷靈敏度有關(guān)，也與敏感元件的電容有關(guān)，但它靈敏度與自身質(zhì)量成正比的關(guān)系不變。我們釆用電壓 傳輸系數(shù)為100.96的放大電路時，如重量在200克左右時靈敏度則為。丨丨乂/!2 左右這類傳感器一般用于諸如土木工程等大型結(jié)構(gòu)測量。由于缺少髙度集成的芯片國內(nèi)低于8克的10？傳感器極為罕見，國外有幾 克重但輸出電壓有幾百毫伏的忙？加速度計時

51、，顯然是釆用了放大芯片制成，這 種小型傳感器對物于輕質(zhì)微型結(jié)構(gòu)的測量是特別合適，但也應(yīng)知道傳感器自身的 噪聲指標(biāo)及信噪比，以便得到準(zhǔn)確測量值。 2.供電電壓范圍及適配器ICP傳感器的一個顯著特點是二線制電源線也是信號輸出線，它只需要單 直流電源供電即可。由于是單電源供電放大輸出電路帶有偏置電壓，動態(tài)信號是疊加在偏置上， 一般用戶不希望偏置存在，一般采用大電容（川?)隔直。輸出零點在士 1011 左右。市售產(chǎn)品有二種形式：一種是中點偏置隨外電壓的變化 一種是中點電位 隨電源電壓變化而變化。只要偏置電壓適當(dāng)不影響輸出幅值即可。市售ICP產(chǎn)品有1224乂或182”兩種前者實際可在9乂下工作，但此 時

52、加速度計的動態(tài)范圍只有±2乂？左右。良好的內(nèi)置電路傳感器必須滿足的條件是：（丨外電壓的變化不影響傳感器的自身電壓靈敏度；偏置電壓的范圍使傳感器的動態(tài)輸出值在左右，如有約定也可降低供電電壓使動態(tài)范圍在23乂口左右（一般用于小型手掌式釆 集器。3.工作溫度就目前國內(nèi)所大量釆用的傳感器壓電晶體？2丁5的某些溫度特性，了解ICP傳感器的溫度特性對特殊場合尤為重要。一般的傳感器在60。0溫度范圍內(nèi)誤差 較小。4.頻率范圍一般加速度傳感器的使用頻率與自身體積、重量有關(guān)。幾克或十幾克的加速度計測試范圍為0.5112至10出2以上它的低頻特性略差。而幾十克或百克以上的髙靈敏度計測試范圍在0.2112

53、至1說2或500112左右內(nèi)置式忙？加速度計除應(yīng)考慮壓電式傳感器自身的特點外，內(nèi)置電路的釆用對頻率特性也有一定的影 響。低頻特性主要取決于壓電元件的電容和內(nèi)裝電路輸入端的電阻所構(gòu)成的高通濾波器，一般可在0.5112左右，而高頻特性主要取決于傳感器自身剛性及質(zhì)量， 長電纜的使用0100米）也會影響傳感器的高頻特性，電纜越長，電容越大。 4.2.1.2.3 ICP傳感器的特點及應(yīng)用1 ICP傳感器與普通壓電傳感器相比，具有的特點如下：(1)低價位。ICP傳感器與恒流源適配器相配，其測試系統(tǒng)價位將大大降低(2)抗干擾性能好。由于高阻的傳感器與放大器密閉在一個整體內(nèi)，之間的連線幾乎為零，減少了地回路引

54、起的干擾。傳感器與放大器的屏蔽也十分完美，外界干擾將大為降低.(3) ICP加速度計由于受偏置電壓限制，輸出一般為±5乂？，使用動態(tài)范圍 及靈活性不如加速度計與電荷放大器相配好，如樁基測量（小應(yīng)變）和機械故障 監(jiān)測一般均用丨她乂/咖2指標(biāo)的忙？加速度計，如仰10101測量值在50011182時， 輸出動態(tài)為5乂。如測量值大于50011132時，則要換用靈敏度低的傳感器。 4.2.2恒流源的設(shè)計ICP加速度傳感器是恒流源供電的，恒流源可以有很多種實現(xiàn)方法，在這里 釆用了性能價格比高的恒流二極管加一個24V直流電源的方法來實現(xiàn)，圖4-9是 實現(xiàn)的原理圖。4.3信號調(diào)理電路的設(shè)計本系統(tǒng)中，

55、信號調(diào)理主要是實現(xiàn)將傳感器輸出的信號進行一系列處理，去掉 無用信號，并將有用信號送給/！)轉(zhuǎn)換器以進行釆樣。在本系統(tǒng)中信號調(diào)理電路主要實現(xiàn)隔直、阻抗匹配、電平變換、自適應(yīng)抗混 疊低通濾波的功能。在這里主要介紹自適應(yīng)抗混疊低通濾波的實現(xiàn)方法。因為本系統(tǒng)中要采集的信號是一個頻率變化的信號，因此濾波器就要求能夠 隨著輸入信號的頻率而變換截止頻率以達(dá)到實時濾波的功能；而且輸入信號的 頻率最髙要求為11012最低為1002。基于以上考慮釆用了鎖相環(huán)技術(shù)，制作了 一倍頻電路，實時跟蹤輸入信號的變化然后這個倍頻信號去控制開關(guān)電容的截 止頻率，從而實現(xiàn)實時濾波的功能。濾波器釆用了從0從的開關(guān)電容式濾波器MAX

56、291。圖4-10是自適應(yīng)抗混疊濾波電路 MAX291的fclk：fs=100:1，因此鎖相環(huán)（在下面一節(jié)中介紹其工作原理）倍頻后的輸出信號為輸入轉(zhuǎn)速頻率的1000倍并接到似“291的clk端，因此291的截止頻率為10clk，并且是實時跟蹤輸入轉(zhuǎn)速信號變化的圖知4-11為 在CPLD107128中1000分頻的實現(xiàn)。44信號采集4.4.1采集模塊介紹 4.1.1.1八0的選擇(1)系統(tǒng)需要的精度為化0.05%，則理論上至少要選用12位的，在考慮到系統(tǒng)中其它的誤差來源，本設(shè)計中選取了 14位的。 （）輸入的模擬信號是介于十5乂和。乂之間的電壓信號，因此要選擇能夠允許正負(fù)輸入的雙極性芯片（）轉(zhuǎn)換

57、速度的選擇，因為系統(tǒng)中輸入信號的最髙頻率是1，若在一個周期內(nèi)最多釆四路輸入兩個用于測量振動，一個用于測量軸心軌跡，還有一個用于測量鍵相由于機械振動中包含了大量的諧波頻率，為了分析準(zhǔn)確，應(yīng)該至少考慮8倍基頻，為了能夠方便進行運算，要求運算時的數(shù)據(jù)為2的整數(shù)次冪， 因此在一個周期內(nèi)釆集64個數(shù)據(jù)因此八0轉(zhuǎn)換器的最小的釆集頻率為： 1000*4*64=256&。另外輸入信號的最高頻率通常都是小于1&的，因此設(shè)計中選 擇了具有250采樣速率的。綜合以上考慮，設(shè)計中選用了公司的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖4-12)0 芯片。V八乂125是內(nèi)部帶同步采樣保持器的髙速多通道14位數(shù)據(jù)采集芯片，芯片內(nèi) 部包含一個14 611，轉(zhuǎn)換時間為3 4 3的逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，一個23乂的 內(nèi)部電壓基準(zhǔn)，一個經(jīng)過緩沖的