基于懸臂梁的渦電流測(cè)震系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說明書論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目 基于懸臂梁的渦電流 </p><p>　　測(cè)振系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 機(jī)械工

2、程和自動(dòng)化 </p><p><b>　　班 級(jí)</b></p><p><b>　　學(xué) 生</b></p><p><b>　　學(xué) 號(hào)</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師</b></p><p&

3、gt;<b>　　二〇 年五月二十日</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p><b>　　1.1 振動(dòng)綜述</b></p><p>　　1.1.1 機(jī)械振動(dòng)</p><p>　　機(jī)械振動(dòng)也簡(jiǎn)稱為振動(dòng)，是物體在平衡位置附近做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在現(xiàn)實(shí)生活中

4、，我們能看到的很多機(jī)械都是運(yùn)用機(jī)械振動(dòng)這一學(xué)說理論建造出來的。如篩分設(shè)備、輸送設(shè)備、給料設(shè)備、粉碎設(shè)備等機(jī)械設(shè)備都是將振動(dòng)理論運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活中的結(jié)果。</p><p>　　篩分設(shè)備：篩分設(shè)備是機(jī)械振動(dòng)在現(xiàn)實(shí)中運(yùn)用最多的產(chǎn)品。如熱礦篩、旋振篩、脫水篩等。顧名思義，篩分設(shè)備就是運(yùn)用振動(dòng)知識(shí)以和篩分部件將大小、類型不同的物品區(qū)分開來，減少勞動(dòng)力以和提高生產(chǎn)效率。例如：熱礦篩用帶偏心塊的雙軸激振器，雙軸振動(dòng)器兩根軸上的偏

5、心塊由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)分別做反向自同步旋轉(zhuǎn)，使篩箱直線振動(dòng)，篩體沿直線作周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到篩分目的。又如南方常用的小型水稻落谷機(jī)，機(jī)箱中有一塊篩網(wǎng)，由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)連桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)水稻與稻草落入篩網(wǎng)的時(shí)候，不停的振動(dòng)讓稻谷通過篩網(wǎng)落入機(jī)箱存谷槽中，來實(shí)現(xiàn)稻谷與稻草的分離，減少人力資源，提高農(nóng)業(yè)效率。</p><p>　　輸送設(shè)備運(yùn)用機(jī)械振動(dòng)也是很多的。比如：螺旋輸送機(jī)、往復(fù)式給料機(jī)、振動(dòng)輸送機(jī)、買刮板輸送機(jī)等。輸

6、送設(shè)備是將物體由一個(gè)地方通過輸送管道輸送到另一個(gè)地方的設(shè)備，來節(jié)約人力資源，提高生產(chǎn)效率。例如：廣泛應(yīng)用于冶金、煤炭、建材、化工等行業(yè)中的粉末狀和顆粒狀物料輸送的振動(dòng)輸送機(jī)，采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，使物料被拋起的同時(shí)通過管道做向前運(yùn)動(dòng)，達(dá)到輸送目的。</p><p>　　給料設(shè)備在某種程度與輸送設(shè)備有共同之處，例如：振動(dòng)給料機(jī)、單管螺旋喂料機(jī)、振動(dòng)料斗等。拿振動(dòng)料斗來說,它是一種新型給料設(shè)備,安裝在料倉(cāng)下部，通過振

7、動(dòng)使物料活化，能有效消除物料的起拱、堵塞以和粘倉(cāng)現(xiàn)象，以解決料倉(cāng)排料難的問題。</p><p>　　總而言之，機(jī)械振動(dòng)在現(xiàn)實(shí)生活生產(chǎn)中有多種多樣的應(yīng)用，有的是直接應(yīng)用，有的是間接應(yīng)用?？茖W(xué)的力量是非常強(qiáng)大的,只有把科學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榭萍疾拍苡脕碓旄Ｈ祟?，造福社?huì)。</p><p>　　1.1.2 振動(dòng)研究目的</p><p>　　機(jī)械振動(dòng)對(duì)于大多數(shù)工業(yè)機(jī)械、工程結(jié)構(gòu)和儀器儀

8、表來說是有害的，它常常是造成機(jī)械結(jié)構(gòu)惡性破壞與失效的直接原因。</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因運(yùn)輸車輛振動(dòng)致使包裝不妥的產(chǎn)品受損、失效以和破壞造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)億元。超出規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)能夠縮短機(jī)器壽命，影響機(jī)械加工質(zhì)量，降低機(jī)械電子產(chǎn)品的使用性能，甚至產(chǎn)生公害，以和污染環(huán)境等。</p><p>　　1995年7月初，天全某水泥廠2號(hào)機(jī)立窯在更換風(fēng)機(jī)時(shí)，忽視了共振現(xiàn)象的產(chǎn)生以和其危害

9、，在7、8兩個(gè)月時(shí)間里，發(fā)生了連續(xù)損壞3臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)以和一臺(tái)215kW電機(jī)的重大設(shè)備事故，造成直接經(jīng)濟(jì)損失40多萬元。通過現(xiàn)場(chǎng)事故分析與補(bǔ)救措施處理，實(shí)踐證明：此次重大設(shè)備事故，是由共振現(xiàn)象造成，損失嚴(yán)重，教訓(xùn)深刻。</p><p>　　共振對(duì)人體產(chǎn)生有著較大危害，人體各部位有不同的頻率，如眼球頻率約為60HZ，顱骨頻率最大約為200 HZ。把人體比作一個(gè)整體來看，水平方向的固有頻率約為3-6 HZ，垂直方向的固有

10、頻率約為48HZ。因此國(guó)家規(guī)定：要求各類振動(dòng)機(jī)械地振動(dòng)頻率必須大于20 HZ,并且要盡量避免振動(dòng)源頻率與人體有關(guān)部位固有頻率產(chǎn)生共振。</p><p>　　振動(dòng)測(cè)量從航天航空部門發(fā)展起來，現(xiàn)在在在動(dòng)力機(jī)械、交通運(yùn)輸、建筑等工業(yè)部門和環(huán)境保護(hù)、勞動(dòng)保護(hù)等方面也有其重要作用。</p><p>　　現(xiàn)在，振動(dòng)分析以和振動(dòng)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)中一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。</p><p>

11、;　　學(xué)習(xí)振動(dòng)力學(xué)的主要目的，就是掌握振動(dòng)的基本理論與分析方法，用于確定以和限制振動(dòng)時(shí)工程結(jié)構(gòu)機(jī)械產(chǎn)品的性能、壽命和安全的有害影響。振動(dòng)有其可利用的一面，如工業(yè)上常采用的振動(dòng)篩選、振動(dòng)沉樁、振動(dòng)輸送以和根據(jù)振動(dòng)理論設(shè)計(jì)的測(cè)量傳感器，地震儀等。了解振動(dòng)力學(xué)地另一目的，就是通過振動(dòng)理論來創(chuàng)造以和設(shè)計(jì)新型振動(dòng)設(shè)備、儀表以和自動(dòng)化設(shè)備。</p><p>　　1.2 振動(dòng)測(cè)量技術(shù)</p><p>　

12、　振動(dòng)測(cè)量技術(shù)是從航天航空部門發(fā)展起來的，現(xiàn)在在工業(yè)生產(chǎn)以和科研領(lǐng)域都占有重要地位，對(duì)于航天航空、動(dòng)力機(jī)械、交通運(yùn)輸、軍械兵器、能源工業(yè)、土木建筑、電子工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等來說表現(xiàn)的尤其突出。</p><p>　　振動(dòng)測(cè)量的分類方法有多種。依據(jù)測(cè)量原理可以分為機(jī)械法、電測(cè)法、光電結(jié)合測(cè)量法等；依據(jù)測(cè)振傳感器是否與被測(cè)物體接觸，振動(dòng)測(cè)量可以分為接觸測(cè)量以和非接觸測(cè)量；依據(jù)振動(dòng)傳感器原理不同，又可分為加速度型、速度型、位

13、移變化檢測(cè)型。其中加速度型以和速度型屬接觸型測(cè)量，使用時(shí)需將其固定在被測(cè)物體上；位移變化檢測(cè)型屬非接觸測(cè)量型，使用時(shí)無須裝在被測(cè)物體上。從檢測(cè)頻率來看：加速度型測(cè)振傳感器主要用于中、高頻范圍，速度型測(cè)振傳感器主要用于中頻范圍，位移檢測(cè)型主要用于直流到低頻范圍。</p><p>　　1.2.1接觸式振動(dòng)測(cè)量</p><p>　　在振動(dòng)測(cè)量技術(shù)中，根據(jù)被測(cè)對(duì)象與測(cè)量元件是否接觸分為接觸式測(cè)量或

14、者非接觸式測(cè)量。傳感器的信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，可以獲取被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)信號(hào)。自20 世紀(jì)60 年代起，人們進(jìn)行了大量振動(dòng)測(cè)量的理論和實(shí)踐研究。實(shí)踐發(fā)展過程中，常見的接觸式測(cè)量方法分為以下幾類：壓電式，電阻式，電動(dòng)式。</p><p>　　(1)壓電式傳感器：典型的“雙向傳感器”。屬于發(fā)電式傳感器。壓電效應(yīng)：當(dāng)沿著一定方向?qū)δ承╇娊橘|(zhì)施加力使其變形時(shí)，在一定表面產(chǎn)生電荷，外力去掉后，重新回復(fù)不帶電狀態(tài)，這一現(xiàn)象被稱為正

15、壓電效應(yīng)。在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)在一定方向產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械壓力；外加電場(chǎng)撒去時(shí)，這些變形或應(yīng)力也隨之消失，此被稱為逆壓電效應(yīng)。</p><p>　　工作原理：以某些物質(zhì)壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)。應(yīng)用：利用正壓電效應(yīng)可制成壓電電源以和電壓發(fā)生器，利用逆壓電效應(yīng)可制成超聲發(fā)生器以和電聲器件。</p><p>　　利用壓電效應(yīng)，可制成測(cè)力傳感器。在振動(dòng)測(cè)量之中，由于壓電晶體所受力是慣性

16、質(zhì)量塊產(chǎn)生的牽連慣性力，產(chǎn)生的電荷數(shù)與加速度大小成正比，因此壓電式傳感器是加速度傳感器。</p><p>　　壓電式力傳感器在振動(dòng)試驗(yàn)中，除測(cè)量振動(dòng)外，還經(jīng)常測(cè)量對(duì)試件所施加的動(dòng)態(tài)激振力。壓電式力傳感器具有頻率范圍寬、動(dòng)態(tài)范圍大、體積小以和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因此獲得廣泛應(yīng)用。</p><p>　　(2)電阻應(yīng)變式傳感器：將被測(cè)的機(jī)械振動(dòng)量轉(zhuǎn)換為傳感元件電阻變化量。實(shí)現(xiàn)這種機(jī)電轉(zhuǎn)換的傳感元件有很

17、多種形式，其中電阻應(yīng)變式的傳感器是最常見的形式。電阻應(yīng)變片的工作原理為：應(yīng)變片粘貼在某試件上，由于試件受力變形，引起應(yīng)變片原長(zhǎng)變化，從而引起應(yīng)變片阻值變化。實(shí)驗(yàn)證明，在試件的彈性變化范圍內(nèi)，應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化與其長(zhǎng)度的相對(duì)變化成正比。</p><p>　　圖1.1 電阻應(yīng)變式測(cè)振傳感器測(cè)振示意圖</p><p>　　電阻應(yīng)變式加速度測(cè)振傳感器有兩種主要類型。一是張絲式，它的主要原理是通過

18、物體振動(dòng)，帶動(dòng)其內(nèi)部電阻絲長(zhǎng)度發(fā)生變化，從而使其電阻發(fā)生相應(yīng)變化。二是壓阻式，它是利用了半導(dǎo)體或者某些稀有金屬受力時(shí)，其本身電阻率發(fā)生改變的特性的壓阻效應(yīng)。</p><p>　　電阻應(yīng)變式加速度測(cè)振傳感器如圖1.1所示。基礎(chǔ)振動(dòng)帶動(dòng)質(zhì)量塊振動(dòng)，使懸臂梁發(fā)生彎曲變形，使粘貼在梁上的應(yīng)變片隨之變形。由加速度頻率特性可以知道，位移與輸入加速度成比例，粘貼在梁上的應(yīng)變片將質(zhì)量塊的相對(duì)位移轉(zhuǎn)換成電阻變化，再經(jīng)電橋轉(zhuǎn)換為電壓

19、輸出。通過其幅頻特性，電阻應(yīng)變式加速度測(cè)振傳感器的頻率特性主要由其內(nèi)部彈簧質(zhì)量決定。該類傳感器工作頻率低，為0～2KHz，可以測(cè)量超低頻振動(dòng)。 一般與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀配合使用。</p><p>　　在選擇此類電測(cè)型測(cè)振傳感器時(shí)，要充分考慮被測(cè)量的參數(shù)（位移、速度或加速度）、測(cè)量頻率范圍、量程、分辨率、使用環(huán)境以和相移等問題。對(duì)相位有嚴(yán)格要求地振動(dòng)測(cè)試項(xiàng)目，如相關(guān)分析，傳遞函數(shù)分析等，應(yīng)特別注意傳感器和測(cè)試系統(tǒng)的相頻特性

20、，或者對(duì)供貨商提出要求；或者在振動(dòng)臺(tái)上實(shí)測(cè)相差，以便對(duì)傳感器作篩選或在分析時(shí)作出修正。</p><p>　　(3)電動(dòng)式傳感器起源于電磁感應(yīng)原理，即當(dāng)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體在固定的磁場(chǎng)內(nèi)切割磁力線時(shí)，導(dǎo)體兩端就會(huì)感生電動(dòng)勢(shì)，利用這一原理的傳感器稱為電動(dòng)式傳感器。從機(jī)械接收原理來說相對(duì)式電動(dòng)傳感器，是一個(gè)位移傳感器，由于在機(jī)電變換原理中應(yīng)用電磁感應(yīng)規(guī)律，因此其產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)與被測(cè)振動(dòng)速度成正比，實(shí)際上它是一個(gè)速度傳感器。<

21、/p><p>　　1.2.2 非接觸式振動(dòng)測(cè)量</p><p>　　非接觸測(cè)量是以光電、電磁技術(shù)為基礎(chǔ)，不接觸被測(cè)物體，從而得到物體表面參數(shù)信息的測(cè)量方法。典型的非接觸測(cè)量方法有激光三角法、電渦流法、超聲測(cè)量法、機(jī)器視覺測(cè)量法等。</p><p>　　(1)電感式傳感器是依據(jù)傳感器的相對(duì)式機(jī)械接收原理，電感式傳感器能把被測(cè)機(jī)械振動(dòng)參數(shù)變化轉(zhuǎn)換成為電參量信號(hào)變化。利用線圈

22、自感或者互感變化，實(shí)現(xiàn)測(cè)量的一種裝置。他的核心部分是可變自感或可變互感，然后將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為線圈自感或線圈互感的變化時(shí)，一般利用磁場(chǎng)作為媒介或者利用鐵磁體。工作原理：其是把被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換為線圈自感或互感變化，而實(shí)現(xiàn)測(cè)量的一類傳感器。因此，電感傳感器有二種形式，一為可變間隙式，二為可變導(dǎo)磁面積式。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、抗干擾能力強(qiáng)、輸出阻抗小、輸出功率大、對(duì)工作環(huán)境要求不高、示值誤差一般為示值范圍

23、的0.1%—0.5%、分辨率較高、穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)：不宜用于快速測(cè)量。頻率響應(yīng)低、</p><p>　　(2)渦電流傳感器是一種相對(duì)式非接觸式傳感器，通過傳感器端部與被測(cè)物體之間的距離變化來測(cè)量物體的位移或幅值。渦流線圈感抗與被測(cè)導(dǎo)體離線圈遠(yuǎn)近有關(guān)。渦電流傳感器具有線性工作范圍大、頻率范圍寬（0～10 kHZ），非接觸式測(cè)量和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于振動(dòng)位移的測(cè)量、靜位移的測(cè)量、旋轉(zhuǎn)機(jī)械中監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)軸振動(dòng)測(cè)量。<

24、;/p><p>　　渦電流傳感器是成立在渦流效應(yīng)原理上的傳感器。渦電流傳感器可以以非接觸地方法測(cè)量物體外貌以及金屬導(dǎo)體的多種物理量，如位移、厚度、轉(zhuǎn)速、振蕩、硬度、應(yīng)力等參數(shù)。這種傳感器可用于無損探傷。 </p><p>　　渦電流傳感頻率響應(yīng)寬、布局簡(jiǎn)略、測(cè)量規(guī)模大、抗干憂能力強(qiáng)、活絡(luò)度高，特別是具有非接觸測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，是以在工業(yè)出產(chǎn)和科技的廣泛范疇內(nèi)獲的了廣泛的應(yīng)用。</p>

25、<p>　　(3)電容式傳感器是將被測(cè)量變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的一種裝置，實(shí)際上就是一個(gè)具有可變參數(shù)的電容器。一般分為兩種類型：可變間隙式和可變公共面積式?？勺冮g隙式可測(cè)量直線振動(dòng)位移。可變面積式可測(cè)量扭轉(zhuǎn)振動(dòng)角位移。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。缺點(diǎn)：比較容易受干擾和分布電容影響。廣泛應(yīng)用于位移、壓力、液位、加速度、成分含量測(cè)量中。</p><p

26、>　　應(yīng)用：電容式傳感器可以用來測(cè)量直線位移、振動(dòng)振幅、角位移，尤其適合測(cè)量精密軸系回轉(zhuǎn)精度、加速度等機(jī)械量、高頻振動(dòng)振幅。還可用來測(cè)量壓力、液位、料面、壓差、非金屬材料的涂層、成分含量、油膜的厚度、測(cè)量電介質(zhì)的密度、濕度、厚度等，在控制系統(tǒng)和自動(dòng)檢測(cè)中常常用作位置信號(hào)發(fā)生器。</p><p>　　1.3畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容與意義</p><p>　　該設(shè)計(jì)題目屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容，應(yīng)

27、用到課程包括：測(cè)試技術(shù)、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械零件、機(jī)電傳動(dòng)、機(jī)械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械制造和基礎(chǔ)、互換性與技術(shù)測(cè)量、數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助繪圖等。</p><p>　　根據(jù)所學(xué)專業(yè)知識(shí)，完成基于懸臂梁測(cè)振系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，包括懸臂梁的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、激振器的夾持系統(tǒng)、傳感器的調(diào)整以和固定系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等幾個(gè)部分。</p><p><b

28、>　　該系統(tǒng)的指標(biāo)如下：</b></p><p>　　1．系統(tǒng)最大檢測(cè)位移為10mm；</p><p>　　2．傳感器原始間隙的最大范圍為5mm；</p><p>　　3．激振器的固定位置可以在懸臂梁的滑槽內(nèi)移動(dòng)，移動(dòng)范圍為20 mm；</p><p>　　4．傳感器可以在懸臂梁上移動(dòng)范圍為10 mm。</p>

29、<p>　　本系統(tǒng)的設(shè)計(jì),著重以下幾個(gè)方面:</p><p>　　(1) 經(jīng)濟(jì)、小型裝置</p><p>　　實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)該是小型的、成本低的, 應(yīng)充分利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有裝置, 并且便于操作和管理。</p><p>　　(2) 能完成預(yù)定測(cè)試要求</p><p>　　試驗(yàn)裝置應(yīng)根據(jù)要求產(chǎn)生不同的振動(dòng)頻率, 且將各點(diǎn)振動(dòng)結(jié)果準(zhǔn)確測(cè)量出來,

30、 還要找出其共振點(diǎn),確定固有頻率。</p><p>　　(3) 測(cè)試結(jié)果數(shù)字化</p><p>　　為了克服模擬信號(hào)測(cè)量和讀數(shù)的誤差, 可以采用單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析處理, 以得到更加準(zhǔn)確的振幅值。通過分析, 確定被測(cè)系統(tǒng)固有頻率。</p><p>　　2 懸臂梁測(cè)振系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

31、</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用穩(wěn)態(tài)正弦激振方法, 對(duì)試件施加一個(gè)穩(wěn)定單一頻率的正弦激振力, 在試件到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)后, 測(cè)量振動(dòng)響應(yīng)和正弦力的幅值比,從而得到該激振頻率時(shí)的幅頻特性值。因此, 整個(gè)系統(tǒng)主要分為以下幾部分組成: 激振裝置、被測(cè)裝置、測(cè)量裝置和單片機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　2.1.1 被測(cè)裝置</p><p>　　被測(cè)裝置采用懸臂梁

32、, 激振器連桿與懸臂梁相連, 同時(shí)將渦電流傳感器固定在梁的長(zhǎng)度方向。在傳感器正下方安裝螺旋調(diào)整裝置, 固定在懸臂梁的底座上, 來調(diào)節(jié)連接在螺桿上的金屬平板和傳感器間的原始間隙。同時(shí)在懸臂梁的底座上開有T型通槽, 當(dāng)傳感器需測(cè)量梁上不同點(diǎn)的振動(dòng)時(shí), 可以相應(yīng)移動(dòng)螺旋調(diào)節(jié)裝置, 來保持兩者在垂直方向上的對(duì)正性。與此同時(shí),用千分尺調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)作為螺旋調(diào)節(jié)裝置, 調(diào)節(jié)范圍為0-5mm, 精度為0.01mm。</p><p>

33、　　2.1.2 激振裝置</p><p>　　激振裝置主要由信號(hào)發(fā)生器、電動(dòng)式激振器、功率放大器等組成, 在系統(tǒng)中，選用有線性特征的懸臂梁作為被測(cè)裝置，在其端部與激振器連桿相連，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)態(tài)正弦波, 經(jīng)過功率放大后輸入到激振器, 激振器根據(jù)要求產(chǎn)生頻率不同的正弦激振力, 作用在被測(cè)裝置上。在實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)于激振力的幅值,可進(jìn)行恒力控制, 方法是采用高阻抗輸出的功率放大器, 給激振器輸送恒定電流來實(shí)現(xiàn)恒力輸出

34、。</p><p>　　圖2.1 穩(wěn)態(tài)正弦激振實(shí)驗(yàn)框圖</p><p>　　2.1.3 測(cè)量裝置</p><p>　　由于渦電流傳感器屬非接觸式傳感器之列，且具有線性工作范圍大、頻率范圍寬（0～10 kHZ），靈敏度高和非接觸式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于振動(dòng)位移的測(cè)量、旋轉(zhuǎn)機(jī)械中監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)測(cè)量、靜位移的測(cè)量。 再加上出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，故采用渦電流傳感器作為測(cè)試裝置

35、。</p><p>　　圖2.2 渦電流測(cè)震系統(tǒng)組成框圖</p><p>　　渦電流測(cè)振儀輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓信號(hào), 單片機(jī)接收并測(cè)量到的結(jié)果也是一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值。當(dāng)金屬平板相對(duì)于傳感器沿軸線方向水平移動(dòng)時(shí), 由單片機(jī)系統(tǒng)上測(cè)量到的結(jié)果也是一系列隨位移變化的數(shù)值。當(dāng)金屬平板相對(duì)于傳感器作往復(fù)運(yùn)動(dòng)即按一定頻率振動(dòng)時(shí), 經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)測(cè)量處理后可得到振動(dòng)系統(tǒng)的頻響特性。</p><

36、;p>　　2.1.4單片機(jī)系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)是一種集成在電路芯片上，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口以和中斷系統(tǒng)、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括脈寬調(diào)制電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路、A/D轉(zhuǎn)換器等電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器）集成到一塊硅片上，從而構(gòu)成的小而完善的一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　單片機(jī)具

37、有功耗低、體積小、擴(kuò)展靈活、控制功能強(qiáng)、使用方便和微型化等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如頻率、濕度、溫度、電壓、功率、厚度、角度、長(zhǎng)度、流量、元素、壓力、速度、硬度等物理量的測(cè)量。采用單片機(jī)控制使儀器儀表微型化、智能化、數(shù)字化，且比采用電子或數(shù)字電路功能更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備：示波器、功率計(jì)及各種分析儀等。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)測(cè)試步驟</p><

38、;p>　　工作時(shí)將渦電流傳感器固定在工作臺(tái)架上，傳感器測(cè)頭與下方的金屬平板表面的原始間隙為1mm左右。當(dāng)金屬平板與傳感器處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，渦電流測(cè)振儀輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓信號(hào)，單片機(jī)接收并測(cè)量到的結(jié)果也是一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值。當(dāng)金屬平板相對(duì)于傳感器沿軸線方向水平移動(dòng)時(shí)，由單片機(jī)系統(tǒng)測(cè)量到的結(jié)果也是一系列隨位移變化的數(shù)值；當(dāng)金屬平板相對(duì)傳感器作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，即按一定頻率振動(dòng)時(shí)，經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)測(cè)量處理后可得到振動(dòng)的振幅以及振動(dòng)過程的情況。<

39、;/p><p>　　由低頻段向高頻段逐次改變信號(hào)發(fā)生器頻率時(shí)，需注意應(yīng)該保持激振力值的穩(wěn)定性。每改變一次頻率，一定要等測(cè)試系統(tǒng)和懸臂梁都到達(dá)穩(wěn)態(tài)后才可讀數(shù)。這時(shí)，可從數(shù)碼管顯示器上觀察各頻率的振幅值。當(dāng)發(fā)現(xiàn)懸臂梁產(chǎn)生共振時(shí)，應(yīng)盡量在該點(diǎn)附近取頻率間隔小一些，以便找到準(zhǔn)確的共振頻率。從鍵盤上輸入信號(hào)幅值，可得到各頻率點(diǎn)的幅值比，最后由打印機(jī)打出幅頻特性曲線。</p><p><b>　

40、　具體步驟如下：</b></p><p>　　1．將傳感器垂直緊固在測(cè)量臺(tái)架的懸臂上，傳感器和測(cè)量臺(tái)架的臺(tái)面應(yīng)按儀器要求保持一定的間隙。</p><p>　　2．接通儀器電源。調(diào)整測(cè)量臺(tái)架立柱上的螺母，使傳感器上下移動(dòng)，讓測(cè)量?jī)x指示在“0”刻度處。</p><p>　　3．移動(dòng)傳感器下面的金屬平板，觀察儀器輸出結(jié)果。</p><p&g

41、t;　　4．固定金屬平板，讓傳感器處于振動(dòng)狀態(tài)，觀察儀器輸出結(jié)果。</p><p>　　5．對(duì)該實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次，記錄下每次實(shí)驗(yàn)結(jié)果。</p><p>　　3 懸臂梁測(cè)振系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有懸臂梁，對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，然后通過測(cè)量數(shù)據(jù)，參考實(shí)驗(yàn)室懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)所需懸臂梁設(shè)計(jì)。由實(shí)地測(cè)量觀察可知，本部分主要包括：被測(cè)裝置、激振裝置、測(cè)量裝置。

42、</p><p>　　3.1 渦電流傳感器</p><p>　　渦電流傳感器能靜態(tài)和動(dòng)態(tài)、高線性度、高分辨力、非接觸地測(cè)量被測(cè)金屬導(dǎo)體距探頭表面距離。它是一種線性化的非接觸計(jì)量工具。渦電流傳感器能準(zhǔn)確測(cè)量探頭端面與被測(cè)體（金屬導(dǎo)體）之間動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的相對(duì)位移變化量。在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械和往復(fù)式運(yùn)動(dòng)機(jī)械的狀態(tài)分析、分析測(cè)量、振動(dòng)研究中，對(duì)非接觸的位移信號(hào)、高精度振動(dòng)，能準(zhǔn)確連續(xù)地采集轉(zhuǎn)子振動(dòng)狀態(tài)的各

43、種參數(shù)。如軸的軸向位置和徑向振動(dòng)、振幅。從軸承學(xué)、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的理論上分析，大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)主要取決于其核心—轉(zhuǎn)軸，而渦電流傳感器能直接以非接觸的方式測(cè)量轉(zhuǎn)軸的狀態(tài)，對(duì)諸如轉(zhuǎn)子的不對(duì)中、不平衡、軸裂紋、發(fā)生摩擦和軸承磨損等機(jī)械問題的早期判定，可以提供關(guān)鍵信息。渦電流傳感器以其測(cè)量范圍寬、長(zhǎng)期工作可靠性好、分辨率高、靈敏度高、抗干擾力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不受油污等介質(zhì)的影響等優(yōu)點(diǎn)，在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)的故障診斷與在線監(jiān)測(cè)中得到廣泛

44、應(yīng)用。</p><p>　　3.1.1渦電流傳感器基本原理 </p><p>　　根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理描述，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)內(nèi)作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生渦旋狀的感應(yīng)電流，此電流渦叫電流，此現(xiàn)象稱為渦電流效應(yīng)。根據(jù)渦電流效應(yīng)制成的傳感器稱為渦電流傳感器。 </p><p>　　前置器中的高頻振蕩電流通過延伸電纜進(jìn)入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中

45、產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。當(dāng)被測(cè)金屬體靠近磁場(chǎng)時(shí)，則會(huì)在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，同時(shí)該渦電流場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方向與頭部線圈方向相反的交變磁場(chǎng)，由于反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變（線圈的有效阻抗），這一變化與金屬體電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、電流頻率、磁導(dǎo)率、幾何尺寸和頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面距離等參數(shù)有關(guān)。通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和各項(xiàng)同性，則線圈和金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導(dǎo)體的磁導(dǎo)率ξ、電導(dǎo)率б、頭部體線圈與金屬導(dǎo)體表面

46、的距離D、尺寸因子τ、頻率ω和電流強(qiáng)度I等參數(shù)來描述。則線圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)這一函數(shù)來表示。通常我們能做到控制ξ, б,τ, ω，I這幾個(gè)參數(shù)在一定范圍內(nèi)恒定不變，則線圈特征阻抗Z就成為距離D的單值函數(shù)，雖然整個(gè)函數(shù)是非線性的，其函數(shù)特征為“S”型曲線，但可以選取近似為線性的一段。通過前置器電子線路處理，將線圈阻抗Z的變化，即頭部體線圈與金屬導(dǎo)體距離D的變化轉(zhuǎn)化成電流或電壓的變化。輸出信號(hào)大小隨探頭

47、與被測(cè)體表面之間的離距而變化，渦電流傳感器就是根據(jù)這一</p><p>　　工作過程：當(dāng)被測(cè)金屬與探頭之間距離發(fā)生變化時(shí)，探頭中線圈的Q值發(fā)生變化，Q值變化引起振蕩電壓幅度變化，這個(gè)隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過檢波、濾波、線性補(bǔ)償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化為電壓（電流）變化，最終機(jī)械位移(間隙)轉(zhuǎn)換成電壓（電流）。由上所述，渦電流傳感器工作系統(tǒng)中可把被測(cè)體看作傳感器系統(tǒng)的一半，即渦電流傳感器的性能與被測(cè)體有關(guān)。 </p

48、><p>　　按照渦電流在導(dǎo)體內(nèi)的貫穿情況，可分為高頻反射式和低頻透射式兩類，但是從基本工作原理上來說仍然相似。渦電流傳感器最大的特點(diǎn)是能對(duì)厚度、位移、速度、表面溫度、材料損傷、應(yīng)力等進(jìn)行連續(xù)非接觸式測(cè)量，另外還具有靈敏度高，體積小，頻率響應(yīng)寬等特點(diǎn)，具有極其廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)采用85811系列的φ25探頭渦電流傳感器。其具體參數(shù)如下：</p><p&

49、gt;　　量程 (mm) 10</p><p>　　靈敏度 (mv/μm) 1</p><p>　　工作頻率 (Hz) 0-4000</p><p>　　分辨率 (μm) 10</p><p>　　工作溫度 (℃) 探頭-30～+12

50、0前置器-30～+70</p><p>　　線性度 (%) 1.5</p><p>　　供電電源 VDC -24</p><p>　　溫漂 (%℃) 0.2</p><p>　　圖3.1 渦電流傳感器</p><p>　　3.3.1 渦電流傳感器

51、的固定</p><p>　　渦電流傳感器并非固定不動(dòng)，因此需設(shè)計(jì)一支撐架能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器在懸臂梁的移動(dòng)，如圖3.2所示。</p><p>　　支撐臂通過螺栓連接與滑塊相連，而滑塊則放置在懸臂梁底座的T形槽內(nèi)。需要移動(dòng)時(shí)只需松開螺栓將滑塊移動(dòng)到相應(yīng)位置即可。滑塊如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.2 渦電流傳感器支撐臂</p><p>

52、<b>　　圖3.3 滑塊</b></p><p>　　3.2 懸臂梁的設(shè)計(jì)</p><p>　　做為被測(cè)裝置，懸臂梁對(duì)渦電流傳感器的特性具有很大影響。</p><p>　?。?）懸臂梁材料對(duì)傳感器的影響 </p><p>　　傳感器特性與被測(cè)體的磁導(dǎo)率ξ、電導(dǎo)率б有關(guān)，當(dāng)被測(cè)體為導(dǎo)磁材料（如普通鋼、結(jié)構(gòu)鋼等）時(shí)，由于磁

53、效應(yīng)和渦流效應(yīng)同時(shí)存在，磁效應(yīng)反作用于渦流效應(yīng)，使得渦流效應(yīng)減弱，從而傳感器靈敏度降低。而當(dāng)被測(cè)體為弱導(dǎo)磁材料（如鋁，銅，合金鋼等）時(shí)，相對(duì)與弱磁效應(yīng)來說渦流效應(yīng)要強(qiáng)，因此渦電流傳感器感應(yīng)靈敏度要高。 </p><p>　　（2）懸臂梁表面平整度對(duì)傳感器的影響 </p><p>　　不規(guī)則的被測(cè)體表面，會(huì)給實(shí)際測(cè)量帶來附加誤差，因此被測(cè)體表面應(yīng)平整光滑，不應(yīng)存在洞眼、凸起、凹槽、刻痕等缺陷

54、。一般要求：對(duì)于振動(dòng)測(cè)量來說被測(cè)表面粗糙度要在0.4um～0.8um之間；對(duì)于位移測(cè)量來說被測(cè)表面粗糙度要在0.4um～1.6um之間。 </p><p>　?。?）懸臂梁表面磁效應(yīng)對(duì)傳感器的影響 </p><p>　　渦電流效應(yīng)主要集中在被測(cè)體表面，如果加工過程中形成殘磁效應(yīng)，及結(jié)晶結(jié)構(gòu)不均勻、淬火不均勻、金相組織不均勻、硬度不均勻等都會(huì)影響傳感器特性。在進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量時(shí)，如果被測(cè)體表面殘

55、磁效應(yīng)過大，會(huì)使測(cè)量波形發(fā)生畸變。 </p><p>　?。?）懸臂梁表面鍍層對(duì)傳感器的影響 </p><p>　　被測(cè)體表面的鍍層對(duì)傳感器的影響相當(dāng)于改變了被測(cè)體材料，視其鍍層的厚薄、材質(zhì)不同，傳感器的靈敏度會(huì)略有變化。 </p><p>　　1支撐臂；2懸臂梁；3底座</p><p>　　圖3.4 懸臂梁結(jié)構(gòu)圖</p>&l

56、t;p>　?。?）懸臂梁表面尺寸對(duì)傳感器的影響</p><p>　　由于探頭線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)范圍是一定的，被測(cè)體表面所形成的渦流場(chǎng)也是一定的，這樣就對(duì)被測(cè)體表面大小有了一定要求。通常，當(dāng)被測(cè)體表面為平面時(shí)，以正對(duì)探頭中心線的點(diǎn)為中心，被測(cè)面直徑應(yīng)大于探頭頭部直徑1.5倍以上；當(dāng)被測(cè)體為圓軸并且探頭中心線與軸心線正交時(shí)，要求被測(cè)軸直徑為探頭頭部直徑3倍以上，否則傳感器靈敏度會(huì)下降，被測(cè)體表面越小，靈敏度下降越

57、多。實(shí)驗(yàn)測(cè)試，當(dāng)被測(cè)體表面大小與探頭頭部直徑相同時(shí)，其靈敏度下降到72%左右。被測(cè)體厚度也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。被測(cè)體中渦電流場(chǎng)作用的深度由材料導(dǎo)電率、頻率、導(dǎo)磁率決定。如果被測(cè)體太薄，將造成渦電流作用不夠，致使傳感器靈敏度下降，一般要求用厚度大于0.1mm以上的鋼等導(dǎo)磁材料和厚度大于0.05mm以上的鋁、銅等弱導(dǎo)磁材料，靈敏度不會(huì)受其厚度的影響。</p><p>　　根據(jù)以上原則確定選用表面經(jīng)過渡鋅后的45鋼懸臂梁。

58、結(jié)構(gòu)圖3.4：</p><p>　　懸臂梁底座與支撐臂中心部位均一T形槽，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：</p><p><b>　　圖3.5 T形槽</b></p><p>　　懸臂梁的底座與支撐臂之間由卡板連接，如下圖所示：</p><p>　　圖3.6 懸臂梁卡板</p><p>　　3.3 激振裝置

59、的選擇</p><p><b>　　3.3.1 激振器</b></p><p>　　激振裝置：附加在某些機(jī)械和設(shè)備上用來產(chǎn)生激勵(lì)力的裝置，它是利用機(jī)械振動(dòng)的重要部件。激振器能夠使被激物體獲得一定形式及大小的振動(dòng)量，從而可以對(duì)物體進(jìn)行振動(dòng)和強(qiáng)度測(cè)試，或者對(duì)振動(dòng)測(cè)試儀器和傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。激振器還可以作為激勵(lì)部件組成振動(dòng)機(jī)械，以實(shí)現(xiàn)物件或物料的輸送、篩分、密實(shí)、成型和土壤砂

60、石的搗固等。 </p><p>　　按激勵(lì)型式不同,激振器分為慣性式、電磁式、電動(dòng)式、氣動(dòng)式、液壓式和電液式等型式。激振器可產(chǎn)生單向或多向、簡(jiǎn)諧或非簡(jiǎn)諧激勵(lì)力。</p><p>　　圖3.7 激振器原理圖</p><p>　　JZ系列激振器可用于橋梁、機(jī)床、水壩等模型激振試驗(yàn)。通過模型試驗(yàn)可以測(cè)得試驗(yàn)對(duì)象的阻尼系數(shù)、固有頻率、動(dòng)剛度等動(dòng)態(tài)參數(shù)，從而可以為設(shè)計(jì)提供必

61、要的依據(jù)。</p><p>　　在本系統(tǒng)中選用JZ-2A型激振器，其具體參數(shù)如下所示：</p><p>　　最大輸出力 (N） 10</p><p>　　工作頻率 （Hz） 5～4000 5-15000</p><p>　　力常數(shù) (N/A） 5/5.5</p><

62、;p>　　最大位移 （mm） ±2/±3</p><p>　　空載最大加速度 （g） 340</p><p>　　最大電流 （A） 2.5/2</p><p>　　尺  寸 (mm） Φ75×150 Φ76×83</p><

63、;p>　　重量 （kg） 2</p><p>　　可動(dòng)部分質(zhì)量 （g） 40</p><p>　　線圈電阻 （Ω） 2/2.5</p><p>　　3.3.2 激振器的固定</p><p>　　激振器選擇完畢后需固定在懸臂梁上，這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)專門的固定裝置來</p&

64、gt;<p>　　固定激振器，如下圖所示：</p><p>　　圖3.8 激振器支撐座</p><p>　　激振器通過螺栓連接與滑塊相連，而滑塊則放置在懸臂梁底座的T形槽內(nèi)。需要移動(dòng)時(shí)只需松開螺栓將滑塊移動(dòng)到相應(yīng)位置即可。滑塊如圖3.3所示。</p><p>　　4 懸臂梁測(cè)振系統(tǒng)電路部分設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1電路系

65、統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　圖4.1 電路硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　儀表的總體結(jié)構(gòu)如上圖4.1所示?？梢钥闯稣麄€(gè)系統(tǒng)模塊分為以下幾個(gè)部分：</p><p>　　(1) 傳感器模塊，將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；</p><p>　　(2) 信號(hào)調(diào)理模塊，主要是指放大電路，它將傳感器轉(zhuǎn)換的微弱電流信號(hào)適當(dāng)?shù)姆糯螅怨〢/D轉(zhuǎn)換器用；

66、</p><p>　　(3) 單片機(jī)模塊，核心是儀表。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，裝在其內(nèi)部EPROM中的監(jiān)控程序應(yīng)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及濾波等功能；</p><p>　　(4) A/D轉(zhuǎn)換模塊，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；</p><p>　　(5) 顯示模塊，將測(cè)量結(jié)果直觀顯示出來；</p><p>　　(6) 人機(jī)交互模塊

67、，由鍵盤構(gòu)成。通過它向單片機(jī)發(fā)出命令實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表的操作，由單片機(jī)根據(jù)命令格式提供相應(yīng)功能；</p><p>　　(7) 外擴(kuò)程序，存儲(chǔ)于在儲(chǔ)器內(nèi)供單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理用；</p><p>　　(8) 單片機(jī)與上位機(jī)通訊接口相接。把測(cè)得的數(shù)據(jù)通過接口傳到上位機(jī)以便進(jìn)行后期處理，比如頻譜分析。</p><p>　　4.1.1傳感器模塊設(shè)計(jì)</p><p&

68、gt;　　振動(dòng)測(cè)量中，把被測(cè)振動(dòng)力學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)換成電學(xué)參數(shù)的裝置被稱為振動(dòng)測(cè)量傳感器。使用電測(cè)法來測(cè)量速度、加速度和振動(dòng)位移時(shí)，3個(gè)參數(shù)可以互相轉(zhuǎn)換，測(cè)振儀的組成根據(jù)所用傳感器不同有著不同的形式，如速度傳感器、加速度傳感器、位移傳感器等。</p><p>　　渦電流傳感器是一種相對(duì)式、非接觸式傳感器,通過傳感器端部與被測(cè)物體之間距離的變化來測(cè)量物體振動(dòng)幅值和其位移。渦流式傳感器可用來檢測(cè)振動(dòng)和位移。</p>

69、;<p>　　在本系統(tǒng)中我們選擇85811系列的傳感器。</p><p>　　4.1.2信號(hào)調(diào)理模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　信號(hào)調(diào)理模塊主要功能是放大由感器輸入的微弱信號(hào)，并進(jìn)行必要的濾波，最后送入A/D轉(zhuǎn)換器</p><p>　　在本系統(tǒng)中使用了采用渦電流測(cè)振儀型號(hào)為DW-1,它可以將渦流傳感器送來的電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。</p>

70、<p>　　4.1.3單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)在智能化測(cè)量?jī)x表中是核心。要考慮數(shù)據(jù)指令功能、尋址能力、總線寬度、單片機(jī)的軟、硬件支持狀況等。在選擇單片機(jī)時(shí)，主要從儀表的實(shí)際需要、執(zhí)行速度、中斷能力和市場(chǎng)對(duì)該種儀表進(jìn)行選澤。</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上能夠采購(gòu)的單片機(jī)，不僅各廠家系列多，而且同一系列有很多種類，根據(jù)本系統(tǒng)的總體功能要求和價(jià)格等方面進(jìn)行綜合考

71、慮選取MCS-51系列的8031為主機(jī)，它不僅滿足系統(tǒng)的功能要求而且結(jié)果靈活、設(shè)計(jì)方便。</p><p>　　8031芯片共有40根引腳，其引腳如圖4.2所示：</p><p>　　圖4.2 8031引腳</p><p>　　40根引腳按功能可以分為四類：</p><p><b>　　（1）電源線：2根</b></

72、p><p>　　Vcc：編程，正常操作時(shí)的電壓電源，接+5v。</p><p><b>　　Vss：接地。</b></p><p><b>　　（2）晶振：2根</b></p><p>　　XTAL1：振蕩器反相放大器輸入，使用外部振蕩器時(shí)必須要接地。</p><p>　　XTA

73、L2：振蕩器反相放大器輸出及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入，使用外部振蕩器時(shí)用于外部振蕩信號(hào)輸入。 </p><p>　　（3）I/O口共有P0、P1、P2、P3四個(gè)8位口，32根I/O線，其功能如下：</p><p>　?、貾0口（39腳至32腳）：雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲(chǔ)器時(shí)與地址總線的低8位和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能夠以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型TTL負(fù)載； ②P1口（1腳至8腳）

74、：準(zhǔn)雙向8位I/O口,專供用戶使用； ③P2口（21腳至28腳）：準(zhǔn)雙向8位I/O口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線，送出高8位地址。在對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證期間，接收高8位地址。P2可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載； ④P3口（10腳至17腳）：準(zhǔn)雙向8位I/O口，在MCS-51中，這8個(gè)引腳還用于專門功能是用雙功能口。P3能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。 </p><p>

75、　　作為第一功能使用時(shí)，就是作為普通的I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。 作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如下所示。P3口每一條引腳都可以獨(dú)立作為第一功能的輸入輸出或第二功能； P3各口線的第二功能定義 口線 引腳 第二功能： P3.0 10 RXD（串行輸入口）；P3.1 11 TXD（串行輸出口）； P3.2 12 INT0（外部中斷0）； P3.3 13 INT1（外部中斷1）； P3.4 14 T0（定時(shí)器0

76、外部輸入）； P3.5 15 T1（定時(shí)器1外部輸入）； P3.6 16 WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖）； P3.7 17 RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖）。</p><p><b>　?。?）控制線</b></p><p>　?、賀ST/VPD（9腳）振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部RAM

77、的數(shù)據(jù)不丟失。</p><p>　?、贏LE/PROG（30腳）：當(dāng)訪問外部存貯器時(shí)，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE端仍然以不變的頻率，周期性地發(fā)出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。</p><p>　?、跴SEN（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令

78、（或常數(shù)）期間，每個(gè)周期兩次PSEN有效。</p><p>　?、蹺A/VPP（引腳）：對(duì)于常用的8031來說，無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以EA腳必須常接地，這樣只能選擇外部程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　外部程序儲(chǔ)存器根據(jù)總體要求，選用27128。</p><p>　　4.1.4 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　ADC0809轉(zhuǎn)換器的主

79、要特征如下：</p><p>　　(1) 分辨率：8位；</p><p>　　(2) 總的不可調(diào)誤差位：±1/2LSB或±1LSB；</p><p>　　(3) 轉(zhuǎn)換時(shí)間：100μS；</p><p>　　(4) 無零點(diǎn)和滿刻度調(diào)整；</p><p>　　(5) 單一+5V供電，模擬輸入電壓為0~+

80、5V，±10V，±5V；</p><p>　　(6) 8路通道轉(zhuǎn)換，帶鎖存控制邏輯；</p><p>　　(7) 功耗：15mW。</p><p>　　ADC內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖4.2所示：</p><p>　　圖4.2 0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　4.1.5人機(jī)交互模塊和顯示模塊的設(shè)

81、計(jì)</p><p>　　人機(jī)交互模塊由鍵盤構(gòu)成。通過它向單片機(jī)發(fā)出命令，由單片機(jī)根據(jù)命令格式提供相應(yīng)的功能實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表的操作。</p><p>　　我們將8031主機(jī)通過擴(kuò)展8155H配置了6位LED顯示器和4×4按鍵。</p><p><b>　　如圖4.3所示。</b></p><p>　　顯示選用陰極6位L

82、ED由8155H的PA.0～PA.5進(jìn)行陰極位稱掃描口。</p><p>　　PB.0～PB.7控制各位顯示器的字型段選稱輸出口。采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。其中100×8電阻用于補(bǔ)償電流用于增強(qiáng)顯示器亮度。</p><p>　　4×4鍵盤的列線（4根）與8155H的PA.0～PA.3相連接作為信號(hào)掃描輸出行線（4根）與PC.0～PC.3相連作為鍵狀態(tài)掃描輸出入口。</

83、p><p>　　圖4.3 鍵盤/顯示接口圖</p><p>　　4.2系統(tǒng)電路軟件部分設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下4.4所示：</p><p>　　圖4.4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　軟件流程圖如下4.5所示：</p><p>　　圖4.5 軟件流程圖</p>&

84、lt;p><b>　　5 結(jié) 論</b></p><p>　　該系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)是渦電流傳感器、表面經(jīng)過渡鋅處理的45鋼懸臂梁、懸臂梁一端固定在支撐架上，另一端與激振器的振動(dòng)桿相連。由激振器的振動(dòng)而帶動(dòng)懸臂梁一起振動(dòng)，而安裝在懸臂梁上的渦流傳感器則與金屬板間產(chǎn)生位移。引起渦電流傳感器輸出電流的變化。通過檢測(cè)電流變化量既可完成振動(dòng)的測(cè)量。</p><p>　　

85、該系統(tǒng)主要研究了以下幾個(gè)方面；</p><p>　　(1) 渦電流傳感器的應(yīng)用；</p><p>　　(2) 懸臂梁與懸臂梁支撐架的設(shè)計(jì)；</p><p>　　(3) 渦流傳感器與金屬板之間的原始間縫的調(diào)整；</p><p>　　(4) 金屬板支撐架的設(shè)計(jì)；</p><p>　　(5) 渦流傳感器輸出數(shù)據(jù)采集與處理；&