旋转机械激光键相传感器的信号处理电路设计【字数：11943】
摘 要在旋转机械装置处于工作状态的时候，其中转子的状态直接影响到旋转机械装置的工作状态。其中转子的平衡检测技术是一个比较重要的状态分析。通过检测系统可以对转子在转动状态是否平衡进行自动调整，保证整个旋转机械装置能够正常的进行工作。键相作为旋转机械装置中的一个器件，激光传感器是利用激光元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转变成光信号的变化，然后进一步将光信号转换成电信号。本文对旋转机械激光键相传感器的信号处理电路的目前的发展现状进行了了解，然后再对旋转机械激光键相传感器的信号处理电路的工作原理与结构进行了分析，为后面对旋转机械激光键相传感器的信号处理电路的设计做好前期的准备工作。然后通过单片机作为处理器，设计一款旋转机械激光键相传感器的信号处理电路，所设计的电路要求满足该旋转机械激光键相传感器的信号处理电路应该符合的设计要求。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的背景 1
1.2 同行研究概况 1
1.3 主要研究内容 3
第二章 整体方案分析 5
2.1 键相传感器和激光传感器的原理 5
2.1.1 键相传感器的原理 5
2.1.2 激光传感器的原理 7
2.2 键相信号的检测方式 9
第三章 硬件设计 10
3.1 整体工作分析 10
3.2 单片机的选型 10
3.3 检测模块的选择 11
3.4 显示模块的选择 11
3.5 晶振电路 12
3.6 系统电路调试设置 13
第四章 软件设计 14
4.1设计要求 14
4.2 程序设计流程图 14
4.3软件调试 16
第五章 软件编程与仿真 17
5.1 编程语言的选用 17
5.2 仿真软件的选择 17
5.3 程序编写 18
5.4 电路仿真 19
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
附录 24
第一章 绪论
1.1课题 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
的背景
从从前的人力生产，到现在的自动化生产，生产的产品种类更多、要求更高，生产设备也跟随科技化的脚步，自身设备的功能也是越来越完善了。在旋转机械装置这方面，也从曾经的低转速发展到现在的高转速，仍然能够保证机器运行的安全状态，随着自动化的广泛推广，旋转机械装置也加入自动化的脚步，对经济的发展贡献了明显的效益。
旋转机械自动平衡装置主要分为两类，一类为微机控制型；另一类为自动定心型。自动定心型转子自动平衡装置具有结构简单、工作可靠、成本低廉、不需提供外部能源，并且能够对转子不平衡进行自动调节等优点，但具有在亚临界状态会加大转子的不平衡量的特性，使得这类自动平衡装置当必须在过临界转速的状态下运行时，才能起到自动平衡的作用，因此存在不能在全转速下进行平衡调节的缺点，应用中具有一定的局限性，目前多应用于高速旋转机械中。
旋转机械装置虽然能够提供更大的生产能力，但是也会存在旋转机械装置存在的通病，那就是机械振动这个老生常谈的问题了，尽管现在研发人员在这方面投入了更多的精力来解决这个问题，也取得了不少的改善，但是这个问题目前仍然存在并对旋转机械装置有一定的影响。特别是在更大型自动化的设备当中，这种情况出现的概率更加的高了。通常产生这种原因主要是因为在对旋转机械装置整体结构上存在缺陷、对转子的制造与材料的选择、在对整机装配过程发生的误差等等因素所导致的。这样的因素会使转子在高速转动过程发生不平衡现象，不平衡就会使转子自身质量出现问题，并且震动传递给机体，使整个机体都发生震动和噪音，就会影响整个机器的工作质量，久而久之还会对机器的使用寿命减少。为了减少这样的错误发生，就需要在对转子从制造设计到装配生产整个工作流程都要分析其质量与工作状态，对转子的质量达到均匀的分布，尽可能的降低它的波动。
激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。
1.2同行研究概况
旋转机械装置在工业制造里大多数的设备都具有该装置，是机械设备最常见的组成部分了。随着科技的高速发展，旋转机械装置也朝着高速、大型的自动化方向发展了。因为自动化的加入，使得整个机构的复杂程度也大大提升了，因为 复杂程度的提升，使得整个机器的机构需要面临更多的关于机械结构方面存在的问题，比如强度是否能满足设备的工作需求，工作时候产生的震动是否对设备的运行有多大的影响等等之类的问题都需要去解决。
为了解决这些问题，科研人员在这方面已经进行了长期的研究与优化，得到了明显的处理效果。但是随着适用环境的变化，又出现了新的问题需要去解决。比如当旋转机械在一些更加复杂恶劣的环境中进行工作的时候，就需要对内部结构进行更加严格的设计，才能满足恶劣环境下的工作条件。当中转子的震动情况则是首先需要进行研究处理的。通常对转子的震动情况是使用傅立叶变换的方式去解决，但是在过于恶劣的环境下，傅里叶变换就使震动频率发生混叠的现象，使得转子在转动的时候，不能准确的对转速的震动分量进行信号提取有分析。为了解决转子在高速转动过程产生的震动导致信号提取的苦难，通常国外科研人员都是采用的非平稳信号的瞬时频率作为提取信号的途径之一，但是对这种瞬时频率也是以预估的方式参考的， 这就需要研究人员对该方面的经验，才能提高预估的准确性。对瞬时频率预估信息之后，通过特定的算法再对转子转速震动的信息进行提取。
这种基于参数化的提取方式，属于短时阶比原理，这种原理是对非平稳信号的瞬时频率的预估，然后通过特定的算法分析后，把震动信息的时频特征通过旋转的方式的得到各阶段的短时阶次谱，通过这样的过程，将转子转动过程产生的震动提取出来并以数字信号的方式保留。通过这样的流程对旋转机械装置的转动过程的震动信息的提取，可以为后续的故障处理提供信息。
随着大型设备的数量越来越多，几乎所有大型工厂都会使用到旋转机械装置，那么对旋转机械装置的震动信号处理已经列入每个设备生产的必要步骤之一。在对旋转机械装置的状态检测与分析里面，其中的键相信号是一个重要的信息。转子的径向上设定一个固定点，键相信号的脉冲即在该固定点相对应的。然后通过对键相信号获得的信号进行处理后就可以得到转子的即时速度了。在对键相信号的频谱进行分析的时候，在进行傅里叶变换时，为了防止出现泄漏的现象，通常都是对键相信号的一整个周期的信号采集作为频谱分析的信息。也就因为这样，使得转子的震动对信号产生的脉冲，会因为转速的变化而导致信号脉冲频率跟着变化。
对于旋转机械装置的转速的测量是对旋转机械装置的震动信号周期进行采样的必备条件之一。对旋转机械装置的转速测量普遍是在旋转轴上，利用传感器对旋转轴凹槽的旋转进行测量，旋转轴每旋转一周，对应读取一个键相信号。这样就对键相信号的周期读取，得到旋转轴的转速了。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的背景 1
1.2 同行研究概况 1
1.3 主要研究内容 3
第二章 整体方案分析 5
2.1 键相传感器和激光传感器的原理 5
2.1.1 键相传感器的原理 5
2.1.2 激光传感器的原理 7
2.2 键相信号的检测方式 9
第三章 硬件设计 10
3.1 整体工作分析 10
3.2 单片机的选型 10
3.3 检测模块的选择 11
3.4 显示模块的选择 11
3.5 晶振电路 12
3.6 系统电路调试设置 13
第四章 软件设计 14
4.1设计要求 14
4.2 程序设计流程图 14
4.3软件调试 16
第五章 软件编程与仿真 17
5.1 编程语言的选用 17
5.2 仿真软件的选择 17
5.3 程序编写 18
5.4 电路仿真 19
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
附录 24
第一章 绪论
1.1课题 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
的背景
从从前的人力生产，到现在的自动化生产，生产的产品种类更多、要求更高，生产设备也跟随科技化的脚步，自身设备的功能也是越来越完善了。在旋转机械装置这方面，也从曾经的低转速发展到现在的高转速，仍然能够保证机器运行的安全状态，随着自动化的广泛推广，旋转机械装置也加入自动化的脚步，对经济的发展贡献了明显的效益。
旋转机械自动平衡装置主要分为两类，一类为微机控制型；另一类为自动定心型。自动定心型转子自动平衡装置具有结构简单、工作可靠、成本低廉、不需提供外部能源，并且能够对转子不平衡进行自动调节等优点，但具有在亚临界状态会加大转子的不平衡量的特性，使得这类自动平衡装置当必须在过临界转速的状态下运行时，才能起到自动平衡的作用，因此存在不能在全转速下进行平衡调节的缺点，应用中具有一定的局限性，目前多应用于高速旋转机械中。
旋转机械装置虽然能够提供更大的生产能力，但是也会存在旋转机械装置存在的通病，那就是机械振动这个老生常谈的问题了，尽管现在研发人员在这方面投入了更多的精力来解决这个问题，也取得了不少的改善，但是这个问题目前仍然存在并对旋转机械装置有一定的影响。特别是在更大型自动化的设备当中，这种情况出现的概率更加的高了。通常产生这种原因主要是因为在对旋转机械装置整体结构上存在缺陷、对转子的制造与材料的选择、在对整机装配过程发生的误差等等因素所导致的。这样的因素会使转子在高速转动过程发生不平衡现象，不平衡就会使转子自身质量出现问题，并且震动传递给机体，使整个机体都发生震动和噪音，就会影响整个机器的工作质量，久而久之还会对机器的使用寿命减少。为了减少这样的错误发生，就需要在对转子从制造设计到装配生产整个工作流程都要分析其质量与工作状态，对转子的质量达到均匀的分布，尽可能的降低它的波动。
激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。
1.2同行研究概况
旋转机械装置在工业制造里大多数的设备都具有该装置，是机械设备最常见的组成部分了。随着科技的高速发展，旋转机械装置也朝着高速、大型的自动化方向发展了。因为自动化的加入，使得整个机构的复杂程度也大大提升了，因为 复杂程度的提升，使得整个机器的机构需要面临更多的关于机械结构方面存在的问题，比如强度是否能满足设备的工作需求，工作时候产生的震动是否对设备的运行有多大的影响等等之类的问题都需要去解决。
为了解决这些问题，科研人员在这方面已经进行了长期的研究与优化，得到了明显的处理效果。但是随着适用环境的变化，又出现了新的问题需要去解决。比如当旋转机械在一些更加复杂恶劣的环境中进行工作的时候，就需要对内部结构进行更加严格的设计，才能满足恶劣环境下的工作条件。当中转子的震动情况则是首先需要进行研究处理的。通常对转子的震动情况是使用傅立叶变换的方式去解决，但是在过于恶劣的环境下，傅里叶变换就使震动频率发生混叠的现象，使得转子在转动的时候，不能准确的对转速的震动分量进行信号提取有分析。为了解决转子在高速转动过程产生的震动导致信号提取的苦难，通常国外科研人员都是采用的非平稳信号的瞬时频率作为提取信号的途径之一，但是对这种瞬时频率也是以预估的方式参考的， 这就需要研究人员对该方面的经验，才能提高预估的准确性。对瞬时频率预估信息之后，通过特定的算法再对转子转速震动的信息进行提取。
这种基于参数化的提取方式，属于短时阶比原理，这种原理是对非平稳信号的瞬时频率的预估，然后通过特定的算法分析后，把震动信息的时频特征通过旋转的方式的得到各阶段的短时阶次谱，通过这样的过程，将转子转动过程产生的震动提取出来并以数字信号的方式保留。通过这样的流程对旋转机械装置的转动过程的震动信息的提取，可以为后续的故障处理提供信息。
随着大型设备的数量越来越多，几乎所有大型工厂都会使用到旋转机械装置，那么对旋转机械装置的震动信号处理已经列入每个设备生产的必要步骤之一。在对旋转机械装置的状态检测与分析里面，其中的键相信号是一个重要的信息。转子的径向上设定一个固定点，键相信号的脉冲即在该固定点相对应的。然后通过对键相信号获得的信号进行处理后就可以得到转子的即时速度了。在对键相信号的频谱进行分析的时候，在进行傅里叶变换时，为了防止出现泄漏的现象，通常都是对键相信号的一整个周期的信号采集作为频谱分析的信息。也就因为这样，使得转子的震动对信号产生的脉冲，会因为转速的变化而导致信号脉冲频率跟着变化。
对于旋转机械装置的转速的测量是对旋转机械装置的震动信号周期进行采样的必备条件之一。对旋转机械装置的转速测量普遍是在旋转轴上，利用传感器对旋转轴凹槽的旋转进行测量，旋转轴每旋转一周，对应读取一个键相信号。这样就对键相信号的周期读取，得到旋转轴的转速了。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/507.html
