專利名稱：用鎖相放大器對動平衡機微弱信號檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及動平衡技術、微弱信號檢測技術，具體地說是一種用鎖相放大器對動平衡機微弱信號檢測裝置。
背景技術：
動平衡機是用于測定轉子不平衡量的設備，并按其測量結果對轉子進行校正，以改善轉子的質量分布，使轉子轉動時的振動或作用于軸承的力減少到允許使用范圍內。在動平衡機的結構中，鎖相放大器(lock in amplifier, LIA)是進行微弱信號檢測的必要儀器之一。目前有模擬LIA和數字LIA兩種主要的鎖相放大器，其中模擬LIA價格低廉但是有溫度漂移，數字LIA精度高但是一般要用數字信號處理器或大規模可編程邏輯電路，成本很高，針對以上情況，一種動平衡機用鎖相放大器設計方法及裝置的提出就有了重要意義。
實用新型內容針對現有技術中存在的不足之處，本實用新型要解決的技術問題是提供一種低成本、低偏差、高精度的一種用鎖相放大器對動平衡機微弱信號檢測裝置。為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是一種用鎖相放大器對動平衡機微弱信號檢測方法的實現裝置，包括信號處理電路、微處理器電路、模擬開關電路、無源低通濾波電路、校準/測量開關和數據傳輸電路；所述信號處理電路接收動平衡機輸出的微弱信號，并將該信號進行正反兩個方向放大，所述信號處理電路同時將參考信號SMf放大并整形成方波信號作為斬波的開關；所述微處理器電路接收來自信號處理電路的方波信號，以該信號為基準微處理器電路對模擬開關的時機進行調整；所述模擬開關接收來自微處理器電路的開關信號，所述模擬開關選擇正向信號或反向信號輸出；所述無源低通濾波電路接收模擬開關輸出信號，將模擬開關的輸出信號進行低通濾波，除去該輸出信號中的高頻分量；所述校準/測量開關接收模擬開關的信號，進行選通校準或測量；所述數據傳輸電路將校準/測量開關的輸出信號通過USB接口傳輸到PC機。所述微處理器電路的控制流程為系統上電后，檢測校準/測量開關判斷是校準，還是測量；如果為校準，則判斷是否進行模數轉換；如果為否，則校準完成；如果為是，則進行相位調整和校準，校準完成；校準完成后進行測量；如果為測量，則判斷是否進行模數轉換；如果為否，則測量完成；如果為是，則進行測量和數據傳輸，最后測量完成；將測量結果輸出到PC機。用鎖相放大器對動平衡機微弱信號檢測的方法，工作原理為(1)，設參考信號為= a*COs( t)，待測信號為Sm+ ，那么兩個信號的乘積為Smult = Sr4 * Sin 二 -0.5 * a * b * (cos(2cot) + (cos(9))；O)，利用無源低通濾波器濾除2οη及更高頻率的信號，且假設濾波器具有理想的頻率響應，得&κ =-0.5*&*1)*((;ο3(φ)，^ s。ut為只受cos(cp)調制的信號，通過調整參考
信號和待測信號之間的相位差使φ = 0，可以得到最大的輸出S。ut max = -0. 5*a*b ；測量過程為第一步，對Sin信號進行斬波調制，即利用模擬開關將Sin進行正反兩個方向斬波， 所述斬波的開關由信號經整形提供；第二步，再將第一步中斬波調制的輸出信號進行低通濾波，得到鎖相放大器的輸出s。ut，微處理器利用模數轉換模塊采集該輸出，并通過傳輸接口將測量值傳輸給PC機。該方法，還包括校準過程為將進行放大接入模擬比較器，作為微處理器的中斷輸入，然后利用定時器對該信號進行移向輸出作為模擬開關的開關信號，然后模數轉換器不斷采集鎖相放大器的輸出 Sout,在某一時刻，該輸出為最大，校準結束，微處理器記錄該時刻的相移，并將其作為本次測量的標準，校準工作結束。本實用新型具有以下有益效果及優點1.低成本；本實用新型利用高速的模擬開關和廉價的微處理器配合使用，避免了昂貴的數字信號處理器和大規模邏輯電路，從而降低了成本。2.低偏差；本實用新型使用了高精度模數轉換器進行相位校準，降低了鎖定偏差。3.高精度；本實用新型利用數字技術控制模擬開關的開關時機，從而控制源信號和參考信號的相位差，提高控制精度。
圖1為本實用新型裝置工作原理示意圖；圖2為本實用新型裝置測量原理示意圖；圖3為本實用新型裝置校準原理示意圖；圖如為本實用新型輸入端口連有模擬開關和校準/測量開關、輸出端口連有數據傳輸電路的微處理器電路原理圖；圖4b為本實用新型被測信號處理電路原理圖；圖如為本實用新型參考信號處理電路原理圖；圖4d為本實用新型低通濾波電路原理圖；圖5為本實用新型裝置控制流程示意圖。
具體實施方式
如圖1、2所示，一種用鎖相放大器對動平衡機微弱信號檢測的方法，工作原理為(1)，設參考信號為Sref = a*cos ( ω t)，待測信號為Sin = b * cos(Mt + φ)，那么兩個信號的乘積為Smult 二 Sref * Sin =-0.5 * a * b * (cos(2o>t) + (eos(9))；(2)，利用無源低通濾波器濾除2 ω t及更高頻率的信號，且假設濾波器具有理想的頻率響應，得Sout =-0.5(COS(Cp)，邵S。ut為只受cos((p)調制的信號，通過調整參考
信號和待測信號之間的相位差使Φ二0，可以得到最大的輸出S。ut max = -0. 5*a*b ；測量過程為第一步，對Sin信號進行斬波調制，即利用模擬開關將Sin進行正反兩個方向斬波， 所述斬波的開關由信號經整形提供；第二步，再將第一步中斬波調制的輸出信號進行低通濾波，得到鎖相放大器的輸出s。ut，微處理器利用模數轉換模塊采集該輸出，并通過傳輸接口將測量值傳輸給PC機。如圖3所示，本實用新型還包括校準過程為將進行放大接入模擬比較器，作為微處理器的中斷輸入，然后利用定時器對該信號進行移向輸出作為模擬開關的開關信號，然后模數轉換器不斷采集鎖相放大器的輸出S。ut，在某一時刻，該輸出為最大，校準結束，微處理器記錄該時刻的相移，并將其作為本次測量的標準，校準工作結束。如圖4a_4d所示，本實用新型的實現裝置包括信號處理電路、微處理器電路、模擬開關電路、無源低通濾波電路、校準/測量開關和數據傳輸電路；所述信號處理電路接收動平衡機輸出的微弱信號，并將該信號進行正反兩個方向放大，所述信號處理電路同時將參考信號放大并整形成方波信號作為斬波的開關；所述微處理器電路接收來自信號處理電路的方波信號，以該信號為基準微處理器電路對模擬開關的時機進行調整；所述模擬開關接收來自微處理器電路的開關信號，所述模擬開關選擇正向信號或反向信號輸出；所述無源低通濾波電路接收模擬開關輸出信號，將模擬開關的輸出信號進行低通濾波，除去該輸出信號中的高頻分量；所述校準/測量開關接收模擬開關的信號，進行選通校準或測量；所述數據傳輸電路將校準/測量開關的輸出信號通過USB接口傳輸到PC機。如圖5所示，本實用新型實現裝置中，所述微處理器電路的控制流程為系統上電后，檢測校準/測量開關判斷是校準，還是測量；如果為校準，則判斷是否進行模數轉換；如果為否，則校準完成；如果為是，則進行相位調整和校準，校準完成；校準完成后進行測量；如果為測量，則判斷是否進行模數轉換；如果為否，則測量完成；如果為是，則進行測量和數據傳輸，最后測量完成；最后通過USB將測量結果傳送到PC機直到完成測量。
權利要求1. 一種用鎖相放大器對動平衡機微弱信號檢測裝置，其特征在于 包括信號處理電路、微處理器電路、模擬開關電路、無源低通濾波電路、校準/測量開關和數據傳輸電路；所述信號處理電路接收動平衡機輸出的微弱信號，并將該信號進行正反兩個方向放大，所述信號處理電路同時將參考信號Sm放大并整形成方波信號作為斬波的開關；所述微處理器電路接收來自信號處理電路的方波信號，以該信號為基準微處理器電路對模擬開關的時機進行調整；所述模擬開關接收來自微處理器電路的開關信號，所述模擬開關選擇正向信號或反向信號輸出；所述無源低通濾波電路接收模擬開關輸出信號，將模擬開關的輸出信號進行低通濾波，除去該輸出信號中的高頻分量；所述校準/測量開關接收模擬開關的信號，進行選通校準或測量；所述數據傳輸電路將校準/測量開關的輸出信號通過USB接口傳輸到PC機。
專利摘要本實用新型公開一種用鎖相放大器對動平衡機微弱信號檢測方法的實現裝置，包括信號處理電路、微處理器電路、模擬開關電路、無源低通濾波電路、校準/測量開關和數據傳輸電路；所述信號處理電路接收動平衡機輸出的微弱信號，并將該信號進行正反兩個方向放大；同時將參考信號Sref放大整形成方波信號作為斬波的開關；所述微處理器電路接收來自信號處理電路的方波信號，并對模擬開關的時機進行調整；所述無源低通濾波電路接收模擬開關輸出信號；所述數據傳輸電路將校準/測量開關的輸出信號通過USB接口傳輸至PC機。本實用新型具有成本低的優點，且檢測精度高，偏差低。
文檔編號G01M1/38GK201983903SQ20102058287
公開日2011年9月21日 申請日期2010年10月29日 優先權日2010年10月29日
發明者佟新鑫, 劉曉安, 朱丹, 王恩德, 王旭 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所