[發(fā)明專利]一種基于單片機(jī)的MDAC窄帶跟蹤濾波器及其實(shí)現(xiàn)方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010129319.6
• 申請(qǐng)日: 2010-03-22
• 公開（公告）號(hào): CN101771399A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田社平;秦琳;方翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海辛克試驗(yàn)機(jī)有限公司
• 主分類號(hào): H03H17/02
• 分類號(hào): H03H17/02
• 代理公司: 上海兆豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(有限合伙) 31241
• 代理人: 章蔚強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種濾波器及其實(shí)現(xiàn)方法，尤其涉及一種基于單片機(jī)的 MDAC窄帶跟蹤濾波器及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

不平衡是旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生噪聲和發(fā)生故障的主要原因，而要消除轉(zhuǎn)子不 平衡就必須首先測(cè)量旋轉(zhuǎn)機(jī)械的不平衡量。不平衡量的測(cè)量主要是通過檢 測(cè)轉(zhuǎn)軸(或支承)的振動(dòng)信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。

由不平衡量引起的振動(dòng)響應(yīng)是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同頻的信號(hào)，而實(shí)際由振動(dòng) 傳感器獲得的振動(dòng)信號(hào)，除包含有同頻信號(hào)外，還包含由于受到轉(zhuǎn)子、軸 承、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其環(huán)境等影響而產(chǎn)生的噪聲信號(hào)。為此，必須采用濾波的 方法從強(qiáng)干擾中提取不平衡量引起的振動(dòng)信號(hào)。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定， 相應(yīng)地，不平衡振動(dòng)響應(yīng)頻率也會(huì)隨之變化。這要求動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)中的濾 波器不僅要有極窄的帶寬，而且要能跟蹤轉(zhuǎn)速的變化。

動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)中應(yīng)用的窄帶跟蹤濾波器主要有瓦特計(jì)、開關(guān)電容式 濾波器以及基于EPROM的乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器(MDAC)窄帶跟蹤濾波器等。瓦 特計(jì)是一種機(jī)械式乘法濾波器，其缺點(diǎn)是帶寬有限，且在低頻時(shí)會(huì)出現(xiàn)光 點(diǎn)晃動(dòng)。開關(guān)電容濾波器信號(hào)濾波領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但其應(yīng)用于振 動(dòng)信號(hào)處理時(shí)具有一些不足之處，主要表現(xiàn)在：一是由于開關(guān)電容濾波器 存在對(duì)模擬信號(hào)的采樣過程，對(duì)前置低通濾波器要求較高，易造成對(duì)高頻 噪聲信號(hào)帶來頻譜混迭誤差；二是開關(guān)電容濾波器的輸出波形是階梯狀正 弦波，使振動(dòng)信號(hào)的波形發(fā)生變形，引入了附加誤差，并且后續(xù)處理過程比 較復(fù)雜。

基于EPROM的MDAC窄帶跟蹤濾波器如圖1所示，其中f₀表示與轉(zhuǎn)速 同頻的基準(zhǔn)脈沖信號(hào)，e(t)表示振動(dòng)信號(hào)，E₁、E₂分別為低通濾波器1′的 輸出。

由E₁、E₂可求出不平衡引起的同頻振動(dòng)信號(hào)幅值為同頻 振動(dòng)信號(hào)與基準(zhǔn)脈沖信號(hào)的相位差為

基于EPROM的MDAC窄帶跟蹤濾波器的優(yōu)點(diǎn)是克服了瓦特計(jì)、開關(guān)電 容式濾波器的不足之處，具有良好的測(cè)量精度，缺點(diǎn)是該測(cè)量方法中采用 512倍頻器2′、512進(jìn)制環(huán)形計(jì)數(shù)器3′和EPROM正弦、余弦函數(shù)發(fā)生器4′、 5′來產(chǎn)生正、余弦函數(shù)，硬件較為復(fù)雜，成本高。此外由于采用硬件形 式，使得電路設(shè)計(jì)的修改較為不便。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種基于單片機(jī)的 MDAC窄帶跟蹤濾波器及其實(shí)現(xiàn)方法，其硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，充分利用單 片機(jī)來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生，使得生產(chǎn)和制造成本大大降低。

實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：

本發(fā)明之一的一種基于單片機(jī)的MDAC窄帶跟蹤濾波器，包括第一 乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器、與第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連的第 一低通濾波器、與第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連的第二低通濾波器，所述的第 一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器均接收一振動(dòng)信號(hào)，其中，還包 括一連接于所述的第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端 的單片機(jī)，該單片機(jī)的輸入端接收一基準(zhǔn)脈沖信號(hào)，輸出端分別輸出數(shù)字 正弦信號(hào)和數(shù)字余弦信號(hào)給所述的第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二乘法數(shù)模 轉(zhuǎn)換器。

上述的基于單片機(jī)的MDAC窄帶跟蹤濾波器，其中，所述的單片機(jī) 通過其I/O口輸出信號(hào)給所述的第一乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器和第二乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換 器。

上述的基于單片機(jī)的MDAC窄帶跟蹤濾波器，其中，所述的單片機(jī) 包括有中斷引腳，該中斷引腳接收所述的基準(zhǔn)脈沖信號(hào)。

上述的基于單片機(jī)的MDAC窄帶跟蹤濾波器，其中，所述的單片機(jī) 包括一外部中斷模塊、一第一定時(shí)器以及一第二定時(shí)器，其中：

所述的外部中斷模塊接收所述的基準(zhǔn)脈沖信號(hào)的脈沖序列，在每 個(gè)基準(zhǔn)脈沖的周期內(nèi)響應(yīng)一次外部中斷，輸出信號(hào)給第一定時(shí)器；

所述的第一定時(shí)器用來計(jì)時(shí)兩次外部中斷間的時(shí)間長(zhǎng)度，即為一 個(gè)基準(zhǔn)脈沖的周期時(shí)長(zhǎng)T，其中，T為周期時(shí)長(zhǎng)；

所述的第二定時(shí)器將該周期進(jìn)行N等分后得到T/N，它對(duì)T/N中 的兩個(gè)離散點(diǎn)之間的相隔時(shí)間長(zhǎng)度進(jìn)行定時(shí)，并對(duì)該時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，其 中，N為正整數(shù)。

上述的基于單片機(jī)的MDAC窄帶跟蹤濾波器，其中，所述的第一和 第二定時(shí)器為具有計(jì)數(shù)及定時(shí)中斷功能的定時(shí)器。