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鋼球振動(dòng)測(cè)量?jī)x電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2012-12-16
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多功能強(qiáng)大的集成電路芯片，這些芯片往往可以將一個(gè)完整功能的電路集成到一個(gè)芯片上，或?qū)讉€(gè)相關(guān)功能的電路甚至整套的測(cè)控電路集成到一個(gè)芯片上。在現(xiàn)代儀器的開發(fā)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能地采用集成化器件。鋼球振動(dòng)測(cè)量?jī)x的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，充分采用了高集成度的芯片去簡(jiǎn)化電路或電路設(shè)計(jì)，利用了集成狀態(tài)變量濾波器；集成化真有效值、對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器；集成函數(shù)發(fā)生器等，提高了儀器電氣系統(tǒng)的性能，降低了成本。
傳統(tǒng)鋼球振動(dòng)測(cè)量?jī)x中的濾波電路采用ＲＣ有源濾波器。這類濾波器由運(yùn)算放大器外接電阻、電容構(gòu)成的。濾波頻率由電阻、電容參數(shù)決定，選配困難，調(diào)試不便。為了方便測(cè)量系統(tǒng)的調(diào)試與維修，減小濾波器的溫漂與時(shí)漂，采用了集成狀態(tài)變量濾波器。
所謂狀態(tài)變量濾波器就是用狀態(tài)變量法解二階微分方程并致力于用模擬電子線路來(lái)獲得的一種濾波電路。它是一種有源的模擬濾波器，是時(shí)間連續(xù)的濾波，與開關(guān)電容濾波器相比，噪聲較小，動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良。狀態(tài)變量濾波器便于集成化，外接幾個(gè)電阻便可構(gòu)成低通、高通、帶通帶阻等各種類型的濾波器。集成化的狀態(tài)變量濾波器基本單元是一個(gè)二階環(huán)節(jié)，通過(guò)級(jí)聯(lián)可實(shí)現(xiàn)四階或八階濾波器。這種濾波器的誤差靈敏度低，即外接電阻參數(shù)稍有變化時(shí)，對(duì)傳輸特性的影響不大。
交流電壓通常是以有效值來(lái)度量的，測(cè)量交流電壓的電路有平均值轉(zhuǎn)換器和真有效值轉(zhuǎn)換器。平均值轉(zhuǎn)換器電路簡(jiǎn)單，成本低，廣泛應(yīng)用于低精度的儀器儀表中，但由于采用平均值的電壓表頭是按正弦有效值進(jìn)行刻度的，所以，只有在測(cè)僅包含正弦波的電壓信號(hào)時(shí)，所顯示的結(jié)果才是正確的。現(xiàn)代高精度儀器儀表很少再采用平均值轉(zhuǎn)換器，代之發(fā)展并廣為采用的是真有效值轉(zhuǎn)換器。真有效值轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)周期性交流電壓的有效值測(cè)量。其輸出的直流電壓，線性地正比于被測(cè)各種波形交流信號(hào)的有效值，不受輸出波形失真度的影響。
有效值測(cè)量集成電路視其測(cè)量范圍和精度要求有多種規(guī)格可選，較通用的有AD536、AD636、AD637、AD736及AD737Ｄ等。我們選用AD637，該集成器件是按有效值隱含運(yùn)算而設(shè)計(jì)的，其精度優(yōu)于0 1%，波峰因數(shù)≤10，相對(duì)穩(wěn)定時(shí)間快，是當(dāng)前集成真有效值轉(zhuǎn)換器性能較好的一種。AD637由絕對(duì)值電路、平方/除法器、低通濾波/放大器和緩沖放大器等組成。AD637還設(shè)有對(duì)數(shù)輸出口，通過(guò)外接電路設(shè)置對(duì)數(shù)電路零點(diǎn)，AD637測(cè)量有效值的輸出值經(jīng)過(guò)差動(dòng)對(duì)數(shù)放大器后就得到所測(cè)量有效值的ｄＢ值。
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