鋼球振動測量儀電氣系統的設計
2012-12-16
隨著微電子技術的發展，出現了許多功能強大的集成電路芯片，這些芯片往往可以將一個完整功能的電路集成到一個芯片上，或將幾個相關功能的電路甚至整套的測控電路集成到一個芯片上。在現代儀器的開發設計中，應盡可能地采用集成化器件。鋼球振動測量儀的電氣系統設計，充分采用了高集成度的芯片去簡化電路或電路設計，利用了集成狀態變量濾波器；集成化真有效值、對數轉換器；集成函數發生器等，提高了儀器電氣系統的性能，降低了成本。
傳統鋼球振動測量儀中的濾波電路采用ＲＣ有源濾波器。這類濾波器由運算放大器外接電阻、電容構成的。濾波頻率由電阻、電容參數決定，選配困難，調試不便。為了方便測量系統的調試與維修，減小濾波器的溫漂與時漂，采用了集成狀態變量濾波器。
所謂狀態變量濾波器就是用狀態變量法解二階微分方程并致力于用模擬電子線路來獲得的一種濾波電路。它是一種有源的模擬濾波器，是時間連續的濾波，與開關電容濾波器相比，噪聲較小，動態性能優良。狀態變量濾波器便于集成化，外接幾個電阻便可構成低通、高通、帶通帶阻等各種類型的濾波器。集成化的狀態變量濾波器基本單元是一個二階環節，通過級聯可實現四階或八階濾波器。這種濾波器的誤差靈敏度低，即外接電阻參數稍有變化時，對傳輸特性的影響不大。
交流電壓通常是以有效值來度量的，測量交流電壓的電路有平均值轉換器和真有效值轉換器。平均值轉換器電路簡單，成本低，廣泛應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行刻度的，所以，只有在測僅包含正弦波的電壓信號時，所顯示的結果才是正確的。現代高精度儀器儀表很少再采用平均值轉換器，代之發展并廣為采用的是真有效值轉換器。真有效值轉換器可以實現周期性交流電壓的有效值測量。其輸出的直流電壓，線性地正比于被測各種波形交流信號的有效值，不受輸出波形失真度的影響。
有效值測量集成電路視其測量范圍和精度要求有多種規格可選，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算而設計的，其精度優于0 1%，波峰因數≤10，相對穩定時間快，是當前集成真有效值轉換器性能較好的一種。AD637由絕對值電路、平方/除法器、低通濾波/放大器和緩沖放大器等組成。AD637還設有對數輸出口，通過外接電路設置對數電路零點，AD637測量有效值的輸出值經過差動對數放大器后就得到所測量有效值的ｄＢ值。
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