具有高精度的懸浮軸振動(dòng)測量傳感器的設計

由此，只要獲得合理的計數時(shí)間△T，就可以得到2個(gè)頻率信號的計數差值，設計時(shí)，△T是利用單片機計數光電編碼器的輸出脈沖確定的。由于光電編碼器采樣的時(shí)間間隔約為111μs，一個(gè)采樣周期內除了計數外，必須留有計數值的記錄和運算時(shí)間，所以，選取ΔT=100μs111μs，由式(10)可知計數器的讀數差值與頻率的關(guān)系為

差頻計數器的啟停信號是由單片機控制的。當單片機啟動(dòng)控制信號GEP為高電平后，差頻計數器開(kāi)始等待計數。差頻計數器的被測頻率信號是由2個(gè)與門(mén)控制輸入的。在每個(gè)采樣周期到來(lái)時(shí)即單片機接收光電編碼器脈沖e1為上升沿后，單片機分別檢測2個(gè)振蕩器的輸出頻率信號osc11，osc21，等待osc11，osc21信號的第一個(gè)上升沿，分別發(fā)出控制信號f1，f2啟動(dòng)與門(mén)，使差頻計數器接收對應的頻率信號并進(jìn)行計數，同時(shí)，單片機對應的內部計數器開(kāi)始定時(shí)，定時(shí)時(shí)間為△T。定時(shí)時(shí)間到△T后，單片機關(guān)閉差頻計數器的對應輸入信號的閘門(mén)，讀取差頻計數器的計數值，并對計數器進(jìn)行清零處理，當2個(gè)計數器均完成計數后，單片機開(kāi)始對D1，D2進(jìn)行數字處理。差頻計數器被測頻率信號與定時(shí)控制信號之間采用了同步鎖定的方法，并分別對2個(gè)頻率信號計數，這樣就消除±1的計數誤差。振蕩器輸出為高頻信號，因此，一個(gè)采樣周期內2個(gè)頻率信號第一個(gè)上升沿到來(lái)的時(shí)間間隔不會(huì )大，即每個(gè)采樣周期內都能完成對2個(gè)頻率信號的ΔT間隔計數，周而復始就實(shí)現了整個(gè)差頻計數的功能。差頻計數器的工作時(shí)序如圖4。圖中，1為單片機的啟?？刂菩盘朇EP，2為編碼器的輸出信號e1，3為測量傳感器的頻率信號osc11，4為與門(mén)1的控制信號f1，5為被計數器1計數的頻率信號osc12，6為溫度補償傳感器的頻率信號osc21，7為與門(mén)2的控制信號f2，8為被計數器2計數的頻率信號osc22。

2.2.3數據的處理
由于懸浮軸振動(dòng)位移與單片機輸出計數值成單值函數關(guān)系，最后，利用C8051F020單片機編寫(xiě)軟件程序把計數差值轉換成振動(dòng)的位移量實(shí)現振動(dòng)位移的存儲和分析。其中，振動(dòng)位移分別用2個(gè)字節進(jìn)行存儲，振動(dòng)位移的正負根據減法器的進(jìn)位位確定，它存儲在一個(gè)獨立的單元中，設定00H表示振動(dòng)為正，01H表示振動(dòng)位移為負。

綜合式(2)、式(3)、式(6)、式(11)可以推導計算出振動(dòng)位移與計數器的差值之間的關(guān)系如表1。

3結束語(yǔ)
懸浮軸振動(dòng)測量傳感器能夠測量振動(dòng)頻率小于4.5 kHz，振動(dòng)范圍在-25～25 μm內的振動(dòng)位移量，實(shí)現了轉動(dòng)時(shí)對其振動(dòng)位移的測量，同時(shí)，避免了對本身運動(dòng)規律的干擾，而且，硬件采用差頻測量、光電編碼器控制等角度采樣，結合軟件的數據處理，在很大程度上提高了測量精度，消除了傳感器調理電路電源波動(dòng)、環(huán)境溫度變化、分布電容的影響，還能屏蔽電磁干擾，保證了測量結果的可靠性，可應用在特殊的測控環(huán)境中。