手持式振动测量仪

1、技术领域

本实用新型属于测量领域，特别是涉及一种实现稳定振动状态下物体振动频率和振动幅 值测量的手持式振动测量仪。

2、背景技术

振动频率和振动幅值是描述振动物体振动状态的两个重要参数。目前现有的手持式振动 测量仪主要分为两类：一类是类似笔杆的微型振动测量仪，另一类是体积大一些、功能复杂 的振动测量仪，但两者均存在一定的技术局限性。前者的测量量程有限，如有的微型振动测 量仪的振幅测量值最大只能达到1.999mm，不适合振动振幅大的物体振动参数的测量；而后 者功能复杂(除了完成测量振幅值和频率值以外还可以进行其他复杂的算法分析)、整体功耗 较大(利用电池不能进行长时间供电)、成本较高，不太适合野外一些只需要简单测量振幅值 和频率值的特殊场合(如压路机工作状态测量)使用。

3、发明内容

本实用新型的目的在于克服现有振动测量仪的技术局限性，提供一种采用电池供电、可 以实现稳定振动状态下物体较大幅值范围及较宽频率范围的振动幅值与振动频率测量的手持 式振动测量仪，作为一种介于微型振动测量仪与功能复杂振动测量仪之间的、结构小巧的、 能满足于某些特殊场合使用的新型振动测量仪。

本实用新型是通过以下方式实现的：

手持式振动测量仪，它包括单片机、加速度传感器、前置放大器、中间放大器、整形电 路、采样保持电路、A/D转换电路、键盘电路、显示电路以及电池供电电路；加速度传感器 通过屏蔽电缆线向前置放大器输入电荷信号，前置放大器地输出作为中间放大器的输入，中 间放大器的输出作为整形电路和采样保持电路的输入，整形电路为单片机提供振动频率测量 的方波脉冲信号，采样保持电路的输出作为A/D转换电路的输入，A/D转换电路为单片机提 供振动幅值测量的数字量信号，键盘电路用于人对单片机的操作，显示电路显示测量结果和 状态信息，电池供电电路为系统提供工作电压；本实用新型的特征是：采样保持电路采样保 持输入信号的峰值信号，A/D转换电路采用具有过量程和欠量程检测功能的A/D转换器，中 间放大器采用数字电位器并由单片机对增益进行调节，键盘电路采用三键位键盘，分别用于 测量过程启动、停止和显示内容为频率值或振幅值的选择控制；显示电路采用4位LCD，用 于显示振动频率值、振动幅值或电池欠压状态时的闪烁提示信息。

由于本实用新型的单片机根据A/D转换电路的过量程和欠量程信息对放大器增益进行自 动调节，因此只要选用合适的加速度传感器，本实用新型即具有较高的测量灵敏度；另外， 本实用新型选用的器件多为低功耗器件，且单片机以节电方式运行，可以利用电池供电进行 长时间的测量工作。

4、附图说明：

图1为本实用新型的结构方框图。

图中1为键盘电路，2为显示电路，3为前置放大器，4为中间放大器，5为采样保持电 路，6为整形电路，7为加速度传感器，8为电池供电电路，9为A/D转换电路，10为单片机。 5、具体实施方法

下面结合附图对本实用新型做详细说明：

本实用新型，包括型号为AT89C51的单片机10、应变式加速度传感器7、前置放大器3、 中间放大器4、整形电路6、采样保持电路5、A/D转换电路9、键盘电路1、显示电路2以及 电池供电电路8。前置放大器3完成阻抗变换与初步信号放大，把加速度传感器7输出的电 荷量信号转化为电压信号；中间放大器4进一步放大前置放大器3的输出信号，它采用了数 字电位器调节增益，数字电位器由单片机10进行控制；前置放大器3和中间放大器4均采用 了低功耗、高输入阻抗的MOS运算放大器LF444；整形电路6把中间放大器4输出的以正弦 波形式变化的信号转化为脉冲方波信号，送至单片机10的计时器输入端，利用测量脉冲周期 的方法实现振动频率值测量；采样保持电路5由运算放大器、NMOS管T和电容C构成峰值信 号采样保持电路，使电容C的电压保持为输入正弦波信号的峰值电压值；A/D转换电路9把 采样保持电路5采样保持的信号转化为数字量，A/D转换器件选用了具有过量程和欠量程检 测功能的高精度、低功耗器件ICL7135；键盘电路1为三键位键盘，一个键用于测量过程启 动控制，一个键用于测量过程的暂停控制，另有一个键用于显示内容为振动幅值或振动频率 值的选择控制；显示电路2为4位LCD显示器，用于显示振动频率值、振动幅值或电池欠压 状态时的闪烁提示信息，显示振动幅值内容时，最高一位为整数位(带小数点)，后三位为小 数位，而显示振动频率值时，显示内容全为整数位，当电池欠压时4位LCD闪烁显示字形“8”， 提示人们更换电池；电池供电电路8把两节电池的电压转换为系统工作需要的+5V和-5V工作 电源，它还具有电池电压检测功能，当电池欠压时向单片机10提供检测信号。

测量开始时，单片机10的系统初始化程序把中间放大器4的放大增益设定为一个值(调 节中间放大器4中的数字电位器)，然后启动A/D转换电路9进行转换；转换结束时，单片机 10首先检测A/D转换电路9的过量程和欠量程输出，如果为过量程输出，说明中间放大器4 的增益值较大，单片机10输出调节降低增益值，如果为欠量程输出，说明增益值较小，单片 机10输出调节增大增益值；增益调节以后，单片机10工作程序再次启动A/D转换电路9进 行转换，直到没有过量程和欠量程信息输出为止，这时本实用新型进入正常测量工作程序。 正常测量时，单片机10在启动A/D转换电路9的同时，启动单片机10的定时器对整形电路 6输入的单个脉冲周期进行计时；对单个脉冲周期测量的结果T处理即可得到振动频率值 f＝1/T，而对A/D转换电路9转换的结果D(与峰值对应的数字量)以及振动频率值f进行 表达式为D＝k·Aω2＝k·4π2Af2的综合处理，可以得到振动幅值A，k是与增益有关的比例系 数。对A和f分别进行平滑处理，可以得到稳定振动状态物体的振动幅值和振动频率的稳定 测量值。

由此可见，本实用新型适合于稳定振动状态下振动物体的振动频率值和振动振幅值测量。