基于MAX038的振動(dòng)速度放大器試驗(yàn)器的設(shè)計(jì)

陳明強(qiáng) 李旭 戰(zhàn)曄

摘 要：發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況的重要儀表系統(tǒng)，其可靠、穩(wěn)定的工作對(duì)飛行安全有重要作用。根據(jù)外場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要故障部件為振動(dòng)速度放大器。在深入分析測(cè)試需求的基礎(chǔ)上，借助MAX038芯片的性能特點(diǎn)，提出了一種基于該芯片的振動(dòng)速度放大器試驗(yàn)器設(shè)計(jì)方案，并給出了原理電路。經(jīng)應(yīng)用表明，該試驗(yàn)器能夠滿足部隊(duì)測(cè)試需求，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、體積小等特點(diǎn)，有很高實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：MAX038；振動(dòng)速度放大器；頻率控制；幅度控制

1 引言

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是高速旋轉(zhuǎn)機(jī)件，雖然經(jīng)過嚴(yán)格平衡，但在實(shí)際工作中不可避免地依然存在或大或小的震動(dòng)現(xiàn)象，超過一定范圍的振動(dòng)量（振幅、振動(dòng)速度或振動(dòng)加速度）會(huì)給發(fā)動(dòng)機(jī)自身及其他機(jī)載機(jī)件造成影響，嚴(yán)重的可能危及飛行安全。振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)速度，了解發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況，因此，該系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定工作對(duì)飛行安全意義重大。根據(jù)外場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要故障部件是振動(dòng)速度放大器，而目前，部隊(duì)配發(fā)的測(cè)試設(shè)備主要是以貨架標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)送器為基本設(shè)備構(gòu)建，該類設(shè)備雖然功能齊全、性能指標(biāo)高，但是價(jià)格較貴，而且許多功能根本用不上，嚴(yán)重降低了軍事經(jīng)濟(jì)效益。為此，本文基于MAX038設(shè)計(jì)了一種低成本、小體積的振動(dòng)速度放大器試驗(yàn)器，在滿足部件測(cè)試需求的前提下，大大降低了系統(tǒng)成本，提高了軍事經(jīng)濟(jì)效益。

2 振動(dòng)速度放大器

不同機(jī)型裝備的振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)型號(hào)會(huì)有不同，但其基本組成和工作過程是一樣的。都由振動(dòng)速度傳感器、放大器和指示部件組成。振動(dòng)速度放大器用于對(duì)振動(dòng)速度傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、檢波等處理，以便驅(qū)動(dòng)后續(xù)指示器和記錄裝置。同時(shí)，放大器中的告警伺服電路，將被測(cè)振動(dòng)速度同預(yù)設(shè)的告警值進(jìn)行比較，在出現(xiàn)振動(dòng)速度超越預(yù)設(shè)告警值時(shí)接通告警電路實(shí)現(xiàn)告警。

振動(dòng)速度放大器電路結(jié)構(gòu)為按功能單元級(jí)連組成，每個(gè)功能單元由多個(gè)運(yùn)算放大器和必要的外圍電路構(gòu)成。組成電路的功能單元有同相跟隨器、帶通濾波器、比例放大器、全波檢波器、延遲電壓比較器、多諧振蕩器和直流穩(wěn)壓器等，原理框圖如圖所示。

3 設(shè)計(jì)方案

該試驗(yàn)器的總體設(shè)計(jì)思路是：以MAX038為核心產(chǎn)生頻率和幅值都可調(diào)的正弦波信號(hào)，用該正弦波信號(hào)模擬振動(dòng)速度傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)，將此信號(hào)送給振動(dòng)速度放大器，通過觀察信號(hào)輸出值，以實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)速度放大器進(jìn)行檢測(cè)的要求。

3.1 MAX038芯片

MAX038是美國MAXIM公司生產(chǎn)的高頻、高精度、低輸出電阻、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)（20mA）的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器芯片。工作電源采用±5V，功耗為400mW，內(nèi)部提供2.5V基準(zhǔn)電壓。內(nèi)含主振蕩器、波形變換電路、波形選擇多路開關(guān)、2.5V能隙基準(zhǔn)電壓源、相位檢測(cè)器、同步脈沖輸出及波形輸出驅(qū)動(dòng)電路等?？奢敵稣也?、方波、三角波。

與以往的波形發(fā)生器相比，MAX038已不再是一個(gè)固有的信號(hào)源，其頻率范圍從0.1Hz～20MHz（最高可達(dá)40MHz）可調(diào)，可作為多種信號(hào)源嵌入到各類試驗(yàn)器中，允許通過軟件設(shè)置頻率、幅度、占空比等波形參數(shù)來滿足不同需要，具有很強(qiáng)的移植性與通用性。

3.2 原理電路

試驗(yàn)器以MAX038為核心，具有調(diào)頻和調(diào)幅部分。MAX038的A1端接+5V，A2端接地，輸出的波形是正弦波。DADJ端接地表示生成的正弦波信號(hào)的占空比為50%。通過旋轉(zhuǎn)式電位進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，即在MAX038的REF端和IIN端分別接入6個(gè)不同的電阻，以分別產(chǎn)生檢測(cè)所需的6個(gè)不同頻率的信號(hào)。這里要注意的是，由于所產(chǎn)生的信號(hào)不用作頻率微調(diào)，那么FADJ端不得開路，必須經(jīng)12 kΩ電阻接地，達(dá)到禁止使用的目的。此時(shí)信號(hào)的頻率只能通過旋轉(zhuǎn)式電位計(jì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。所產(chǎn)生的正弦波信號(hào)的頻率為：

（1）

信號(hào)輸出端OUT與一個(gè)同相放大器相連接，以達(dá)到對(duì)正弦波的幅值進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的，再將此正弦信號(hào)送給振動(dòng)速度放大器。

4 測(cè)試應(yīng)用

4.1 傳輸特性試驗(yàn)

試驗(yàn)放大器的傳輸特性，將調(diào)頻旋鈕置于RIIN=33.3kΩ，此時(shí)檢查儀將輸出150赫茲的正弦波，觀察毫伏表V1，用調(diào)幅旋鈕改變正弦波的幅值，使輸出電壓值為383毫伏。此時(shí)觀察電流表的輸出值應(yīng)該為100±5微安，電壓表V2的輸出值應(yīng)該為50.25伏，其技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足表1要求。

4.2 頻率特性試驗(yàn)

旋轉(zhuǎn)“調(diào)頻”旋鈕，測(cè)試放大器的頻率特性。檢查儀給被試放大器輸入150赫茲信號(hào)，用信號(hào)的調(diào)幅旋鈕調(diào)整信號(hào)電壓，觀察電壓表V2，使輸出電壓值為準(zhǔn)確的5伏，作為頻率特性的基準(zhǔn)。調(diào)頻旋鈕每按一次，檢查儀依次輸出32赫茲，65赫茲，150赫茲，250赫茲，300赫茲，600赫茲的電壓信號(hào)，此時(shí)可由電壓表讀取相應(yīng)輸出的“記錄電壓”。其技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足表2要求。

4.3 告警功能試驗(yàn)

檢查儀還可以提供試驗(yàn)告警功能的條件，被試放大器出廠時(shí)預(yù)設(shè)了相當(dāng)于振動(dòng)速度為40±6mm/s的告警值。調(diào)整調(diào)幅旋鈕使告警燈熄滅，此時(shí)振動(dòng)正常，速度電壓信號(hào)低于預(yù)設(shè)的比較電壓，所以告警電路不工作。反方向調(diào)整調(diào)幅旋鈕使告警燈由滅變亮?xí)r，此時(shí)代表被測(cè)振動(dòng)速度的速度電壓信號(hào)大于預(yù)設(shè)的比較電壓時(shí)，會(huì)輸出一個(gè)高電位信號(hào)，繼電器K2吸合，其觸點(diǎn)閉合，接通告警燈電源，實(shí)現(xiàn)告警，電流表的值為告警值。此時(shí)電流表的值應(yīng)為80±12μA。

4.4 自檢輸出試驗(yàn)

按壓“自檢輸出”按鈕，用于檢查放大器的自檢輸出電壓值。此時(shí)，27伏直流電給繼電器K1供電，繼電器K1工作，其觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換，多諧振蕩器接通。多諧振蕩器會(huì)產(chǎn)生頻率為250Hz的信號(hào)。用它替代振動(dòng)速度傳感器信號(hào)使電路工作，以檢查振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作的正常與否。

5 結(jié)語

本文基于MAX038芯片提出了一種發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)速度放大器試驗(yàn)器設(shè)計(jì)方案，該試驗(yàn)器摒棄了功能復(fù)雜、價(jià)格昂貴的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)送器，利用MAX038芯片模擬傳感器輸出信號(hào)，在滿足部隊(duì)測(cè)試需求的基礎(chǔ)上，大大降低了試驗(yàn)器成本，目前該試驗(yàn)器已在某些航空兵部隊(duì)?wèi)?yīng)用，測(cè)試效果良好。

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作者簡(jiǎn)介：陳明強(qiáng)（1967—），男，福建漳州人，本科，工程師，研究方向：飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工程。