磁电式振动速度传感器低频特性补偿的研究

论文摘要

振动是自然界普遍存在的一种运动形式。振动信号中蕴藏着大量有用信息,通过对振动信号的采集、处理和分析可以获取运行设备的故障特征。但大型设备的振动频率比较低,如跨度3060米之间公路桥或铁路桥的固有频率在2Hz左右,大型水轮发电机组的振动频率低至1Hz左右。而现有的测振传感器固有频率过高,在测取低频振动信号（1Hz以下频率）时,其输出信号几乎完全淹没在“噪声”中。本论文针对以上问题,提出对测振传感器进行低频特性补偿,使测振传感器的低频响应满足测量要求。本论文在对比分析了光纤传感器、压电式加速度传感器和磁电式振动速度传感器等不同种类测振传感器性能的基础上,选择磁电式振动速度传感器作为低频特性补偿的研究对象。通过对其工作原理分析,建立CDJ-Z2.5C型磁电式振动速度传感器的数学模型,分析其动态特性指标,并通过实验验证了该数学模型的正确性。针对其补偿,本论文分析了无源补偿法、反馈补偿法、零极点配置补偿法以及系统辨识补偿法的各自特点,最终,选择零极点配置补偿法对磁电式振动速度传感器进行低频特性补偿,并补偿法设计出补偿网络,通过相关理论计算出补偿网络的参数值,并在ORCAD电子电路仿真软件对该电路进行仿真实验,结果表明该补偿网络设计可行。在振动测试平台上对带补偿网络的传感器进行了实验调试,并根据实验数据结合补偿电路的特性,对电路参数做出相应调整,最终使补偿后的传感器低频特性满足设计要求。截止频率前移十倍频程以上,线性度得到极大改善。本论文通过对IIR（Infinite Duration Impulse Response—无限脉冲响应）滤波器和FIR（Finite Impulse Response—有限脉冲响应）滤波器特点分析,采用双线性变换法设计IIR滤波器。并利用MATLAB软件对数字补偿网络进行了仿真,仿真结果表明数字补偿网络的补偿效果较有源补偿网络更好,为下一步的产品开发奠定了良好的基础。最后对研究工作进行了总结和展望,并指出了下一步的研究方向和内容。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究的意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 主要工作
• 2 测振传感器的选择及建模
• 2.1 概述
• 2.1.1 静态特性
• 2.1.2 动态特性
• 2.2 振动传感器的选择
• 2.2.1 光纤传感器
• 2.2.2 压电式加速度传感器
• 2.2.3 磁电式振动速度传感器
• 2.3 磁电式振动速度传感器工作原理
• 2.3.1 建立模型
• 2.3.2 实验验证
• 2.4 本章小结
• 3 低频特性的补偿方法
• 3.1 概述
• 3.2 无源补偿
• 3.3 反馈补偿
• 3.4 零极点配置补偿
• 3.5 系统辨识补偿
• 3.6 本章小结
• 4 有源补偿网络的设计
• 4.1 补偿原理
• 4.2 有源补偿网络设计
• 4.2.1 有源滤波器概述
• 4.2.2 有源低通滤波器的设计
• 4.2.3 有源带通滤波器的设计
• 4.3 补偿网络的实现
• 4.3.1 电路仿真
• 4.3.2 器件的选择
• 4.3.3 实验与调试
• 4.4 本章小结
• 5 数字补偿网络的设计
• 5.1 数字滤波器概述
• 5.2 数字滤波器的基本结构
• 5.3 IIR 滤波器的设计方法
• 5.3.1 冲击响应不变法
• 5.3.2 双线性变换法
• 5.4 磁电式传感器数字补偿网络的设计
• 5.5 数字补偿网络的仿真
• 5.5.1 CDJ-Z2.5C 振动传感器的离散化数学模型的仿真
• 5.5.2 数字补偿网路的仿真
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录