一种旋转机械振动检测系统的硬件设计

【摘要】为了对旋转机械振动的进行实时在线监测，避免事故的发生，本文设计了用于

监测旋转机械振动系统的硬件部分；系统以单片机作为核心

CPU；系统具有参数测量、数

据处理，并且能将数据传输到

PC 机的功能。人们就能根据测试的数据可对机械设备做出客

观的评价，为企业的生产管理提供依据。

 

　　【关键词】在线监测；振动测试；数据采集；系统设计

 

　　旋转机械的振动信号反映了设备的运行状况。机械在运动时，由于转子的不平衡、负载
的不均匀、轴裂纹、轴弯曲、支撑条件不良等因素，总是伴随着各种振动。机械振动在绝大多
数情况下是有害的，振动往往会缩短机械的使用寿命，降低机器的性能并破坏其正常工作
甚至导致事故的发生给人类带来巨大的损失。机械振动同时伴随着噪声，危害健康，破坏环
境。现代企业除了对各种机械设备有低振动和低噪音外，还需随时对机器的运行状况进行监
测、分析和诊断，以便对工作环境的控制。为了提高机械结构的抗震性能，必须进行机械结
构的振动分析和设计。这些都需要振动测试。本文以此为基础设计了一种专用的振动信号检
测系统，具有体积小、精度高、功耗低等优点。

 

　　

1.系统检测原理 

　　如图

1 所示，当机器工作时所产生的振动信号通过传感器、积分放大电路、信号滤波 、

A/D 采集后进入 PC 机，对采样信号作 FFT 变换，从而画出频谱图，通过观察振幅最大处
的频率就可以观察振动物体运行情况。

 

　　此系统硬件包括数据采集模块、

A/D 转换模块、信号调理及通信模块、电源电路、复位电

路。电涡流传感器输出的信号一般在

4-20mA 左右，经过信号调理放大电路后，输出到 A/D

转换电路，由

A/D 完成模拟信号到数字信号的转换，再由 A/D 将转换后的信号输入到

C8051F000 单片机，由此单片机和 PC 通信，实现数据的采集。 
　　

2.系统硬件设计 

　　系统硬件主要包括前端信号高频滤波、低频积分放大电路和

A/D 数据采集。在本系统中，

高频滤波和低频积分在一个电路板上实现，

A/D 转换器完成信号模拟量到数字量的转变。 

　　

2.1 振动信号的采集及调理 

　　振动参数测量时，在可用频率范围内尽量选用灵敏度高的，同时考虑环境、安装及传感
器的自重对振动的影响等因素。不接触的电涡流式位移传感器可以直接感受振动位移信号，
它安装在轴承座上，测出的是它与主轴表面的距离变化。从而得出主轴与轴承座之间的相对
振动，为了得到主轴的绝对振动值

[1]，必须引入轴承座的绝对振动值进行矫正。 

　　

2.2 单电源交流信号放大电路 

　　为了保证运放输入端电阻对称，使运放的内容单元电路具有合适的静态工作点，在运
放输入端一定要加一个直流电位，可以利用稳压芯片

LM385 提供。这样运放的输入就是直

流电位与输入信号的叠加。单电源交流信号放大电路可以用

MAX492 的两级放大来完成。图

2、3 所示为第一级放大电路与第二级放大电路。 
　　

2.3 滤波器的选用 

　　滤波器主要作用是抗干扰，一般振动信号频率范围为

10Hz-10kHz[2]，为减小通频带外

的信号对测量结果的影响，防止出现频率干扰，采用美信公司的

MAX7408 椭圆滤波器芯

片构成

10kHz 高通滤波器的硬件用 RC 滤波器，它能很好的防止频率干扰。 

　　

2.4 A/D 转换 

　　如图

4 所示，ADS7408 转换器采用逐次逼近式工作原理，COMS 工艺制造转换速度快，

功耗低，其最大功耗为

100mW，采用 28 引脚 0.3 英寸 PDIP 封装，两列管脚间距为 0.3 英