数字传感技术在振动参量监测方面的应用研究

摘要

振动作为一种物质运动的表现形式，对该参量的监测已广泛应用在航空航天、工业控制、医疗卫生、环境监测等各个方面。尤其是在一些特殊环境下的振动信号可能会导致结构的疲劳损坏、瞬时超越损坏，仪器设备的功能失效和设备性能下降等问题，甚至对系统的生存周期产生不可逆转的影响，因此振动参量的监测在避免或者减小振动信号带来的影响方面起着至关重要的作用。目前对振动参量的监测主要采用模拟传感器方式进行，其信号精度低且抗干扰能力差；多点监测大多采用长线方式实现，连接电缆数量繁多且电磁干扰大。传感器数字化实现不仅增强了信号的抗干扰能力，还可实现对信号的零位、非线性等的高效补偿；CAN总线的应用可减少系统电缆数量，节约成本，增强信号传输的抗干扰能力，提高信号传输的可靠性和稳定性。
　　本文基于 CAN总线连接方式，采用数字传感技术，设计了一个振动参量监测系统。设计以微控制器C8051F060为核心，采用模块化设计思想，实现了1521系列振动传感器的数字化；模拟传感信号的数字转换采用单片机内置的16位ADC实现；为减小传感器工作中出现的零位温漂、非线性等误差对信号的影响，利用微处理器强大的数据处理能力和C语言的快速计算能力对传感器输出进行补偿；对CAN总线通讯进行了硬件设计和软件实现，将多个传感器节点挂接在 CAN物理总线上实现传感信号的可靠传输与控制。通过与上位机连接进行振动测试，对系统的可行性和整体性能进行了验证。
　　实验结果表明该数字传感技术可以增强信号的抗干扰能力，提高信号采集精度和传输稳定性，系统的电缆数量和成本降低，具有一定的可靠性和可行性。

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1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究的主要内容及结构安排

2 系统总体设计

2.1 系统功能分析

2.2 系统方案设计

2.3 现场总线技术

2.4 温度补偿

2.5 本章小结

3 传感器数字化实现

3.1 中心控制模块

3.2 电源模块

3.3 信号调理模块

3.4 A/D转换模块

3.5 温度补偿模块

3.6 本章小结

4 CAN总线通讯设计

4.1 CAN总线技术特点

4.2 CAN总线通信原理

4.3 CAN总线通信硬件设计

4.4 CAN总线通信软件设计

4.5 本章小结

5 实验与系统测试

5.1 上位机测试软件

5.2 振动参量监测系统性能测试

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文内容总结

6.2 前景展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢