高精度悬浮轴振动测量传感器设计与数字化信号处理

本文主要探讨了具有高精度的悬浮轴振动测量传感器的设计。悬浮轴在工作过程中，由于受到轻微干扰会产生不稳定振动，这不仅影响其正常运行，而且对振动位移的精确测量提出了挑战。传统的非接触测振传感器，如电涡流传感器和激光传感器，存在各自的局限性。电涡流传感器易受电磁干扰和温度影响，而激光传感器的成本较高且稳定性不足。 作者基于电容传感器的优势——结构简单、灵敏度高、动态特性良好，决定将其作为设计基础。电容传感器通过感知振动导致的电容量变化，间接反映振动位移。设计的关键组成部分包括电容传感器的设计、振荡电路的选择、光电编码器的采样、差频计数的实现以及单片机智能控制。具体来说，振动位移的变化会改变振荡电路中的电容，从而影响振荡器的输出频率。同时，温度补偿传感器也通过类似机制提供频率信号，确保测量的准确性。 光电编码器负责对振动信号进行等转角采样，通过与门电路和单片机配合，将两个高频信号输入到差频计数器，计算出固定时间间隔内的计数值。这些数据被C8051F020单片机处理，最终将计数差值转化为振动位移的量化值。这种设计不仅提高了测量的精度，还实现了振动信号的数字化处理，克服了传统方法可能遇到的干扰问题。 悬浮轴振动测量传感器的研制过程中，特别关注了测量电路的设计，它由两部分组成：一是电容传感器用于转换振动位移到电容量变化，二是反射式光电编码器用于实时捕获和量化轴的位移信息。整个传感器系统旨在提供一种稳定、高效、抗干扰的解决方案，适用于各种高精度悬浮轴振动监测应用。通过结合先进的传感器技术和智能控制，该设计有望在工业自动化、航空航天等领域发挥重要作用。