раздел 2). Далее рассмотрим аппаратурную реализацию и программное обеспечение прибора.
Рис. 3.1. Общий вид прибора ВДТ:
1 - пьезоакселерометр (с магнитом), 2 - электронный блок
3.1.1.1. Процессор прибора ВДТ выполнен на основе 16-разрядного микропроцессора Intel N80C196KC с тактовой частотой 20 МГц [113]. Микропроцессор имеет встроенный аналого-цифровой преобразователь с коммутатором и схемой выборки-хранения аналогового сигнала, таймеры и схемы программируемого ввода-вывода сигналов, контроллер последовательного канала связи. В процессор входят также память данных - оперативное запоминающее устройство, память программ - постоянное запоминающее устройство, регистр адреса, схема распознавания адресов запоминающих и периферийных устройств, формирователи входных и выходных сигналов, формирователь сигналов интерфейса RS-232C, схема перевода процессора в исходное состояние и схемы сопряжения с периферийными устройствами - жидкокристаллическим индикатором (ЖКИ) и клавиатурой. Процессор разработан в соответствии с рекомендациями [113].
При включении питания или нажатии кнопки "Исходное состояние" клавиатуры, схема перевода процессора в исходное состояние формирует сигнал RESET, по которому микропроцессор считывает первую команду программы из памяти программ. Поскольку магистраль микропроцессора имеет общие линии для передачи адреса и данных, адрес фиксируется в регистре адреса, где и хранится на протяжении цикла магистрали. С этого регистра адрес поступает в схему распознавания адресов запоминающих и периферийных устройств, выходные сигналы которой разрешают работу лишь одного из перечисленных устройств.
В процессоре предусмотрено подключение буквенно-цифрового ЖКИ со встроенным контроллером HD44780, применяемым в ЖКИ фирм Hitachi, Bolymin, Agena и др. Поскольку длительность цикла обращения к этому контроллеру должна быть не менее 1 мкс (что в более чем 5 раз превышает длительность цикла магистрали микропроцессора), схема сопряжения с ЖКИ удлиняет цикл магистрали путем добавления тактов ожидания по сигналу READY. Схема сопряжения с клавиатурой устраняет дребезг контактов, имеющий место при нажатии на кнопки.
Формирователи входных сигналов процессора имеют зону гистерезиса, что препятствует их ложному срабатыванию под действием помех, возникающих из-за разности потенциалов шин питания передатчиков и приемников, расположенных в различных блоках. В процессор входят также формирователи сигналов управления усилителем. Формирователь сигналов интерфейса RS-232C выполнен на микросхеме MAX232A, имеющей внутренний преобразователь напряжения питания выходных каскадов, что позволяет ей вырабатывать сигналы напряжением + 9 В при напряжении питания +5 В. Через этот интерфейс прибор подключается к ЭВМ на этапе отладки программного обеспечения либо к принтеру.
3.1.1.2. В состав усилителя входят: усилитель заряда, выполняющий электрическое согласование пьезоакселерометра с последующими каскадами усилителя; усилитель напряжения, обеспечивающий основное усиление сигнала; схема обнаружения перегрузки усилителя; фильтр нижних частот, ограничивающий спектр сигнала перед аналого-цифровым преобразованием во избежание эффекта наложения спектров [108]; калибратор, предназначенный для проверки целостности и калибровки аналоговой части прибора.
Усилитель заряда выполнен по известной схеме [54] на основе микросхемы операционного усилителя с емкостной обратной связью. Усилитель напряжения выполнен со ступенчато регулируемым по сигналам от процессора коэффициентом передачи (3 значения коэффициента передачи, соотносящиеся как 1:3,16:10). Усилитель напряжения реализован на основе микросхемы операционного усилителя с прецизионными резисторами и коммутатором в обратной связи [107]. Перегрузка усилителя напряжения обнаруживается компараторами, выходы которых логически объединены с помощью диодно-транзисторной схемы, сигнал с которой поступает в процессор.
С выхода усилителя напряжения сигнал поступает в фильтр нижних частот. Основным элементом фильтра является микросхема LTC1064-4CN (фильтр восьмого порядка), полоса пропускания которой задается частотой тактового сигнала, поступающего из процессора (соотношение между граничной частотой полосы пропускания и частотой тактового сигнала составляет 1:50). На входе микросхемы LTC1064-4CN установлены вспомогательные активные фильтры (на основе операционных усилителей) для ослабления сигнала в тех диапазонах частот, откуда он может быть перенесен в рабочий диапазон частот прибора при аналого-цифровом преобразовании: фильтр третьего порядка с частотой среза 2 кГц для первого поддиапазона частот (средние частоты третьоктавных полос до 400 Гц) и фильтр первого порядка с частотой среза 130 кГц для второго поддиапазона частот (со средними частоты третьоктавных полос более 500 Гц), поскольку на частотах более 100 кГц затухание вибрации очень велико и сигналы слабы. С выхода микросхемы LTC1064-4 сигнал поступает на буферный повторитель и далее в процессор к аналого-цифровому преобразователю.
В приборе предусмотрена возможность выполнения порядкового спектрального анализа вибрации (при котором измеряют уровни составляющих вибрации с частотами, пропорциональными частоте вращения вала диагностируемого агрегата). При осуществлении этого вида анализа АЧХ полосовых фильтров прибора зависят от скоростного режима АСТ, что затрудняет определение поправки к результату измерения, необходимой для компенсации отклонений параметров компонентов от номинальных значений. Поэтому для самокалибровки порядковых анализаторов применяют специальные технические решения - поочередная калибровка частотных каналов сигналами с частотами, кратной частоте низшей гармоники входного сигнала [114], либо одновременная калибровка n каналов сигналом, содержащим n равных гармоник, формируемых с помощью n источников опорного напряжения и n ключей [115]. Cложность увеличения количества частотных каналов является основным недостатком этих решений. Для его преодолен