Содержание

1. Введение…………………………………………………………………3

2. Основы виброметрии…………………………………………………..4

2.1. Простейшее гармоническое колебание………………………………………………….4

2.2. Динамика механических систем…………………………………………..………..……7

2.3. Измерения амплитуды вибрации…………………………………………………………8

2.4. Фаза вибрации……………………………………………………………………………..…9

3. Единицы измерения вибрации……………………………………...11

3.1. Краткая справка по единицам измерения амплитуды………………………….…12

3.2. Смещение, скорость и ускорение………………………………………………………12

3.3. Сложная вибрация…………………………………………………………..……………13.

3.4. Собственные частоты…………………………………………………….……………14

3.5. Резонанс………………………………………………………………………….…………16

3.6. Тест-удар……………………………………………………………………..……………19

3.7. Частотный анализ…………………………………………………………….…………20

3.8. Примеры временных реализаций и их спектров……………………………………21

3.9. Биения………………………………………………………………………………………26

4. Лазерная виброметрия………………………………………………28.

4.1. Оптическая схема лазерного виброметра…………………………………………..32

4.2. Электрическая схема лазерного виброметра…………………..…………………..36

5. Технико-экономическое обоснование……………………..………38

6. Разработка структурной схемы устройства………………………43

6.1. Лазер………………………………………………………………………………………….46

6.2. Фотодиоды………………………………………………………………………………….47

7. Разработка функциональной схемы устройства…………………49

7.1. Преобразователь ток/напряжение для фотодиодов………………………………49

7.2. Пиковый детектор………………………………………………………………..……….52

7.3. Структурная схема измерительной части устройства……………….…………53

7.4. Устройство автоматического выбора частоты дискретизации………………54

7.4.1. Принцип работы устройства……………………………………..…………56

7.4.2. Реализация устройства……………………………………………….……….58

8.Разработка модуля расчета поправок по температуре……...……60

8.1. Контактные технологии термометрии………………………………………..……60

8.2. Термопреобразователи сопротивления (термометры сопротивления)……..…61

8.3. Модуль для измерения температуры среды и объекта измерений……..……….64

8.4. Элементная база…………………………………………………………………..………68

9. Элементная база………………………………………………………78

9.1. Генератор опорной частоты……………………………………………..….………….79

9.2. Микроконтроллер MSP430F147……………………………………………..………….79

9.2.1. Архитектура…………………………………………………………..…………80

9.2.2. Гибкая система тактирования……………………………….……………..81

9.2.3. Адресное пространство………………………………………….……………81

9.3. Последовательный интерфейс RS-232……………………………………...…………84

9.4. Компараторы…………………………………………………………………….…………87

9.5. Дифференциальный усилитель………………………………………………..…………89

9.6. Счетверенный операционный усилитель AD8044……………………………...……91

10. Заключение…………………………………………………….………93

11. Список использованной литературы………………………………94

1. Введение.

Цель данного курсового проекта – разработка адаптивного лазерного интерферометрического измерителя вибраций. Данный прибор предназначен для исследования параметров механических колебаний различных объектов, но его главное отличие состоит в том, что он использует принцип интерференции света. Это позволяет добиться высочайшей чувствительности – порядка длины волны используемого лазера, т.е. в диапазоне 440-905 нм.

Естественно разрабатываемый прибор должен быть цифровым, поскольку это диктуется не только общей тенденцией «оцифровывания» средств измерений, но и самим принципом работы устройства, основанном на счете минимумов и максимумов интерференции.

Крайне важно обеспечить заданную чувствительность (порядка длины волны лазера) за счет высокоточного исполнения оптических деталей, помехозащищенности электронных компонентов, а также коррекции ошибок от различных влияющих факторов (неинформативные вибрации опоры интерферометра, колебания температуры и влажности воздуха, атмосферного давления). Это позволит добиться величины погрешности квантования средства измерения как раз в пределах длины волны лазерного излучения.

Также, в разрабатываемых в настоящее время средствах измерения, наблюдается тенденция к интеллектуализации, т.е. прибор сам анализирует исследуемый объект и оптимизирует свои параметры для обеспечения требуемой точности, сокращения избыточности информации, расширения полосы пропускания. Это позволяет не только получить максимум информации об объекте имеющимися средствами, но и значительно упростить работу исследователя, сократить время, необходимое для анализа и интерпретации результатов.

Разрабатываемый прибор я предполагаю сделать адаптивным по частоте дискретизации, поскольку это позволит не только более рационально использовать пространство памяти, но и в определенной степени увеличит помехозащищенность устройства, т.к. ограничение частоты дискретизации работает как ФНЧ

Данный прибор, в силу свой высокой точности, может применяться не только для исследования различных объектов, но и для калибровки других, менее точных средств измерения.