[发明专利]一种基于单片机的MDAC窄带跟踪滤波器及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种滤波器及其实现方法，尤其涉及一种基于单片机的 MDAC窄带跟踪滤波器及其实现方法。

背景技术

不平衡是旋转机械产生噪声和发生故障的主要原因，而要消除转子不 平衡就必须首先测量旋转机械的不平衡量。不平衡量的测量主要是通过检 测转轴(或支承)的振动信号来实现的。

由不平衡量引起的振动响应是与转子转速同频的信号，而实际由振动 传感器获得的振动信号，除包含有同频信号外，还包含由于受到转子、轴 承、基础结构及其环境等影响而产生的噪声信号。为此，必须采用滤波的 方法从强干扰中提取不平衡量引起的振动信号。由于转子转速的不稳定， 相应地，不平衡振动响应频率也会随之变化。这要求动平衡测试系统中的滤 波器不仅要有极窄的带宽，而且要能跟踪转速的变化。

动平衡测试系统中应用的窄带跟踪滤波器主要有瓦特计、开关电容式 滤波器以及基于EPROM的乘法数模转换器(MDAC)窄带跟踪滤波器等。瓦 特计是一种机械式乘法滤波器，其缺点是带宽有限，且在低频时会出现光 点晃动。开关电容滤波器信号滤波领域得到了广泛的应用，但其应用于振 动信号处理时具有一些不足之处，主要表现在：一是由于开关电容滤波器 存在对模拟信号的采样过程，对前置低通滤波器要求较高，易造成对高频 噪声信号带来频谱混迭误差；二是开关电容滤波器的输出波形是阶梯状正 弦波，使振动信号的波形发生变形，引入了附加误差，并且后续处理过程比 较复杂。

基于EPROM的MDAC窄带跟踪滤波器如图1所示，其中f₀表示与转速 同频的基准脉冲信号，e(t)表示振动信号，E₁、E₂分别为低通滤波器1′的 输出。

由E₁、E₂可求出不平衡引起的同频振动信号幅值为同频 振动信号与基准脉冲信号的相位差为

基于EPROM的MDAC窄带跟踪滤波器的优点是克服了瓦特计、开关电 容式滤波器的不足之处，具有良好的测量精度，缺点是该测量方法中采用 512倍频器2′、512进制环形计数器3′和EPROM正弦、余弦函数发生器4′、 5′来产生正、余弦函数，硬件较为复杂，成本高。此外由于采用硬件形 式，使得电路设计的修改较为不便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种基于单片机的 MDAC窄带跟踪滤波器及其实现方法，其硬件结构简单，充分利用单 片机来实现信号的产生，使得生产和制造成本大大降低。

实现上述目的的技术方案是：

本发明之一的一种基于单片机的MDAC窄带跟踪滤波器，包括第一 乘法数模转换器、第二乘法数模转换器、与第一乘法数模转换器相连的第 一低通滤波器、与第二乘法数模转换器相连的第二低通滤波器，所述的第 一乘法数模转换器和第二乘法数模转换器均接收一振动信号，其中，还包 括一连接于所述的第一乘法数模转换器和第二乘法数模转换器的输入端 的单片机，该单片机的输入端接收一基准脉冲信号，输出端分别输出数字 正弦信号和数字余弦信号给所述的第一乘法数模转换器和第二乘法数模 转换器。

上述的基于单片机的MDAC窄带跟踪滤波器，其中，所述的单片机 通过其I/O口输出信号给所述的第一乘法数模转换器和第二乘法数模转换 器。

上述的基于单片机的MDAC窄带跟踪滤波器，其中，所述的单片机 包括有中断引脚，该中断引脚接收所述的基准脉冲信号。

上述的基于单片机的MDAC窄带跟踪滤波器，其中，所述的单片机 包括一外部中断模块、一第一定时器以及一第二定时器，其中：

所述的外部中断模块接收所述的基准脉冲信号的脉冲序列，在每 个基准脉冲的周期内响应一次外部中断，输出信号给第一定时器；

所述的第一定时器用来计时两次外部中断间的时间长度，即为一 个基准脉冲的周期时长T，其中，T为周期时长；

所述的第二定时器将该周期进行N等分后得到T/N，它对T/N中 的两个离散点之间的相隔时间长度进行定时，并对该时间进行计数，其 中，N为正整数。

上述的基于单片机的MDAC窄带跟踪滤波器，其中，所述的第一和 第二定时器为具有计数及定时中断功能的定时器。