单通道信号处理的前端信号调理模块的设计Bi耐is震墓茎蒺巷尊ModuleConditioningChannelSignal／厂、、仪表技术与传成器郭建平1，王亮2，郭正刚2，张志新2DesignofFrontBasedSingleVibrationProcessingamplificationamplifieramplification；filter；conditioning件的性能状态信息通过一定的传递路径反映到其表面振动信A＼／2008矩第9期(1．中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司炼油厂，北京102503；2．大连理工大学机械工程学院，辽宁大连u6023)摘要：在机械故障的诊断中，振动信号是不可缺少的重要判断依据。由于振动信号极其微弱，并且由于所处环境等原因，极容易造成频率混叠而导致不能直接进行A／D转换，这就需要在A／D转换之前对信号进行放大和滤波等调理方法，使其满足A／D转换的要求。介绍了一种单通道振动信号处理的前端信号调理模块的设计方法，其中传感器恒流源供电采用LM348四运放集成芯片构成，信号放大电路选用了可编程增益放大器PGA204／205，滤波电路由单片集成滤波器芯片MAX274构成。通过实践检验本模块在工程中有很大的应用价值。关键词：信号处理；恒流源；信号放大；滤波；调理模块中图分类号：TF216文献标识码：A文章编号：1002—1841(2008)09一0099一03(1．ChinaCorporation，seuingRefinery，BeijingMechanical＆Engineering，Dalian116023，China)judgment．ThebecausebepaperdesignLM348，signalprojects．source；signal0引言利用振动信号进行不解体的故障诊断是最常见的故障诊断方法，设备在工作时产生振动是不可避免的，内部工作零部号中⋯。因此，振动信号中包含着振源信息及系统状态等信息，但这种振动信号往往又是极其微弱的(最大为mV级)，而A／D转换所需要的信号，相对振动信号而言又是很大的，这就需要在A／D转换之前，对所采集的振动信号进行放大，滤波等一系列的处理。文中介绍的就是一种实际、有效的振动信号处理的前端信号调理模块的设计。1调理模块的原理信号调理模块的主要功能是：向前端传感器提供稳定的恒流源使其正常工作，对前端传感器输出的振动信号进行放大和滤波，具体的放大倍数由现场信号的大小和A／D的转换范围决定，滤波的截止频率和抑止频率则主要由机械的振动特性来决定。原理框图如图l所示。2调理模块的设计对调理模块主要分3个部分进行设计，即传感器恒流源的设计、信号放大模块的设计和信号滤波模块的设计。2．1传感器恒流源的设计调理模块采用由集成运放构成的恒流源，由集成运放构成的恒流源具有稳定性更好，恒流性能更高的优点。选择的芯片是LM348四运放集成芯片。该芯片具有低耗电量、无交叉失真、低输入偏置电压、低输入偏置电流等特点。考虑到前端传输的信号较弱，利用运放构成的射极跟随器可以提高信号的带载能力，因此具体设计方法如图2所示：如图2所示，4个运放中的中间一个作了V／I转换器[2j。将稳定的电压源转换成恒定的电流，这个电流就是提供给传感器的恒流源。电流的大小可由负载电阻的大小来控制，由传感器的工作电流所决定。’另外3个运放，分别设计成了输入、输出和反馈信号的射极跟随器p1，这样就提高了电路的带载能力，减小了信号的损失，起到改善恒流源性能的作用。电路中可调and2008onGUOJian-pin91，WANGPetroleum＆ChemicalCompany，Oil102503，China；UniversityTechnology，Schooldiagnosismechanicalbrationweak，andmixedintroducedstructuredbythecircuitblefilterWasintegratedchipMAX274．Theshow8，thishasgreatmodule收稿日期：2007—10一01收修改稿日期：2008—06一17调理模块信块田1调理模块原理框图InstrumentTechniqueSensorNo．9Lian92，GUOZheng-gan92。ZHANGZhi-xin2Yanshan2．DalianAbstract：Infailure，thevibrationindispensablepartbasisforvi—signalisextremelyfrequencyeasyenvironmentalitformedA／Dconverter．Thiskindmethodfrontconditioningmodule，thefourop