微弱振动信号自适应采集系统设计.doc

微弱振动信号自适应采集系统设计 　　摘 要：在许多交通运行机械的振动信号测量中,强噪声和微弱振动信号混叠在正常振动信号中,给振动系统的微弱信号采集与分析造成了困难。针对该问题,设计一种基于TMS320F2812的四通道实时数据采集系统。该系统能够用于强噪声存在下的微弱振动信号采集,能够根据被测信号振幅变化自动调整控制放大器的增益,具有自适应数据测量与处理的功能,因而有较广泛的应用价值。 　　关键词：数据采集；数字信号处理；自适应放大；振幅检测 　　中图分类号：TP274文献标识码：B 　　文章编号：1004-373X(2009)05-187-04 　　 　　Design of Weak Vibration Signal Adaptive Data Acquisition System 　　LI Yongjian,LI Shunming,HAO Qingqing,SHEN Huan 　　(College of Energy and Power Engineering,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing,210016,China) 　　Abstract：Both the significant noise and weak vibration signal are often mixed in the original vibration signal in many vehicle′s vibration signal detection,and it could make data acquisition and processing of weak vibration signal beccom more difficult.To solve this problem,a real-time data acquisition system with 4 channels using TMS320F2812 DSP is presented.The system can be used to acquire weak vibration signal in the significant noise background,and the gain of the amplifier can be adaptively adjusted according to the amplitude of the signal detected.This system has the function of adaptive data acquisition and processing of weak vibration signal.It can be used widely. 　　Keywords：data acquisition；DSP；adaptive amplification；amplitude detection 　　 　　0 引 言 　　 　　在机械结构的振动过程中,许多微弱信号包含机械运动的丰富特征信息,如故障特征信息等,有必要提取出来加以分析。而在微弱信号提取过程中,有时信号非常微弱,极易受到外界的干扰而淹没于强噪声之中,有时被测信号振幅变化范围又很大,给信号采集带来很大困难［1］。放大电路本身的噪声性能和频率特性也将影响到信号的提取精度［2］。对振动信号的采集及处理,通常是用普通的数据采集系统去采集,然后用数字信号处理的方法来提取数据的特征信息。但是,一些由采集系统的不足对信息造成的损失,是后期的数字信号处理无法补偿的。振动信号的检测是机械系统状态监测和早期故障诊断的关键,机械系统早期故障引起的异常振动信号有时都很微弱而且持续时间短,信噪比低,容易淹没于背景噪声中。这对信号检测技术提出了很高的要求［3-5］。针对此情况,本文考虑设计一个微弱振动信号自适应采集系统,能 　　够根据被测信号的振幅实时地调节放大器的增益,从而检测出微弱振动信号。 　　 　　1 系统框图与结构原理 　　 　　系统的总体结构如图1所示,主要包括DSP芯片TMS320F2812、数据采集预处理电路、数据存储器、JTAG仿真接口及与计算机的通信接口。其中数据采集预处理电路共有四路,每一路包括前置放大器、抗混叠滤波电路、程控放大电路和电压抬升与保护电路。 　　图1 系统结构框图 　　在结构设计中,设计了四路预处理通道,以提高系统的稳定性和快速性。考虑到采集对象是微弱信号,在每路程控放大器前设计了低噪声前置放大器,且每一路程控放大器的增益控制信号直接来自DSP。程控放大器之前设有抗混叠低通滤波器以滤去信号中混有的高频噪声,减小了噪