陳明強 李旭 戰(zhàn)曄

摘 要：發(fā)動機振動速度監(jiān)測系統(tǒng)是實時監(jiān)測發(fā)動機工作情況的重要儀表系統(tǒng)，其可靠、穩(wěn)定的工作對飛行安全有重要作用。根據(jù)外場數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)動機振動速度監(jiān)測系統(tǒng)的主要故障部件為振動速度放大器。在深入分析測試需求的基礎上，借助MAX038芯片的性能特點，提出了一種基于該芯片的振動速度放大器試驗器設計方案，并給出了原理電路。經(jīng)應用表明，該試驗器能夠滿足部隊測試需求，同時具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、體積小等特點，有很高實用價值。

關鍵詞：MAX038；振動速度放大器；頻率控制；幅度控制

1 引言

飛機發(fā)動機轉(zhuǎn)子是高速旋轉(zhuǎn)機件，雖然經(jīng)過嚴格平衡，但在實際工作中不可避免地依然存在或大或小的震動現(xiàn)象，超過一定范圍的振動量（振幅、振動速度或振動加速度）會給發(fā)動機自身及其他機載機件造成影響，嚴重的可能危及飛行安全。振動速度監(jiān)測系統(tǒng)可實時監(jiān)測發(fā)動機的振動速度，了解發(fā)動機工作情況，因此，該系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)定工作對飛行安全意義重大。根據(jù)外場統(tǒng)計數(shù)據(jù)，發(fā)動機振動速度監(jiān)測系統(tǒng)的主要故障部件是振動速度放大器，而目前，部隊配發(fā)的測試設備主要是以貨架標準信號發(fā)送器為基本設備構(gòu)建，該類設備雖然功能齊全、性能指標高，但是價格較貴，而且許多功能根本用不上，嚴重降低了軍事經(jīng)濟效益。為此，本文基于MAX038設計了一種低成本、小體積的振動速度放大器試驗器，在滿足部件測試需求的前提下，大大降低了系統(tǒng)成本，提高了軍事經(jīng)濟效益。

2 振動速度放大器

不同機型裝備的振動速度監(jiān)測系統(tǒng)型號會有不同，但其基本組成和工作過程是一樣的。都由振動速度傳感器、放大器和指示部件組成。振動速度放大器用于對振動速度傳感器輸出的電信號進行濾波、放大、檢波等處理，以便驅(qū)動后續(xù)指示器和記錄裝置。同時，放大器中的告警伺服電路，將被測振動速度同預設的告警值進行比較，在出現(xiàn)振動速度超越預設告警值時接通告警電路實現(xiàn)告警。

振動速度放大器電路結(jié)構(gòu)為按功能單元級連組成，每個功能單元由多個運算放大器和必要的外圍電路構(gòu)成。組成電路的功能單元有同相跟隨器、帶通濾波器、比例放大器、全波檢波器、延遲電壓比較器、多諧振蕩器和直流穩(wěn)壓器等，原理框圖如圖所示。

3 設計方案

該試驗器的總體設計思路是：以MAX038為核心產(chǎn)生頻率和幅值都可調(diào)的正弦波信號，用該正弦波信號模擬振動速度傳感器產(chǎn)生的電信號，將此信號送給振動速度放大器，通過觀察信號輸出值，以實現(xiàn)對振動速度放大器進行檢測的要求。

3.1 MAX038芯片

MAX038是美國MAXIM公司生產(chǎn)的高頻、高精度、低輸出電阻、驅(qū)動能力強（20mA）的函數(shù)信號發(fā)生器芯片。工作電源采用±5V，功耗為400mW，內(nèi)部提供2.5V基準電壓。內(nèi)含主振蕩器、波形變換電路、波形選擇多路開關、2.5V能隙基準電壓源、相位檢測器、同步脈沖輸出及波形輸出驅(qū)動電路等。可輸出正弦波、方波、三角波。

與以往的波形發(fā)生器相比，MAX038已不再是一個固有的信號源，其頻率范圍從0.1Hz～20MHz（最高可達40MHz）可調(diào)，可作為多種信號源嵌入到各類試驗器中，允許通過軟件設置頻率、幅度、占空比等波形參數(shù)來滿足不同需要，具有很強的移植性與通用性。

3.2 原理電路

試驗器以MAX038為核心，具有調(diào)頻和調(diào)幅部分。MAX038的A1端接+5V，A2端接地，輸出的波形是正弦波。DADJ端接地表示生成的正弦波信號的占空比為50%。通過旋轉(zhuǎn)式電位進行頻率調(diào)節(jié)，即在MAX038的REF端和IIN端分別接入6個不同的電阻，以分別產(chǎn)生檢測所需的6個不同頻率的信號。這里要注意的是，由于所產(chǎn)生的信號不用作頻率微調(diào)，那么FADJ端不得開路，必須經(jīng)12 kΩ電阻接地，達到禁止使用的目的。此時信號的頻率只能通過旋轉(zhuǎn)式電位計進行調(diào)節(jié)。所產(chǎn)生的正弦波信號的頻率為：

（1）

信號輸出端OUT與一個同相放大器相連接，以達到對正弦波的幅值進行調(diào)節(jié)的目的，再將此正弦信號送給振動速度放大器。

4 測試應用

4.1 傳輸特性試驗

試驗放大器的傳輸特性，將調(diào)頻旋鈕置于RIIN=33.3kΩ，此時檢查儀將輸出150赫茲的正弦波，觀察毫伏表V1，用調(diào)幅旋鈕改變正弦波的幅值，使輸出電壓值為383毫伏。此時觀察電流表的輸出值應該為100±5微安，電壓表V2的輸出值應該為50.25伏，其技術指標應滿足表1要求。

4.2 頻率特性試驗

旋轉(zhuǎn)“調(diào)頻”旋鈕，測試放大器的頻率特性。檢查儀給被試放大器輸入150赫茲信號，用信號的調(diào)幅旋鈕調(diào)整信號電壓，觀察電壓表V2，使輸出電壓值為準確的5伏，作為頻率特性的基準。調(diào)頻旋鈕每按一次，檢查儀依次輸出32赫茲，65赫茲，150赫茲，250赫茲，300赫茲，600赫茲的電壓信號，此時可由電壓表讀取相應輸出的“記錄電壓”。其技術指標應滿足表2要求。

4.3 告警功能試驗

檢查儀還可以提供試驗告警功能的條件，被試放大器出廠時預設了相當于振動速度為40±6mm/s的告警值。調(diào)整調(diào)幅旋鈕使告警燈熄滅，此時振動正常，速度電壓信號低于預設的比較電壓，所以告警電路不工作。反方向調(diào)整調(diào)幅旋鈕使告警燈由滅變亮時，此時代表被測振動速度的速度電壓信號大于預設的比較電壓時，會輸出一個高電位信號，繼電器K2吸合，其觸點閉合，接通告警燈電源，實現(xiàn)告警，電流表的值為告警值。此時電流表的值應為80±12μA。

4.4 自檢輸出試驗

按壓“自檢輸出”按鈕，用于檢查放大器的自檢輸出電壓值。此時，27伏直流電給繼電器K1供電，繼電器K1工作，其觸點轉(zhuǎn)換，多諧振蕩器接通。多諧振蕩器會產(chǎn)生頻率為250Hz的信號。用它替代振動速度傳感器信號使電路工作，以檢查振動速度監(jiān)測系統(tǒng)工作的正常與否。

5 結(jié)語

本文基于MAX038芯片提出了一種發(fā)動機振動速度放大器試驗器設計方案，該試驗器摒棄了功能復雜、價格昂貴的標準信號發(fā)送器，利用MAX038芯片模擬傳感器輸出信號，在滿足部隊測試需求的基礎上，大大降低了試驗器成本，目前該試驗器已在某些航空兵部隊應用，測試效果良好。

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作者簡介：陳明強（1967—），男，福建漳州人，本科，工程師，研究方向：飛機發(fā)動機工程。