史志鵬 何輝 王立云 王亞平

摘要：本文提出的航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)振儀調(diào)理電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低通濾波截至頻率更改方便，通過成熟的濾波芯片和交直流轉(zhuǎn)換芯片使電路穩(wěn)定性好，轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強(qiáng)，能夠完全滿足在航空發(fā)動(dòng)機(jī)修理過程中，壓氣機(jī)、渦輪起動(dòng)機(jī)和機(jī)匣等部位振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī);測(cè)振儀;電路;芯片;壓氣機(jī);渦輪;振動(dòng)

國(guó)家某新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行首次試修，相關(guān)修理技術(shù)有待研究。其中壓氣機(jī)、渦輪起動(dòng)機(jī)部分是該發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，該部分振動(dòng)性能參數(shù)正確及穩(wěn)定性，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定起著至關(guān)重要性，已由于振動(dòng)參數(shù)問題引起多起危及飛行安全的故障[1]。本文提出一種可靠對(duì)的新方法，設(shè)計(jì)一種通過模擬電路實(shí)現(xiàn)的測(cè)振儀表，配合振動(dòng)傳感器完成航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)、渦輪起動(dòng)機(jī)部分振動(dòng)信號(hào)的可靠測(cè)量，消除質(zhì)量隱患，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在外場(chǎng)飛行使用中的可靠性具有重要意義。該論文研究成果可產(chǎn)生較大的軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益，可推廣應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)類似零部件振動(dòng)性能參數(shù)測(cè)量工藝制定以及改進(jìn)。

1 研究設(shè)計(jì)思路

振動(dòng)傳感器將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為微弱的交流電壓信號(hào)，再由測(cè)振儀[2]對(duì)該信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，測(cè)振儀經(jīng)過一個(gè)高輸入阻抗放大器后，進(jìn)入濾波電路，再經(jīng)直流轉(zhuǎn)換后輸出給數(shù)采系統(tǒng)，完成航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)、渦輪起動(dòng)機(jī)振動(dòng)參數(shù)測(cè)量。

2.電路設(shè)計(jì)及測(cè)試結(jié)果

2.1濾波器設(shè)計(jì)

測(cè)振儀表電路的核心是高通濾波器和低通濾波器的設(shè)計(jì)。濾波器[3～4]是一種選擇通過一定波段的頻率信號(hào)，而阻止或衰減其他波段頻率信號(hào)的部件，能通過的頻率信號(hào)構(gòu)成通帶，被衰減的頻率信號(hào)構(gòu)成阻帶。由于測(cè)量位置不同，我們?cè)O(shè)計(jì)的測(cè)振儀需要分別通過（50～180）Hz、（50～230）Hz、（50～280）Hz三種頻率范圍的信號(hào)，阻止其他頻率信號(hào)的通過。

高通濾波器的設(shè)計(jì)，我們選擇了4階雙二次濾波器，雙二次濾波器的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好、易于調(diào)整到需要的響應(yīng)。

低通濾波器采用的是美國(guó)MAXIM公司生產(chǎn)的單片八階低通濾波器MAX297，其頻率特性：過渡比-80dB，典型紋波0.15dB。MAX297內(nèi)置振蕩器，可產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，所以設(shè)計(jì)和使用起來極為方便。MAX297的時(shí)鐘可調(diào)轉(zhuǎn)角頻率范圍為：0.1Hz～50kHz，時(shí)鐘對(duì)轉(zhuǎn)角頻率比為50：1;另外MAX297內(nèi)部還有一個(gè)獨(dú)立放大器，可組成一個(gè)二階濾波器，該電路放在開關(guān)電路濾波器前以降低時(shí)鐘噪聲。基于該濾波器的優(yōu)良性能，使用時(shí)只需改變電路中的電容Clock，就能得到不同截止頻率，這也方便與我們通過改變開關(guān)的位置去接不同的電容，從而得到180Hz、230Hz、280Hz三個(gè)不同的截止頻率。

由于數(shù)采系統(tǒng)只能接受（0～10）V 的直流電壓信號(hào)，因此還需對(duì)通過濾波器后的信號(hào)進(jìn)行處理，我們采用了一片真有效值/直流變換集成芯片AD637（圖2），其優(yōu)點(diǎn)是：使用簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、所需穩(wěn)定時(shí)間短、讀數(shù)準(zhǔn)確穩(wěn)定、輸入電壓幅值可達(dá)7V，并且采用了峰值系數(shù)補(bǔ)償，在測(cè)量峰值系數(shù)高達(dá)10的信號(hào)時(shí)附加誤差僅為1%。在實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用中唯一的外部調(diào)整元件為絕對(duì)值平方的平均電容C22，C22影響到平均值時(shí)間、低頻精度、輸出紋波水平及輸出穩(wěn)定時(shí)間。RP45、R43為輸出調(diào)零電路，R42、CP3、R46和C21及內(nèi)置緩沖器構(gòu)成輸出二級(jí)低通濾波器，可以幫助減小紋波。

2.2測(cè)試結(jié)果

以（50～180）Hz頻率范圍為例進(jìn)行頻率響應(yīng)試驗(yàn)，其高、低通濾波器的衰減約為-30dB/倍頻程，結(jié)果符合預(yù)期要求。

3 結(jié)論

本文提出的測(cè)振儀調(diào)理電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低通濾波截至頻率更改方便，通過成熟的濾波芯片和交直流轉(zhuǎn)換芯片使電路穩(wěn)定性好，轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強(qiáng)，能夠完全滿足在航空發(fā)動(dòng)機(jī)修理過程中，壓氣機(jī)、渦輪起動(dòng)機(jī)和機(jī)匣等部位振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)振儀表信號(hào)調(diào)理電路的性能指標(biāo)主要是幅頻特性、穩(wěn)定性以及紋波等，配合振動(dòng)傳感器適用于各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)加速度、速度和位移的測(cè)量，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車過程中有助于對(duì)各部位振動(dòng)參數(shù)的管控。

參考文獻(xiàn)：

[1]場(chǎng)博學(xué).某型發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)故障分析研究[J]，航空維修與工程，2017.

[2]張徐生.便攜式測(cè)振儀的研制.華北電力大學(xué)，2005.

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[4]宋波.調(diào)頻濾波器研制初探[J].軍事通信技術(shù)，2001.

基金項(xiàng)目：一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)振儀表信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)

作者簡(jiǎn)介：史志鵬，男，陜西，本科，主要從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)儀器儀表測(cè)試。