[发明专利]基于开关电容滤波的自动共振解调器

摘要

基于开关电容滤波的自动共振解调器包括由集成开关电容滤波芯片构成的共振电路、高通滤波、低通滤波和解调电路、模数转换与CPU模块，通过传感器拾取旋转机械运行的故障冲击经信号调理后输出Vin信号以作为共振电路输入和模数转换的1路输入，共振电路对Vin中的故障冲击高次谐波产生共振以输出共振信号VBP，高通滤波滤除VBP中的低频振动成分得到高频共振信号VHP，解调电路对VHP解调后得到VDT，低通滤波滤除VDT中的高频共振频率信号后得到旋转机械故障冲击的包络信号Vout并连接到模数转换的另1路输入；CPU模块经模数转换采集并识别Vin中的高频共振带且据此计算输出fclk以控制共振解调器，从而实现对Vin的自动共振解调。

主权项

1.一种基于开关电容滤波的自动共振解调器，包括共振电路、高通滤波、解调电路、低通滤波、模数转换与CPU模块，其特征是：通过传感器拾取旋转机械运行的故障冲击经信号调理后输出Vin信号以作为共振电路输入和模数转换的1路输入，共振电路对Vin中的故障冲击高次谐波产生共振以输出共振信号VBP，高通滤波滤除VBP中的低频振动成分得到高频共振信号VHP，解调电路对VHP解调后得到VDT，低通滤波滤除VDT中的高频共振频率信号后得到旋转机械故障冲击的包络信号Vout并连接到模数转换的另1路输入，CPU模块经模数转换采集并识别Vin中的高频共振带，然后根据高频共振带频率计算并输出共振控制频率信号fclk以控制共振解调器的由集成开关电容滤波芯片构成的共振电路使其中心频率fc=fclk/100、高通滤波使其截止频率fHP≈0.868fc、低通滤波使其截止频率fLP=0.1fc，从而实现对Vin的自动共振解调；所述的共振电路是两个二阶开关电容带通滤波器级联而成的四阶带通滤波器且由集成开关电容滤波芯片IC1和电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6组成，其中IC1A和IC1B分别与电阻R1、R2、R3和电阻R4、R5、R6各组成一个二阶带通滤波器，且R1=R4、R2=R5、R3=R6，该共振电路的带通增益ABP=(R3/R1)2，带通中心频率fBP=fclk/100，品质因素QBP =1.55 (R3/R2)；所述的高通滤波是二阶开关电容高通滤波器且由集成开关电容滤波芯片IC2A和电阻R7、R8、R9、R10组成，该高通滤波的高通增益AHP=‑R8/R7，截止频率fHP=(R8/R10)0.5fclk/100，品质因素QHP =(R8/R10)0.5R9/R8；所述的解调电路是一个绝对值检波电路且由双运放IC3、二极管D1与D2和电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16组成，它分为半波检波电路和加法电路两部分且都采用同相输入，其中运放IC3A、二极管D1与D2和电阻R11、R13、R14组成半波检波电路，运放IC3B和电阻R12、R15、R16组成加法电路；所述的低通滤波是二阶开关电容低通滤波器由集成开关电容滤波芯片IC2B和电阻R17、R18、R19、R20组成，该低通滤波的低通增益ALP=‑R20/R17，截止频率fLP =(R18/R20)0.5 fclk/100，品质因素QLP =(R18/R20)0.5 R19/R18；所述的模数转换与CPU模块包括CPU处理器、时钟与复位、CPLD、RAM、ROM、闪盘、通信接口、模数转换，CPU处理器在时钟与复位电路的驱动控制下通过总线与CPLD、RAM、ROM、闪盘、通信接口、模数转换交换数据，还通过CPLD输出逻辑控制信号至RAM、ROM、闪盘、共振解调和模数转换的控制端，以实现自动共振解调和监测数据的保存与传输。