基于MAX038的振動速度放大器試驗器的設計

陳明強 李旭 戰曄

摘 要：發動機振動速度監測系統是實時監測發動機工作情況的重要儀表系統，其可靠、穩定的工作對飛行安全有重要作用。根據外場數據統計，發動機振動速度監測系統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。經應用表明，該試驗器能夠滿足部隊測試需求，同時具有結構簡單、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

飛機發動機轉子是高速旋轉機件，雖然經過嚴格平衡，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。振動速度監測系統可實時監測發動機的振動速度，了解發動機工作情況，因此，該系統的可靠、穩定工作對飛行安全意義重大。根據外場統計數據，發動機振動速度監測系統的主要故障部件是振動速度放大器，而目前，部隊配發的測試設備主要是以貨架標準信號發送器為基本設備構建，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，大大降低了系統成本，提高了軍事經濟效益。

2 振動速度放大器

不同機型裝備的振動速度監測系統型號會有不同，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，以便驅動后續指示器和記錄裝置。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，在出現振動速度超越預設告警值時接通告警電路實現告警。

振動速度放大器電路結構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為核心產生頻率和幅值都可調的正弦波信號，用該正弦波信號模擬振動速度傳感器產生的電信號，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公司生產的高頻、高精度、低輸出電阻、驅動能力強（20mA）的函數信號發生器芯片。工作電源采用±5V，功耗為400mW，內部提供2.5V基準電壓。內含主振蕩器、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動電路等。可輸出正弦波、方波、三角波。

與以往的波形發生器相比，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，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，具有調頻和調幅部分。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%。通過旋轉式電位進行頻率調節，即在MAX038的REF端和IIN端分別接入6個不同的電阻，以分別產生檢測所需的6個不同頻率的信號。這里要注意的是，由于所產生的信號不用作頻率微調，那么FADJ端不得開路，必須經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式電位計進行調節。所產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節的目的，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“調頻”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，用信號的調幅旋鈕調整信號電壓，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。調整調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。反方向調整調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，其觸點轉換，多諧振蕩器接通。多諧振蕩器會產生頻率為250Hz的信號。用它替代振動速度傳感器信號使電路工作，以檢查振動速度監測系統工作的正常與否。

5 結語

本文基于MAX038芯片提出了一種發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。

參考文獻：

[1]張聰玲，常美華.基于MAX038的信號源設計[J].黑龍江科技信息，2011（36）：24-25.

[2]劉長君，幸坤濤.基于函數發生芯片MAX038的函數發生器設計[J].電子世界，2010（06）：48-49.

[3]孫浩，王春興.實用信號的產生方法與實現[J].數字技術與應用，2011（07）：44-45.

[4]包本剛，劉曉暉，羅偉民等.基于MAX038信號發生器的嵌入式設計[J].湖南科技學院學報，2008， 29（08）：26-27.

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