抗混叠滤波的振动信号的检测电路的制作方法

1.本发明属于抗混检测电路的技术领域，尤其涉及一种抗混叠滤波的振动信号的检测电路。


背景技术：

2.在飞机健康管理监测中，振动信号是实现故障诊断的有效数据支撑之一，通过采集分析振动信号的频域特性，对飞机的各机械结构做出故障诊断和分析，同时依据适当的故障模型判断飞机零部件的健康状态，为飞机各结构件的使用和维护提供健康管理数据依据。现有技术中的滤波效率较低。
3.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种抗混叠滤波的振动信号的检测电路，至少解决现有技术中滤波效率较低的技术问题。本案的技术方案有诸多技术有益效果，见下文介绍：
5.提供一种抗混叠滤波的振动信号的检测电路，适用于机载健康管理和监测，包括依次设置的：
6.rc高通滤波器，用于飞机上振动信号中直流分量滤除；
7.可编程增益放大器，用于将差分信号转为单端信号，同时信号增益可配置，满足机载多种信号及小信号的采集需求；
8.硬件滤波器，其包括多阶巴特沃斯低通滤波器和adc芯片组成的抗混叠滤波电路；
9.soc控制器，其用于数字滤波器，且集成arm处理器和fpga可编程门阵列，其中，arm处理器用于数据打包和分配处理，fpga内含ip核和lut表结构，能够将fir数字滤波器移植到fpga上，根据实际需求在线修改滤波器的参数，缩减了产品的设计周期和增强振动信号采集系统本身的集成度。
10.与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：
11.本案所提供的检测电路，rc高通滤波器进行初步过滤，并滤除信号中的直流分量，通过可编程增益放大器进行信号放大，通过硬件滤波器抗混叠滤波，抗混叠滤波的输出量输入soc控制器中，集成arm处理器和fpga可编程门阵列，能够将fir数字滤波器移植到fpga上，可以根据实际需求在线修改滤波器的参数，大幅缩减了产品的设计周期，并且降低单独设置fir数字滤波器的硬件成本。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1为一种抗混叠滤波的振动信号检测电路示意图；
14.图2为巴特沃斯低通滤波电路示意图；
15.图3为四阶巴特沃斯低通滤波器示意图；
16.图4为fir数字滤波器设计流程示意图。
具体实施方式
17.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
19.传感器输出电压信号均带有10-14vdc的直流分量，先有技术中的振动信号未将该直流分量滤除，并且fir数字滤波器单独使用，硬件成本较高，可编辑性能较低。
20.如图1的所述抗混叠滤波的振动信号的检测电路，适用于机载健康管理和监测，包括由左向右依次设置的：
21.rc高通滤波器，用于飞机上振动信号中直流分量滤除，飞机上正常使用的集成压电振动传感器输出电压信号均带有10-14vdc的直流分量，设计rc高通滤波电路将该直流分量滤除，避免信号中直流分量影响通道增益设置及频谱分析；
22.可编程增益放大器，用于将差分信号转为单端信号，同时信号增益可配置，满足机载多种信号及小信号的采集需求；
23.硬件滤波器，其包括多阶巴特沃斯低通滤波器和adc芯片组成的抗混叠滤波电路；
24.soc控制器，其用于数字滤波器，例如，使用soc芯片，在soc芯片集成arm处理器和fpga可编程门阵列，其中，arm处理器用于数据打包和分配处理，fpga内含ip核和lut表结构，能够将fir数字滤波器移植到fpga上，并且可以根据实际需求在线修改滤波器的参数，大幅缩减了产品的设计周期和增强振动信号采集系统本身的集成度。
25.上述中的，如图2所示，多阶巴特沃斯低通滤波器为2阶低通滤波器，或是，如图3所示，两个2阶低通滤波器组成的4阶低通滤波器，适应不同精度滤波的要求。巴特沃斯低通滤波器包括电阻r1、r2和运放集成，其中：
26.电阻r1的输出端分别接电阻r2的输入端和运放集成的负极，电阻r2的输出端接运放集成的正极，并且电阻r1的输出端与运放集成的负极之间设置电容c2,电阻r2的输出端
接有电容c1，且电容c1的一端接地，并且，所述巴特沃斯低通滤波器的截止频率满足：
27.根据机上不同截止频率需求及更低的抗混叠滤波器陡度需求来选取n阶巴特沃斯低通滤波器，n阶巴特沃斯低通滤波器和adc器件组成了抗混叠滤波电路的滤波部分。巴特沃斯低通滤波电路如图2所示，可根据机上振动信号特性，改变电阻r1和r2和电容c1和c2的值，调整滤波电路截止频率，以满足系统采集要求.可根据机上不同截止频率需求及更低的抗混叠滤波器陡度需求来选取n阶巴特沃斯低通滤波器，图3示例为四阶巴特沃斯低通滤波器。后端采集选用的adc芯片，其模拟输入电压范围应满足低通滤波后的实际电压输入范围，振动信号量值一般较小，模拟输入电压范围普遍为-10v-10v。
28.上述中的所述陡度满足：
29.其中，m为adc位数，vs为有用信号的最大幅度，vn为干扰噪声的最大幅度；抗混叠滤波器的陡度r是振动信号采集过程中信号不失真所需要考虑的一个重要因素；
30.滤波器的截止频率fh为被采信号最高频率，采样频率fs与滤波器截止频率fh关系为：fs＝k*fh(k≥2)，使用时，
31.当采样频率和adc位数一定，即k和m固定时，信号噪声幅度比越大，对滤波器的陡度要求越小；
32.当采样频率和信号噪声幅度比一定，即k和一定时，adc位数越少，对滤波器的陡度要求越小；
33.当信号噪声幅度比和adc位数一定，即m和一定时，采样频率越高，对滤波器的陡度要求越小。
34.soc控制器高度集成了arm处理器和fpga，其中arm处理器可进行数据处理、任务调度等工作，fpga内含丰富的ip核和lut表结构，能够完整地将fir数字滤波器移植到fpga上，并且可以根据实际需求在线修改滤波器的参数，大幅缩减了产品的设计周期，并增强振动信号采集系统本身的集成度和灵活性，图4简单示例了fir数字滤波器设计流程。
35.以上对本发明所提供的产品进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明创造原理的前提下，还可以对发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入发明权利要求的保护范围。