史志鹏 何辉 王立云 王亚平

摘要：本文提出的航空发动机测振仪调理电路结构简单，低通滤波截至频率更改方便，通过成熟的滤波芯片和交直流转换芯片使电路稳定性好，转换精度高，抗干扰能力强，能够完全满足在航空发动机修理过程中，压气机、涡轮起动机和机匣等部位振动参数进行测量。

关键词：航空发动机;测振仪;电路;芯片;压气机;涡轮;振动

国家某新型航空发动机进行首次试修，相关修理技术有待研究。其中压气机、涡轮起动机部分是该发动机的重要组成部分，该部分振动性能参数正确及稳定性，对发动机工作稳定起着至关重要性，已由于振动参数问题引起多起危及飞行安全的故障[1]。本文提出一种可靠对的新方法，设计一种通过模拟电路实现的测振仪表，配合振动传感器完成航空发动机压气机、涡轮起动机部分振动信号的可靠测量，消除质量隐患，保证发动机在外场飞行使用中的可靠性具有重要意义。该论文研究成果可产生较大的军事效益和经济效益，可推广应用到航空发动机类似零部件振动性能参数测量工艺制定以及改进。

1 研究设计思路

振动传感器将振动信号转换为微弱的交流电压信号，再由测振仪[2]对该信号进行调理，测振仪经过一个高输入阻抗放大器后，进入滤波电路，再经直流转换后输出给数采系统，完成航空发动机压气机、涡轮起动机振动参数测量。

2.电路设计及测试结果

2.1滤波器设计

测振仪表电路的核心是高通滤波器和低通滤波器的设计。滤波器[3～4]是一种选择通过一定波段的频率信号，而阻止或衰减其他波段频率信号的部件，能通过的频率信号构成通带，被衰减的频率信号构成阻带。由于测量位置不同，我们设计的测振仪需要分别通过（50～180）Hz、（50～230）Hz、（50～280）Hz三种频率范围的信号，阻止其他频率信号的通过。

高通滤波器的设计，我们选择了4阶双二次滤波器，双二次滤波器的优点是稳定性好、易于调整到需要的响应。

低通滤波器采用的是美国MAXIM公司生产的单片八阶低通滤波器MAX297，其频率特性：过渡比-80dB，典型纹波0.15dB。MAX297内置振荡器，可产生时钟信号，所以设计和使用起来极为方便。MAX297的时钟可调转角频率范围为：0.1Hz～50kHz，时钟对转角频率比为50：1;另外MAX297内部还有一个独立放大器，可组成一个二阶滤波器，该电路放在开关电路滤波器前以降低时钟噪声。基于该滤波器的优良性能，使用时只需改变电路中的电容Clock，就能得到不同截止频率，这也方便与我们通过改变开关的位置去接不同的电容，从而得到180Hz、230Hz、280Hz三个不同的截止频率。

由于数采系统只能接受（0～10）V 的直流电压信号，因此还需对通过滤波器后的信号进行处理，我们采用了一片真有效值/直流变换集成芯片AD637（图2），其优点是：使用简单、调整方便、所需稳定时间短、读数准确稳定、输入电压幅值可达7V，并且采用了峰值系数补偿，在测量峰值系数高达10的信号时附加误差仅为1%。在实际设计应用中唯一的外部调整元件为绝对值平方的平均电容C22，C22影响到平均值时间、低频精度、输出纹波水平及输出稳定时间。RP45、R43为输出调零电路，R42、CP3、R46和C21及内置缓冲器构成输出二级低通滤波器，可以帮助减小纹波。

2.2测试结果

以（50～180）Hz頻率范围为例进行频率响应试验，其高、低通滤波器的衰减约为-30dB/倍频程，结果符合预期要求。

3 结论

本文提出的测振仪调理电路结构简单，低通滤波截至频率更改方便，通过成熟的滤波芯片和交直流转换芯片使电路稳定性好，转换精度高，抗干扰能力强，能够完全满足在航空发动机修理过程中，压气机、涡轮起动机和机匣等部位振动参数进行测量。测振仪表信号调理电路的性能指标主要是幅频特性、稳定性以及纹波等，配合振动传感器适用于各种旋转机械振动加速度、速度和位移的测量，在航空发动机试车过程中有助于对各部位振动参数的管控。

参考文献：

[1]场博学.某型发动机振动故障分析研究[J]，航空维修与工程，2017.

[2]张徐生.便携式测振仪的研制.华北电力大学，2005.

[3]曾志华.带通滤波器的优化设计和可制造性分析[J]，西安电子科技大学报，2003.

[4]宋波.调频滤波器研制初探[J].军事通信技术，2001.

基金项目：一种航空发动机测振仪表信号调理电路的设计

作者简介：史志鹏，男，陕西，本科，主要从事航空发动机仪器仪表测试。