基于MAX038的振动速度放大器试验器的设计

陈明强 李旭 战晔

摘 要：发动机振动速度监测系统是实时监测发动机工作情况的重要仪表系统，其可靠、稳定的工作对飞行安全有重要作用。根据外场数据统计，发动机振动速度监测系统的主要故障部件为振动速度放大器。在深入分析测试需求的基础上，借助MAX038芯片的性能特点，提出了一种基于该芯片的振动速度放大器试验器设计方案，并给出了原理电路。经应用表明，该试验器能够满足部队测试需求，同时具有结构简单、成本低、体积小等特点，有很高实用价值。

关键词：MAX038；振动速度放大器；频率控制；幅度控制

1 引言

飞机发动机转子是高速旋转机件，虽然经过严格平衡，但在实际工作中不可避免地依然存在或大或小的震动现象，超过一定范围的振动量（振幅、振动速度或振动加速度）会给发动机自身及其他机载机件造成影响，严重的可能危及飞行安全。振动速度监测系统可实时监测发动机的振动速度，了解发动机工作情况，因此，该系统的可靠、稳定工作对飞行安全意义重大。根据外场统计数据，发动机振动速度监测系统的主要故障部件是振动速度放大器，而目前，部队配发的测试设备主要是以货架标准信号发送器为基本设备构建，该类设备虽然功能齐全、性能指标高，但是价格较贵，而且许多功能根本用不上，严重降低了军事经济效益。为此，本文基于MAX038设计了一种低成本、小体积的振动速度放大器试验器，在满足部件测试需求的前提下，大大降低了系统成本，提高了军事经济效益。

2 振动速度放大器

不同机型装备的振动速度监测系统型号会有不同，但其基本组成和工作过程是一样的。都由振动速度传感器、放大器和指示部件组成。振动速度放大器用于对振动速度传感器输出的电信号进行滤波、放大、检波等处理，以便驱动后续指示器和记录装置。同时，放大器中的告警伺服电路，将被测振动速度同预设的告警值进行比较，在出现振动速度超越预设告警值时接通告警电路实现告警。

振动速度放大器电路结构为按功能单元级连组成，每个功能单元由多个运算放大器和必要的外围电路构成。组成电路的功能单元有同相跟随器、带通滤波器、比例放大器、全波检波器、延迟电压比较器、多谐振荡器和直流稳压器等，原理框图如图所示。

3 设计方案

该试验器的总体设计思路是：以MAX038为核心产生频率和幅值都可调的正弦波信号，用该正弦波信号模拟振动速度传感器产生的电信号，将此信号送给振动速度放大器，通过观察信号输出值，以实现对振动速度放大器进行检测的要求。

3.1 MAX038芯片

MAX038是美国MAXIM公司生产的高频、高精度、低输出电阻、驱动能力强（20mA）的函数信号发生器芯片。工作电源采用±5V，功耗为400mW，内部提供2.5V基准电压。内含主振荡器、波形变换电路、波形选择多路开关、2.5V能隙基准电压源、相位检测器、同步脉冲输出及波形输出驱动电路等。可输出正弦波、方波、三角波。

与以往的波形发生器相比，MAX038已不再是一个固有的信号源，其频率范围从0.1Hz～20MHz（最高可达40MHz）可调，可作为多种信号源嵌入到各类试验器中，允许通过软件设置频率、幅度、占空比等波形参数来满足不同需要，具有很强的移植性与通用性。

3.2 原理电路

试验器以MAX038为核心，具有调频和调幅部分。MAX038的A1端接+5V，A2端接地，输出的波形是正弦波。DADJ端接地表示生成的正弦波信号的占空比为50%。通过旋转式电位进行频率调节，即在MAX038的REF端和IIN端分别接入6个不同的电阻，以分别产生检测所需的6个不同频率的信号。这里要注意的是，由于所产生的信号不用作频率微调，那么FADJ端不得开路，必须经12 kΩ电阻接地，达到禁止使用的目的。此时信号的频率只能通过旋转式电位计进行调节。所产生的正弦波信号的频率为：

（1）

信号输出端OUT与一个同相放大器相连接，以达到对正弦波的幅值进行调节的目的，再将此正弦信号送给振动速度放大器。

4 测试应用

4.1 传输特性试验

试验放大器的传输特性，将调频旋钮置于RIIN=33.3kΩ，此时检查仪将输出150赫兹的正弦波，观察毫伏表V1，用调幅旋钮改变正弦波的幅值，使输出电压值为383毫伏。此时观察电流表的输出值应该为100±5微安，电压表V2的输出值应该为50.25伏，其技术指标应满足表1要求。

4.2 频率特性试验

旋转“调频”旋钮，测试放大器的频率特性。检查仪给被试放大器输入150赫兹信号，用信号的调幅旋钮调整信号电压，观察电压表V2，使输出电压值为准确的5伏，作为频率特性的基准。调频旋钮每按一次，检查仪依次输出32赫兹，65赫兹，150赫兹，250赫兹，300赫兹，600赫兹的电压信号，此时可由电压表读取相应输出的“记录电压”。其技术指标应满足表2要求。

4.3 告警功能试验

检查仪还可以提供试验告警功能的条件，被试放大器出厂时预设了相当于振动速度为40±6mm/s的告警值。调整调幅旋钮使告警灯熄灭，此时振动正常，速度电压信号低于预设的比较电压，所以告警电路不工作。反方向调整调幅旋钮使告警灯由灭变亮时，此时代表被测振动速度的速度电压信号大于预设的比较电压时，会输出一个高电位信号，继电器K2吸合，其触点闭合，接通告警灯电源，实现告警，电流表的值为告警值。此时电流表的值应为80±12μA。

4.4 自检输出试验

按压“自检输出”按钮，用于检查放大器的自检输出电压值。此时，27伏直流电给继电器K1供电，继电器K1工作，其触点转换，多谐振荡器接通。多谐振荡器会产生频率为250Hz的信号。用它替代振动速度传感器信号使电路工作，以检查振动速度监测系统工作的正常与否。

5 结语

本文基于MAX038芯片提出了一种发动机振动速度放大器试验器设计方案，该试验器摒弃了功能复杂、价格昂贵的标准信号发送器，利用MAX038芯片模拟传感器输出信号，在满足部队测试需求的基础上，大大降低了试验器成本，目前该试验器已在某些航空兵部队应用，测试效果良好。

参考文献：

[1]张聪玲，常美华.基于MAX038的信号源设计[J].黑龙江科技信息，2011（36）：24-25.

[2]刘长君，幸坤涛.基于函数发生芯片MAX038的函数发生器设计[J].电子世界，2010（06）：48-49.

[3]孙浩，王春兴.实用信号的产生方法与实现[J].数字技术与应用，2011（07）：44-45.

[4]包本刚，刘晓晖，罗伟民等.基于MAX038信号发生器的嵌入式设计[J].湖南科技学院学报，2008， 29（08）：26-27.

作者简介：陈明强（1967—），男，福建漳州人，本科，工程师，研究方向：飞机发动机工程。