无损检测装置如图：这是一个直径为3.6m的旋转体，线速度可以达到80km/h，为保证装置的安全工作，设计测试系统：选择传感器及测试方式，可以检测装置在旋转过程中平衡状态、振动量的大小，如果测试系统能找到该检测装置不平衡位置更好。
测幅整机动平衡仪
动平衡概述
旋转机械是工业生产中不可缺少的一类设备，它广泛存在于航空航天，船舶汽车，石油化工，水工电力等领域。但这些设备在运行或调试过程中常常出现振动故障。这直接使机器零部件承受附加的动载荷，加速轴承处的磨损，影响机器正常的工作性能，降低机器的精度，甚至导致设备停机，生产中断，带来严重的损失与危害。
为了保证这些旋转机械的正常运行，解决遇到的故障，人们对引起它们振动的原因进行了深入的研究。发现由于转子不平衡而造成机器振动的占了很大的比重。转子不平衡是指由于转子质量不平衡而在旋转过程中引起的力的不平衡。这个不平衡力产生了轴承上的动反力，它是一个时间的周期性函数，并引起轴承座等机件的振动，从而使机器发生振动。
动平衡技术就是能够克服转子的质量不平衡，使之在旋转中产生的周期性不平衡离心力在要求范围之内，从而控制旋转机械的振动，使设备能够正常运行。研究发现造成旋转机械转子质量不平衡的原因是多方面的，有设计上的缺陷，比如结构的不对称像曲轴一类；有材质上的问题，如原材料密度不一致，有间隙；还有可能是制造或安装的误差，运转中的磨损等使得转子质量分布不均匀等。动平衡就是要在制造，调试和维修过程中，对质量分布不均的转子通过改变它们的质量分布，即采用在转子的某一个特定位置加上或减去一个校正配重的方法，使得转子在旋转中产生的离心力尽量相互平衡，达到控制振动的目的。
测幅整机动平衡方法
根据测幅整机动平衡原理，提出了一种测幅整机动平衡方法。该法首先原始振动信号进行二重自相关运算，准确获取转子的工作转速，并以得到的工作转构造正弦与余弦信号，分别与原始振动信号及试加重后的振动信号互相关，根据傅立叶数的正交性，抑制了异频及噪音分量，从复杂的振动信号中提取出由不平衡量引起的振信号幅值，通过三点法提取出由不平衡量的大小及相位。
硬件设计
本仪器以STC12C5410AD单片机进行数据处理，键盘进行输入，液晶进行屏幕显示。
可以完成振动信号的测量与处理，参数的设置与修改，数据的分析与计算以及数据和图形显示等功能，使用方便，界面友好，平衡效果显著，具有很好的实用价值。图1即为智能测幅整机动平衡仪的硬件框图，根据模块化思想，硬件构成主要分为五大部分:单片机控制模块、传感器模块、、电源模块、信号预处理模块、人机交换模块。下面详细介绍硬件开发设计的过程。
图1 智能测幅整机动平衡仪的硬件框图
单片机模块
本仪器采用的核心控制器是宏晶科技公司生产的STCl2C541OAD系列单片机。除具有MCS-51系列单片机优点之外，STC12C541OAD芯片在自身设计时使用了具有低功耗的特点的CMOS技术，其工作电源的范围可拓宽到3.5-5.5V，其内部自带看门狗电路在程序失控后可帮助单片机自动复位。图2勾勒出了STCl2C541OAD内部资源的结构及特点，STCl2C541OAD内部资源有以下特点：
图2 STCl2C541OAD内部资源的结构框图
在本仪器开发中，针对系统的各个模块的实际需要，从对单片机资源的充分利用的角度出发，每个模块各自分配了相应的引脚来实现功能要求，各个引脚的使用情况图如下：
图3 STCl2C541OAD引脚资源使用分配图
测振传感器
传感器的作用是把振动量(位移，速度，加速度)转化为与之相应的电参数(电荷，电流，电压等)的器件。传感器一般由敏感元件和辅助件组成，按所选坐标系的不同，又可分为相对式和绝对式两大类，相对式传感器测出的是被测对象相对于某一参考系的运动。绝对式测振传感器本身紧固于被测对象上，并与之一起振动，从而测得的是绝对振动。选用传感器时，要使用频率范围、考虑灵敏度、质量大小和动态范围等性能参数是否符合测试的要求，通常在满足质量大小和频率范围的前提下，选用灵敏度高的传感器。
根据题目要求求出需要检测的装置为118r/min，频率为2Hz不到，属于低频，所以只能选用压电加速度传感器，如图4为压电加速度传感器，它是基于某些介质材料的压电效应，是典型的有源传感器，当材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现加速度的测量。压电加速度测量系统的优点是通频带宽，量程大，体积小，质量轻，结构简单；且系统中增加了温度补偿，解决了普通压电加速度传感器受温度影响大的缺点，提高了它的性能和可靠性，可广泛应用于各种动态力、机械冲击与振动等测量领域，具有良好的应用价值。在这选用YD300的型号，测量频率范围为0.5~8Hz。
电源模块的设计
仪器使用正负5V的直流电压供电，本设计为了实验的需要，根据电路所需电压和功率，设计直流稳压电源模块，对整个测振系统的主控芯片，液晶屏、运算放大器等需要用到电源的芯片进行供电。但是为了使仪器更趋于小型便携式，将改进电路采用电池供电。
测振系统的电源电路一般由交流电通过变压、整流、稳压、滤波后，最终转换成整个系统需的直流电源。具体原理如图4所示：
图4 电源电路原理图
电源模块中的稳压电路设计是整个电源设计的关键。7805/7905线性稳压器是一种价格便宜的常见稳压器件，输入电压范围是7.5~30V，最大工作电流为1A，内部有过热、短路保护，需要较少的外接元件，方便使用。整个系统需要电流不大，因此采用TO-220(T)封装，且不加散热片。
系统电源由220V的交流电经整流滤波稳压后为后续电路提供正负5V的直流电，电路原理图如图5所示：
图5 系统电源电路图
信号预处理电路设计
通过加速度传感器测得的信号，一般会受到测量现场的干扰及传感器以及内置放大电路本身的影响，往往含有各种频率噪声信号，而不平衡量产生的是工频信号。如果不把噪声信号剔除，系统将不能正确地获取信号，因此需要对信号进行调理包括信号隔离及滤波。同时，传感器出来的信号通常都是小信号，必须经过放大后才能进行后处理。而A/D板的采样范围是相当有限的，为使仪器能适应较大范围的振动信号的测量与分析，提高精度，必须通过放大或衰减将送入A/D转换器的电压限制在一定范围内，即有量程选择功能。由于理想的工频振动信号是正弦信号，但是单片机只能识别0~5V的电压，故添加一个直流偏置电路，是AD输入的电压保持在0~5V之间。
图6 预处理整体电路设计
差分放大电路
测量放大电路的作用是将测量电路或传感器送来的微弱信号进行放大，再送到后面电路去处理。一般对测量放大电路的要求是输入电阻高、噪声低、稳定性能好、精度及可靠性高、共模抑制比大，线性度好、失调小、并有一定的抗干扰能力。
图7 差分放大电路
低通滤波电路
滤波电路是一种允许某一频率范围内的信号顺利通过，而抑制此频率范围以外的其他频率信号的电路。按通过或抑制的信号频率范围，可分为低通、高通、带通和带阻等滤波电路。按组成元件的性质，可分为无源滤波电路(仅含有无源元件R、L、C)和有源滤波电路(含有晶体管或集成运放等有源元件)。与无源滤波电路相比，有源滤波电路具有放大作用，通过集成运放使输入与负载隔离，带负载能力强等特点。本系统采用的是二阶有源低通滤波电路对信号进行滤波，高倍频信号能很快被衰减，更加有利于后处理过程中工频成分的提取。
图8 二阶有源低通滤波电路
量程切换电路
为了提高仪器的精度，使预处理的振动信号在A/D转换的量程范围内，通常需要进行量程切换。由于A/D转换在满量程附近时精度最高，所以不但要使送入A/O转换的信号在其量程范围内，防止振动信号发生截顶失真，而且应尽量使信号在满量程附近，以取得较好的转换精度。量程切换电路如图9示；