直流平衡用途

直流平衡常用于數(shù)據(jù)通訊。如液晶電視傳輸信號的DisplayPort或V-by-One接口中就用到這種技術。

DC-balance

在直流平衡的情況下，傳輸?shù)钠骄臑橐怀?shù)。在DisplayPort或V-by-One接口中，數(shù)據(jù)的傳輸是借助于交流耦合的差分線，如同時實現(xiàn)直流平衡，將使得接收器的閾值的設置變得簡單。

實現(xiàn)直流平衡的方法：①4b/5b、8b/10b等編碼方式。相比較而言，4b/5b編碼較8b/10b編碼難以達到直流平衡（最壞情況下，4b/5b編碼的直流不平衡達到10%）。②擾頻（Scrambling）。擾頻是將一個數(shù)據(jù)流傳至另一個數(shù)據(jù)流時其數(shù)據(jù)一一映射的一種技術。在發(fā)射端，擾頻器（Scrambler）將其數(shù)據(jù)位列與另一個特定的數(shù)據(jù)位列作異或運算（在這里，特定的數(shù)據(jù)位列必須使得傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的1與0的數(shù)量差距最小化），而接收端有一個解擾頻器（Descrambler），它從接收的數(shù)據(jù)提取出真實數(shù)據(jù)。擾頻器的優(yōu)點是無需額外帶寬，缺點是該方法并不保證直流平衡。

沉淀平衡判斷沉淀的溶解與生成

利用溶度積K_sp可以判斷沉淀的生成、溶解情況以及沉淀溶解平衡移動方向。

（1）當Q_c>K_sp時是過飽和溶液，反應向生成沉淀方向進行，直至達到沉淀溶解平衡狀態(tài)（飽和為止）；

（2）當Q_c=K_sp時是過飽和溶液時是飽和溶液，達到沉淀溶解平衡狀態(tài)；

（3）當Q_c sp時是不飽和溶液，反應向沉淀溶解的方向進行，直至達到沉淀溶解平衡狀態(tài)（飽和為止）。

以上規(guī)則稱為溶度積規(guī)則。沉淀的生成和溶解這兩個相反的過程它們相互轉(zhuǎn)化的條件是離子濃度的大小，控制離子濃度的大小，可以使反應向所需要的方向轉(zhuǎn)化。

沉淀平衡判斷沉淀的轉(zhuǎn)化

所謂沉淀的轉(zhuǎn)化，是指在含有一種難溶物沉淀的溶液中，加入另一種沉淀劑，是原來的沉淀轉(zhuǎn)化成另一種沉淀。例如，在有AgCrO ₄（磚紅色）沉淀的溶液中，滴加NaCl溶液，AgCrO4沉淀迅速地轉(zhuǎn)化成AgCl（白色）沉淀。

根據(jù)平衡移動原理，利用難溶物質(zhì)的溶解度使沉淀進行轉(zhuǎn)化。即由一種難溶的物質(zhì)（溶解濃度大）轉(zhuǎn)化成更難溶的物質(zhì)（溶解濃度?。┎拍馨l(fā)生，反之，就難以使沉淀轉(zhuǎn)化，這就是沉淀轉(zhuǎn)化的條件。

因此，沉淀轉(zhuǎn)化的過程，實際上也是平衡移動原理的體現(xiàn)，其中包含兩個過程：舊沉淀的溶解和新沉淀的生成。舊沉淀的溶解度越大，新沉淀的溶解度越小，沉淀的轉(zhuǎn)化越容易進行，反之，就難于進行，甚至不可能。但是，在新沉淀和舊沉淀的溶解度相差不大的時候，兩個方向的轉(zhuǎn)化都有可能，這是轉(zhuǎn)化過程的方向取決于兩種沉淀例子濃度的大小。

根據(jù)平衡頭產(chǎn)生不平衡量方式的不同，可以把已研制的平衡頭分為質(zhì)量變分布式、質(zhì)量變化式和作用力式等，現(xiàn)分類列出如下，如圖1所示:

質(zhì)量變分布式平衡頭

不改變平衡面處質(zhì)量的數(shù)量，而是改變質(zhì)量分布來調(diào)整平衡頭產(chǎn)生的不平衡量的方法稱之為質(zhì)量變分布式平衡頭。該型平衡頭可分為固體質(zhì)量分布和液體質(zhì)量分布兩不中。

華中理工大學張鴻海等人研制的智能式砂輪在線平衡儀、哈爾濱工業(yè)大學和浙江大學的電磁式平衡頭及美國LORD公司的自動平衡頭都屬于固體質(zhì)量分布類型，其優(yōu)勢在于根據(jù)電動機原理，采用電磁力這種非接觸方式去拖動平衡頭內(nèi)質(zhì)量不對稱的圓環(huán)，平衡盤都是屬于這一類型。

電磁式的自動平衡頭往往不能精確地使不平衡質(zhì)量沿周向連續(xù)地微調(diào)，只能以“步”為單位移動或鎖定，由于受其位置調(diào)節(jié)分度的制約，在最大平衡能力和最小可調(diào)量之間通常有矛盾。

典型的使用兩個配重塊周向調(diào)節(jié)的方案里，在調(diào)節(jié)時，單向移動的配重塊在質(zhì)量塊周向移動的過程中往往會有短時的轉(zhuǎn)子不平衡量增大的情況。可雙向移動的配重塊的設計只能部分解決這個問題。但同時這個設計造成平衡頭結(jié)構復雜化。

此外，在很強的離心力和振動下長時間運行時，自動平衡裝置的可靠性如何是影響實際工業(yè)應用的最主要因素之一，機械活動部件的磨損和疲勞也是一個需要考慮的問題。

平衡盤屬于液體質(zhì)量分布類型，該類平衡頭存在調(diào)節(jié)速度或精度受到一定限制;此外，液體或蒸汽可能會泄漏;并且較難測得平衡頭內(nèi)各個室里的液體量，等等問題。但是造價低廉，結(jié)構簡單，容易推廣。

質(zhì)量變化式

這類平衡頭主要分為增重/減重和注液/釋液兩類。

通過在轉(zhuǎn)子某個位置在線增重或減重來實現(xiàn)不停機自動平衡。例如，Gusarov等人通過在轉(zhuǎn)子某個位置較輕的相位噴涂快速凝固的流態(tài)物質(zhì)來平衡轉(zhuǎn)子。moue在一種用于自動動平衡機的專利里，用電火花加工方式在轉(zhuǎn)子某個區(qū)域用電火花刻蝕去重。此外，也有用激光在線去重的。

注液式平衡頭通常有3個以上的儲液室，其調(diào)節(jié)配重方式是不停機在線地向儲液室里注入液體；平衡盤都屬于這一類。由于轉(zhuǎn)盤上沒有活動機械部件，相比較而言，注液式平衡頭加工制造簡單、動作可靠。

作用力式一“虛擬”平衡頭

產(chǎn)生虛擬力的手段通常是采用電磁的方式，例如1992年Chen等人的專利就利用主動電磁軸承的電磁力來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子偏心造成的振動的控制。2001年北京工業(yè)大學黃曉蔚等人對利用主動電磁軸承實現(xiàn)自動平衡的方法進行了實驗研究。

作用力式的平衡頭具有非接觸、無活動機械部件的優(yōu)點，然而電磁軸承的承載力是有限的；同時由于電磁力支承具有副剛度，它實現(xiàn)穩(wěn)定懸浮就已經(jīng)比較困難，具有一定的不穩(wěn)定性，需要閉環(huán)控制才可以克服。電磁力是一個隨磁間隙增大而非線性地迅速減小的力，這種非線性也使電磁力的大小比較難以精確控制。

注液式轉(zhuǎn)子振動平衡系統(tǒng)的典型結(jié)構

這種平衡系統(tǒng)的設計以德國Hofmann公司和德國Dittel公司的產(chǎn)品應用最為廣泛，下面分別予以介紹。

Hofmann公司的產(chǎn)品，以砂輪噴液型主動平衡裝置最為常用。該裝置采用計算機微處理系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制，其平衡砂輪最高轉(zhuǎn)速為60000 r /min，平衡所需時間為10秒到300秒，若需要重新平衡其時間大約為5秒，其平衡精度能達到。該平衡系統(tǒng)已在高速和超高速磨床上得到了廣泛應用，框圖如圖2所示。

Dittel公司的H6000平衡系統(tǒng)主要由被控轉(zhuǎn)子、信號采集器、控制器和執(zhí)行器四部分組成，主要應用在高精度的磨床機械，結(jié)構如圖5所示。

從這兩套系統(tǒng)來看，注液式振動平衡系統(tǒng)一般包括:振動檢測單元、振動信號處理單元、控制單元、液體流量控制單元和平衡盤等。系統(tǒng)開始工作后，振動傳感器會實時檢測轉(zhuǎn)子的振動信號，系統(tǒng)中的控制單元會根據(jù)算法實時判斷當前轉(zhuǎn)子的振動是否超限，并計算超限情況下需注入平衡盤內(nèi)的液體量，并根據(jù)振動反饋情況實時調(diào)整注液量，將振動控制在安全范圍內(nèi)。在實際應用中發(fā)現(xiàn)這一類系統(tǒng)存幾個問題需要研究解決:

(1)平衡盤的結(jié)構設計制約，使系統(tǒng)在長期工作后，由于腔內(nèi)液體注滿而失去平衡能力;

(2)采用電磁閥進行液體流量控制，當單個電磁閥發(fā)生故障時，系統(tǒng)將無法正常工作;而且電磁閥在設備運行過程中，開關頻繁，易發(fā)生故障;

(3)平衡算法原因造成首次噴液振動增大，對設備安全有一定程度危害。

為解決第一個問題，克服前述注液式平衡頭的缺點，賀世正提出了一種釋液式平衡系統(tǒng)。在該系統(tǒng)增加了一個電磁閥，通過電磁閥，儲液室滿了以后可釋放其中液體。但這種方式增加了平衡頭的制造難度，降低了可靠性。由于無法測量儲液室的液體量，只能通過是否有調(diào)節(jié)能力來判斷儲液室狀態(tài)，因此會造成某段時間調(diào)節(jié)效果較差。

2006年北京化工大學高金吉、張鵬設計了一種新型的可連續(xù)注液、排液的自動平衡頭，該平衡頭利用液位自衡原理，設計了不受控制的排液孔，只控制注液流速，通過連續(xù)不斷的注液在平衡頭內(nèi)形成的動態(tài)液體實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的不平衡補償。而且該平衡盤設計安裝簡單方便，而且由于不受控的連續(xù)排液，因此腔體不會因注滿而失去平衡能力，從而為解決第一個問題提供了新的辦法。

振動信號采集與處理技術

旋轉(zhuǎn)機械振動控制的研究主要還是集中在不平衡振動方面，因而關于旋轉(zhuǎn)機械振動信號數(shù)字處理方法的研究與應用的報道也主要集中在轉(zhuǎn)頻振動信號處理方面，所采用的核心算法主要是DFT(Discrete Foutier Tansform，簡寫成DFT)和FFT(FastFoutier Tansform，簡寫成FFT)，該部分的成果對于轉(zhuǎn)子振動主動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)具有很重要的借鑒意義，相關的應用報道主要有:

• 報道基于FFT的軟件算法在動平衡試驗機上的應用。

• 鄭建彬采用基于DFT的動平衡機不平衡量提取算法，在頻域提取不平衡量的幅度和相位，不平衡幅度測試精度達4m，相角小于2°。

• 提出了基于FFT的數(shù)字信號處理方法，根據(jù)測定的車輪動平衡轉(zhuǎn)速求解出與車輪不平衡量有關的振動信號的振幅和相位，把時域離散振動信號轉(zhuǎn)化到頻域進行分析處理。

• 白志剛，唐貴基為了提取出轉(zhuǎn)子動不平衡信號的幅值和相位特征，首先采用鎖相倍頻電路控制A心進行整周期采樣，然后利用FFT進行頻譜分析。

• 首先列舉了互相關和傅立葉變換兩種算法的應用及特點，而后通過試驗從精度和計算時間兩方面進行了比較。認為采用傅立葉變換求解不平衡量的幅值和相位可以獲得良好的效果

• 通過對相位差校正法的仿真計算及誤差分析，基于頻譜校正理論開發(fā)了虛擬動平衡測試儀，該測試儀可準確計算出不平衡質(zhì)量的幅值及相位。

• 董永貴提出一種整周期采樣的軟件實現(xiàn)方法來解決信號采樣問題。對鍵相信號與振動信號進行同步采樣，而對振動信號的整周期截取則利用軟件實現(xiàn)。其優(yōu)點在于可利用通用數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)整周期采樣。

• 徐晶，于向軍引入現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術，基于快速傅立葉變換算法對球磨機軸承振動信號進行頻譜分析，實現(xiàn)了存煤量的監(jiān)測，并對采集的試驗數(shù)據(jù)進行了處理與分析。

• 耿慧論述了在旋轉(zhuǎn)機械的動平衡檢測中，采用轉(zhuǎn)速脈沖信號觸發(fā)A/ D進行整周期采樣，然后通過對采集到的整周期信號進行離散傅里葉變換，從而得到不平衡信號的幅值與相位。