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1 系统总体结构文中设计的基于功率谱分析的机械故障检测装置，其系统结构图如图 1 所示，分为信号采集、信号调整和信号处理 3 个部分。系统结构图信号采集通过加速度传感器实现，将加速度传感器与机械连接，因加速度传感器为轴向感应，所以连接时应使传感器轴向与振动面垂直。传感器感应振动强度，并输出相应的电压信号。在实践中，采集的振动信号通常是被现场随机噪声污染后的信号 ，传感器输出的电压信号中也会带有随机噪声，而且输出的电压大小也未必会在一个比较合适的范围，将电压信号在 FFT 处理之前先做一些调整将会改善处理的效果。信号调整由放大电路和滤波电路组成，实现对输入的电压信号进行前置放大，过载控制，增益调节和滤波处理。信号处理部分由22 Instrument Technique and Sensor Jul. 2012 ARM9 负责，ARM9 以 S3C2440 为核心处理器，utuLinux2． 6． 24 作为片上系统，通过编写底层驱动程序，实现对经过调整的电压信号的高速采样和模数转换; 在用户层编写相应的应用程序，实现对底层数据的读取，快速傅里叶变换，时域和频域波形图的显示以及触摸屏的人机交互。
2 系统硬件设计系统的硬件模块主要包括信号采集、信号调整模块、核心控制模块以及显示模块和电源模块。装置硬件结构如图2 所示。图 2 硬件结构图信号采集模块主要由加速度传感器和恒流源构成。恒流源主要为加速度传感器提供的稳定电流保证传感器的正常工作，加速度传感器用于感知设备的振动信号并输出相应电压信号。信号调整模块包括运放电路和滤波器电路，主要是对输入的电信号进行前置放大，过载和增益控制、滤波处理。核心控制模块是以 S3C2440 处理器的 ARM 板，主频 400 MHz，拥有 64 MB 的 Flash 和 64 MB 的 SDRAM，集成了 SD / MMC 卡，2 串口，2 个 USB 和 100 MHz 以太网控制器等，主控芯片自带的 10 位模数转换足以满足装置对精度需求，50 MHz 的定时器保证了采样频率足够的高，可以达到一般设备的奈奎斯特频率。显示模块为 3. 5 寸带触摸的 LED 背光液晶屏，其触摸功能基础上实现人机交互。
3 系统软件设计系统软件由驱动层驱动程序和用户层应用程序两部分组成。硬件对片上系统的支持极大的便利了系统软件的开发。考虑到 Linux 操作系统相对于 Windows CE 操作系统的优势，文中在 ARM9 上移植了经过裁剪的 Linux 操作系统———utu- Linux，系统内核版本为 2． 6． 24。在 utuLinux 的框架下编制了设备驱动程序和应用程序，考虑到设计的周期和程序运行的效率这两个重要因素，文中采用 C 语言作为程序开发语言，开发环境为 Ubuntu 10． 04，编译器为 GCC 4． 4． 3。 快速傅里叶变换快速傅里叶变换( FFT) 是离散傅里叶变换( DFT) 的快速算法，1965 年由 J． W． 库利和 T． W． 图基提出。采用这种算法能减少离散傅里叶变换过程中的乘法计算次数，当被变换的抽样点越多时，快速傅里叶变换算法的计算量节省就越显著。
