信号调理器自动计量装置设计

2015-12-02郭洪岩杜雨丰

计测技术 2015年1期

郭洪岩，杜雨丰

(北京振兴计量测试研究所，北京100074)

0 引言

振动传感器现在广泛用于工程振动测量中，然而数据采集分析系统不能直接采集传感器得到的数据，而是要通过信号调理器将信号进行增益(或进行衰减)、滤波等工作后，才能进行分析及相关操作。由此可知，信号调理器的性能将直接影响数据采集器得到的数据的准确性，因此，对信号调理器的计量就成为保证振动测试系统准确性的重要一环。

1 信号调理器简介

信号调理就是对传感器的输出信号进行再加工，使其更适合后续的信号传输及处理，也就是对信号进行放大、衰减、滤波等工作，而信号调理器就是能后完成信号调理功能的仪器［1-2］。

2 信号调理器的计量内容

对于信号调理器，根据其功能及目的，我们可以确定其最需要关注的技术指标有三个:增益(衰减)档、线性度、频率响应以及噪声。部分信号调理器还集成了电荷放大器的功能。

3 信号调理器自动计量装置设计

对于单一通道的信号调理器，其增益(衰减)档、线性度、频率响应以及噪声的计量需要配备的标准装置有:多功能校准源、数字多用表以及动态信号分析仪。对于多通道信号调理器，则需加上继电器驱动电路，将校准源信号分别输入至各通道，再由各通道输出至数字表及动态信号分析仪中。

进行计量时，由多功能校准仪输出标准电压信号，经由继电器电路(计量单通道信号调理器时不需要此部分)输出至信号调理器的输入端，同时，此信号应并联至动态信号分析仪其中的一个输入通道;信号调理器的输出端连接至动态信号分析仪的另一个输入通道。如果动态信号分析仪的电压采集精度不足以达到信号调理器电压输出精度的1/3，则应在信号调理器的输出端并联一台精度足够高的多用数字表。整体系统硬件组成如图1所示。

图1 信号调理器自动计量装置组成

应注意的是，常见的信号调理器都拥有激励电压源，对于新出厂的信号调理器，首次计量时一般应对其的激励电压及激励电流通过多用数字表进行计量。同时，此项应作信号调理器计量项目的第一项，计量完此项后，应在多功能校准源的输出端接入隔直电路，以防止激励电压对多功能校准仪产生不良的影响。

4 软件实现

本套系统有两种实现方式，一种为使用实验室常见设备组成，如多功能校准源使用Fluke公司的5520A、动态信号分析仪使用Angilent公司的35670A等，其大多数设备都具备GPIB接口或RS-232接口，便于程控。在Windows系统下使用VC++可较为简单地进行编程。另一种为高度集成化，如使用美国NI公司的相关板卡组成的PXI系统，可利用LabView进行编程。两种方式相较于后者，前者有着实现成本低、可替换程度高的优点;后者则有着相对便携、高集成度的优点。对于多通道信号调理器的计量，则都需要继电器电路的配合。

单通道的信号调理器的计量流程如图2所示。

图2 软件计量流程

首先应选择被检信号调理器的型号，软件将对此做出反应，以配置不同的计量项目及参数设置。由数字表先进行电压和电流的计量检定;完成后再进行增益(衰减)档的检定。对于可程控的信号调理器，可通过程序切换增益(衰减)档位，否则则由软件提示手动切换。完成增益(衰减)档的计量后进行线性度的计量，软件改变多功能校准源的输出电压幅值，以对信号调理器的线性度进行计量。完成线性度的计量后，由动态信号分析仪采集当前频率点(通常为1 kHz)十倍频程经过傅里叶变换后的dB值，则为信号调理器当前频率的频率响应。计量完毕后，所有数值由上位机进行计算，并提示是否满足技术指标的要求。对于不满足的项目，软件将提示是否进行重新测量。如果所有数据皆满足技术指标的要求，则系统自动产生检定报告。

现在，大部分的动态信号分析仪(如上文提到过的美国Angilent公司的35670A)都有信号源输出功能。对于这样的动态信号分析仪，则不需要再使用多功能校准源输出标准信号，可用一多用数字表监测动态信号分析仪的输出，在软件中对其进行负反馈控制，以保证信号的准确。