信號調(diào)理器自動計量裝置設計

郭洪巖，杜雨豐

(北京振興計量測試研究所，北京100074)

0 引言

振動傳感器現(xiàn)在廣泛用于工程振動測量中，然而數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)不能直接采集傳感器得到的數(shù)據(jù)，而是要通過信號調(diào)理器將信號進行增益(或進行衰減)、濾波等工作后，才能進行分析及相關操作。由此可知，信號調(diào)理器的性能將直接影響數(shù)據(jù)采集器得到的數(shù)據(jù)的準確性，因此，對信號調(diào)理器的計量就成為保證振動測試系統(tǒng)準確性的重要一環(huán)。

1 信號調(diào)理器簡介

信號調(diào)理就是對傳感器的輸出信號進行再加工，使其更適合后續(xù)的信號傳輸及處理，也就是對信號進行放大、衰減、濾波等工作，而信號調(diào)理器就是能后完成信號調(diào)理功能的儀器［1-2］。

2 信號調(diào)理器的計量內(nèi)容

對于信號調(diào)理器，根據(jù)其功能及目的，我們可以確定其最需要關注的技術指標有三個:增益(衰減)檔、線性度、頻率響應以及噪聲。部分信號調(diào)理器還集成了電荷放大器的功能。

3 信號調(diào)理器自動計量裝置設計

對于單一通道的信號調(diào)理器，其增益(衰減)檔、線性度、頻率響應以及噪聲的計量需要配備的標準裝置有:多功能校準源、數(shù)字多用表以及動態(tài)信號分析儀。對于多通道信號調(diào)理器，則需加上繼電器驅(qū)動電路，將校準源信號分別輸入至各通道，再由各通道輸出至數(shù)字表及動態(tài)信號分析儀中。

進行計量時，由多功能校準儀輸出標準電壓信號，經(jīng)由繼電器電路(計量單通道信號調(diào)理器時不需要此部分)輸出至信號調(diào)理器的輸入端，同時，此信號應并聯(lián)至動態(tài)信號分析儀其中的一個輸入通道;信號調(diào)理器的輸出端連接至動態(tài)信號分析儀的另一個輸入通道。如果動態(tài)信號分析儀的電壓采集精度不足以達到信號調(diào)理器電壓輸出精度的1/3，則應在信號調(diào)理器的輸出端并聯(lián)一臺精度足夠高的多用數(shù)字表。整體系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。

圖1 信號調(diào)理器自動計量裝置組成

應注意的是，常見的信號調(diào)理器都擁有激勵電壓源，對于新出廠的信號調(diào)理器，首次計量時一般應對其的激勵電壓及激勵電流通過多用數(shù)字表進行計量。同時，此項應作信號調(diào)理器計量項目的第一項，計量完此項后，應在多功能校準源的輸出端接入隔直電路，以防止激勵電壓對多功能校準儀產(chǎn)生不良的影響。

4 軟件實現(xiàn)

本套系統(tǒng)有兩種實現(xiàn)方式，一種為使用實驗室常見設備組成，如多功能校準源使用Fluke公司的5520A、動態(tài)信號分析儀使用Angilent公司的35670A等，其大多數(shù)設備都具備GPIB接口或RS-232接口，便于程控。在Windows系統(tǒng)下使用VC++可較為簡單地進行編程。另一種為高度集成化，如使用美國NI公司的相關板卡組成的PXI系統(tǒng)，可利用LabView進行編程。兩種方式相較于后者，前者有著實現(xiàn)成本低、可替換程度高的優(yōu)點;后者則有著相對便攜、高集成度的優(yōu)點。對于多通道信號調(diào)理器的計量，則都需要繼電器電路的配合。

單通道的信號調(diào)理器的計量流程如圖2所示。

圖2 軟件計量流程

首先應選擇被檢信號調(diào)理器的型號，軟件將對此做出反應，以配置不同的計量項目及參數(shù)設置。由數(shù)字表先進行電壓和電流的計量檢定;完成后再進行增益(衰減)檔的檢定。對于可程控的信號調(diào)理器，可通過程序切換增益(衰減)檔位，否則則由軟件提示手動切換。完成增益(衰減)檔的計量后進行線性度的計量，軟件改變多功能校準源的輸出電壓幅值，以對信號調(diào)理器的線性度進行計量。完成線性度的計量后，由動態(tài)信號分析儀采集當前頻率點(通常為1 kHz)十倍頻程經(jīng)過傅里葉變換后的dB值，則為信號調(diào)理器當前頻率的頻率響應。計量完畢后，所有數(shù)值由上位機進行計算，并提示是否滿足技術指標的要求。對于不滿足的項目，軟件將提示是否進行重新測量。如果所有數(shù)據(jù)皆滿足技術指標的要求，則系統(tǒng)自動產(chǎn)生檢定報告。

現(xiàn)在，大部分的動態(tài)信號分析儀(如上文提到過的美國Angilent公司的35670A)都有信號源輸出功能。對于這樣的動態(tài)信號分析儀，則不需要再使用多功能校準源輸出標準信號，可用一多用數(shù)字表監(jiān)測動態(tài)信號分析儀的輸出，在軟件中對其進行負反饋控制，以保證信號的準確。

5 結(jié)語

本文討論了信號調(diào)理器自動計量裝置的整體設計方案，較詳細地介紹了信號調(diào)理器的計量過程。在實際使用中本裝置也實現(xiàn)了自動化、高效率的目的。而且，本裝置具有很高的擴展性，如添加標準電荷器即可實現(xiàn)電荷放大器的計量檢定，具有很廣闊的運用前景。

［1］李文貞.十六通道信號調(diào)理器的設計與實現(xiàn)［D］.哈爾濱:哈爾濱工程大學，2013.

［2］姜亞光.多通道電路參數(shù)自動測量系統(tǒng)軟件的設計與實現(xiàn)［D］.哈爾濱:哈爾濱工程大學，2013.