郭洪巖，杜雨豐

(北京振興計(jì)量測(cè)試研究所，北京100074)

0 引言

振動(dòng)傳感器現(xiàn)在廣泛用于工程振動(dòng)測(cè)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(hào)調(diào)理器將信號(hào)進(jìn)行增益(或進(jìn)行衰減)、濾波等工作后，才能進(jìn)行分析及相關(guān)操作。由此可知，信號(hào)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(zhǔn)確性，因此，對(duì)信號(hào)調(diào)理器的計(jì)量就成為保證振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)準(zhǔn)確性的重要一環(huán)。

1 信號(hào)調(diào)理器簡(jiǎn)介

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

2 信號(hào)調(diào)理器的計(jì)量?jī)?nèi)容

對(duì)于信號(hào)調(diào)理器，根據(jù)其功能及目的，我們可以確定其最需要關(guān)注的技術(shù)指標(biāo)有三個(gè):增益(衰減)檔、線性度、頻率響應(yīng)以及噪聲。部分信號(hào)調(diào)理器還集成了電荷放大器的功能。

3 信號(hào)調(diào)理器自動(dòng)計(jì)量裝置設(shè)計(jì)

對(duì)于單一通道的信號(hào)調(diào)理器，其增益(衰減)檔、線性度、頻率響應(yīng)以及噪聲的計(jì)量需要配備的標(biāo)準(zhǔn)裝置有:多功能校準(zhǔn)源、數(shù)字多用表以及動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀。對(duì)于多通道信號(hào)調(diào)理器，則需加上繼電器驅(qū)動(dòng)電路，將校準(zhǔn)源信號(hào)分別輸入至各通道，再由各通道輸出至數(shù)字表及動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀中。

進(jìn)行計(jì)量時(shí)，由多功能校準(zhǔn)儀輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，經(jīng)由繼電器電路(計(jì)量單通道信號(hào)調(diào)理器時(shí)不需要此部分)輸出至信號(hào)調(diào)理器的輸入端，同時(shí)，此信號(hào)應(yīng)并聯(lián)至動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀其中的一個(gè)輸入通道;信號(hào)調(diào)理器的輸出端連接至動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀的另一個(gè)輸入通道。如果動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀的電壓采集精度不足以達(dá)到信號(hào)調(diào)理器電壓輸出精度的1/3，則應(yīng)在信號(hào)調(diào)理器的輸出端并聯(lián)一臺(tái)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(hào)調(diào)理器自動(dòng)計(jì)量裝置組成

應(yīng)注意的是，常見的信號(hào)調(diào)理器都擁有激勵(lì)電壓源，對(duì)于新出廠的信號(hào)調(diào)理器，首次計(jì)量時(shí)一般應(yīng)對(duì)其的激勵(lì)電壓及激勵(lì)電流通過多用數(shù)字表進(jìn)行計(jì)量。同時(shí)，此項(xiàng)應(yīng)作信號(hào)調(diào)理器計(jì)量項(xiàng)目的第一項(xiàng)，計(jì)量完此項(xiàng)后，應(yīng)在多功能校準(zhǔn)源的輸出端接入隔直電路，以防止激勵(lì)電壓對(duì)多功能校準(zhǔn)儀產(chǎn)生不良的影響。

4 軟件實(shí)現(xiàn)

本套系統(tǒng)有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種為使用實(shí)驗(yàn)室常見設(shè)備組成，如多功能校準(zhǔn)源使用Fluke公司的5520A、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀使用Angilent公司的35670A等，其大多數(shù)設(shè)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(jiǎn)單地進(jìn)行編程。另一種為高度集成化，如使用美國(guó)NI公司的相關(guān)板卡組成的PXI系統(tǒng)，可利用LabView進(jìn)行編程。兩種方式相較于后者，前者有著實(shí)現(xiàn)成本低、可替換程度高的優(yōu)點(diǎn);后者則有著相對(duì)便攜、高集成度的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于多通道信號(hào)調(diào)理器的計(jì)量，則都需要繼電器電路的配合。

單通道的信號(hào)調(diào)理器的計(jì)量流程如圖2所示。

圖2 軟件計(jì)量流程

首先應(yīng)選擇被檢信號(hào)調(diào)理器的型號(hào)，軟件將對(duì)此做出反應(yīng)，以配置不同的計(jì)量項(xiàng)目及參數(shù)設(shè)置。由數(shù)字表先進(jìn)行電壓和電流的計(jì)量檢定;完成后再進(jìn)行增益(衰減)檔的檢定。對(duì)于可程控的信號(hào)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(dòng)切換。完成增益(衰減)檔的計(jì)量后進(jìn)行線性度的計(jì)量，軟件改變多功能校準(zhǔn)源的輸出電壓幅值，以對(duì)信號(hào)調(diào)理器的線性度進(jìn)行計(jì)量。完成線性度的計(jì)量后，由動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀采集當(dāng)前頻率點(diǎn)(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(hào)調(diào)理器當(dāng)前頻率的頻率響應(yīng)。計(jì)量完畢后，所有數(shù)值由上位機(jī)進(jìn)行計(jì)算，并提示是否滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。對(duì)于不滿足的項(xiàng)目，軟件將提示是否進(jìn)行重新測(cè)量。如果所有數(shù)據(jù)皆滿足技術(shù)指標(biāo)的要求，則系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生檢定報(bào)告。

現(xiàn)在，大部分的動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀(如上文提到過的美國(guó)Angilent公司的35670A)都有信號(hào)源輸出功能。對(duì)于這樣的動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀，則不需要再使用多功能校準(zhǔn)源輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，可用一多用數(shù)字表監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀的輸出，在軟件中對(duì)其進(jìn)行負(fù)反饋控制，以保證信號(hào)的準(zhǔn)確。

5 結(jié)語

本文討論了信號(hào)調(diào)理器自動(dòng)計(jì)量裝置的整體設(shè)計(jì)方案，較詳細(xì)地介紹了信號(hào)調(diào)理器的計(jì)量過程。在實(shí)際使用中本裝置也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、高效率的目的。而且，本裝置具有很高的擴(kuò)展性，如添加標(biāo)準(zhǔn)電荷器即可實(shí)現(xiàn)電荷放大器的計(jì)量檢定，具有很廣闊的運(yùn)用前景。

［1］李文貞.十六通道信號(hào)調(diào)理器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)，2013.

［2］姜亞光.多通道電路參數(shù)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)，2013.