信號調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

振動傳感器現在廣泛用于工程振動測量中，然而數據采集分析系統不能直接采集傳感器得到的數據，而是要通過信號調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，信號調理器的性能將直接影響數據采集器得到的數據的準確性，因此，對信號調理器的計量就成為保證振動測試系統準確性的重要一環。

1 信號調理器簡介

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

2 信號調理器的計量內容

對于信號調理器，根據其功能及目的，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。部分信號調理器還集成了電荷放大器的功能。

3 信號調理器自動計量裝置設計

對于單一通道的信號調理器，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、數字多用表以及動態信號分析儀。對于多通道信號調理器，則需加上繼電器驅動電路，將校準源信號分別輸入至各通道，再由各通道輸出至數字表及動態信號分析儀中。

進行計量時，由多功能校準儀輸出標準電壓信號，經由繼電器電路(計量單通道信號調理器時不需要此部分)輸出至信號調理器的輸入端，同時，此信號應并聯至動態信號分析儀其中的一個輸入通道;信號調理器的輸出端連接至動態信號分析儀的另一個輸入通道。如果動態信號分析儀的電壓采集精度不足以達到信號調理器電壓輸出精度的1/3，則應在信號調理器的輸出端并聯一臺精度足夠高的多用數字表。整體系統硬件組成如圖1所示。

圖1 信號調理器自動計量裝置組成

應注意的是，常見的信號調理器都擁有激勵電壓源，對于新出廠的信號調理器，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字表進行計量。同時，此項應作信號調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生不良的影響。

4 軟件實現

本套系統有兩種實現方式，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、動態信號分析儀使用Angilent公司的35670A等，其大多數設備都具備GPIB接口或RS-232接口，便于程控。在Windows系統下使用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，可利用LabView進行編程。兩種方式相較于后者，前者有著實現成本低、可替換程度高的優點;后者則有著相對便攜、高集成度的優點。對于多通道信號調理器的計量，則都需要繼電器電路的配合。

單通道的信號調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設置。由數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，以對信號調理器的線性度進行計量。完成線性度的計量后，由動態信號分析儀采集當前頻率點(通常為1 kHz)十倍頻程經過傅里葉變換后的dB值，則為信號調理器當前頻率的頻率響應。計量完畢后，所有數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。如果所有數據皆滿足技術指標的要求，則系統自動產生檢定報告。

現在，大部分的動態信號分析儀(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，可用一多用數字表監測動態信號分析儀的輸出，在軟件中對其進行負反饋控制，以保證信號的準確。

5 結語

本文討論了信號調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理器的計量過程。在實際使用中本裝置也實現了自動化、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.十六通道信號調理器的設計與實現［D］.哈爾濱:哈爾濱工程大學，2013.

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