CN105067151A - 基于信号调理的火炮温度参量测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信号调理的火炮温度参量测试装置及方法，用于解决现有接触式火炮温度参量测试装置抗干扰能力差的技术问题。技术方案是包括温度传感器和补偿导线，还包括温度适配器、多功能信号调理模块和十六通道数据采集系统。温度传感器通过补偿导线与温度适配器电连接，温度适配器的输出端接多功能信号调理模块的输入端，多功能信号调理模块的输出端接十六通道高速数据采集系统，温度传感器将被测温度信号转换为电信号，通过补偿导线输入温度适配器，经过温度适配器的信号送入多功能信号调理模块，经过隔离、滤波调理的信号送入十六通道数据采集系统进行处理。本发明采用多功能信号调理模块，实现了对被测信号的调理，提高了抗干扰能力。

Description

基于信号调理的火炮温度参量测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测试装置，具体涉及一种基于信号调理的火炮温度参量测试装置。还涉及采用这种温度参量测试装置测试火炮温度参量的方法。

背景技术

火炮温度参量，是指火炮发射时在一定区域内温度值的大小及分布。目前，是采用接触式测试法，在火炮一定区域内布设多个温度传感器，对温度参量进行测试。由于温度传感器的输出信号很微弱，通常为mV级，且信号中还混杂有干扰噪声，难以远距离传输及数据处理。信号调理是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程等数字信号的过程，其目的是便于信号的传输与处理。信号调理技术一般包括放大、衰减、滤波、隔离、激励、自动识别、冷端补偿等。

参照图1和图2。现有接触式火炮温度参量测试装置，包括温度传感器、补偿导线和四通道数字示波器。温度传感器的输出接补偿导线的一端，补偿导线的另一端接四通道数字示波器的输入端。温度传感器将被测温度信号转换为微弱的电信号，补偿导线实现所匹配温度传感器与四通道数字示波器的连接、以及温度信号的传输，四通道数字示波器实现对多个温度信号的采集、存储和处理。

从图2可以看出，在某项温度测试中，温度传感器输出的电压信号很微弱，持续时间为1.950s、电压幅值为2.260mV，由于没有对微弱信号的滤波、隔离等信号调理功能，在测得信号上叠加了约1mV的干扰，测试干扰较大。

现有技术的不足之处在于：一是无滤波功能、测试干扰较低大。温度传感器输出的是微弱的电压信号，易被周围环境噪声所淹没，且不易远距离传输，须采用信号调理技术对该信号进行低通滤波等，以提高测试抗干扰能力，一般要求低通滤波器的频率档级多且程控可调。二是测量下限高、测试灵敏度低。为了测量mV级微弱信号，要求测试设备的测量下限较低，一般为±0.5mV；现有技术示波器测量下限为±4mV，在对微弱变化量测量与显示时，测试灵敏度低。三是测试精度低、测试通道少。在温度参量测试中，由于采用温度传感器数量较多，每个温度传感器的输出变化量又较小，因此，要求数据采集设备具有多通道、高精度、高分辨率的测试能力。现有技术采用的数字示波器，单台通道数为4个，直流精度为读数的±1.5％，A/D分辨率为11bit，无法满足多通道、高精度、高分辨率的温度测试需求。四是无输入隔离、自动识别、自动补偿等调理功能。现有技术通道与通道之间为共地线输入，非隔离输入，由于测试噪声源主要来自共地线噪声，因此，测试抗干扰能力差。同时测量方式只有电压测量，不能自动识别温度传感器，不能进行温度信号的测量、显示、冷端自动补偿等。

发明内容

为了克服现有接触式火炮温度参量测试装置抗干扰能力差的不足，本发明提供一种基于信号调理的火炮温度参量测试装置，该装置包括温度传感器和补偿导线，还包括温度适配器、多功能信号调理模块和十六通道数据采集系统。温度传感器通过补偿导线与温度适配器电连接，温度适配器的输出端接多功能信号调理模块的输入端，多功能信号调理模块的输出端接十六通道高速数据采集系统，温度传感器将被测温度信号转换为微弱的电信号，通过补偿导线输入温度适配器，经过温度适配器的信号送入多功能信号调理模块，经过隔离、滤波调理的信号送入十六通道数据采集系统进行处理。多功能信号调理模块，实现对被测信号的隔离、滤波等调理，提高了抗干扰能力，同时提高直流精度由1.5％读数至0.05％读数+0.02％量程，提高了测试精度。

本发明还提供采用上述温度参量测试装置测试火炮温度参量的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于信号调理的火炮温度参量测试装置，包括温度传感器和补偿导线，其特点是还包括温度适配器、多功能信号调理模块和十六通道数据采集系统。温度传感器通过补偿导线与温度适配器电连接，温度适配器的输出端接多功能信号调理模块的输入端，多功能信号调理模块的输出端接十六通道高速数据采集系统，温度传感器将被测温度信号转换为微弱的电信号，通过补偿导线输入温度适配器，经过温度适配器的信号送入多功能信号调理模块，经过隔离、滤波调理的信号送入十六通道数据采集系统进行处理。

一种采用上述温度参量测试装置测试火炮温度参量的方法，其特点是采用以下步骤：

步骤一，调节各装置的参数。

1)温度传感器分度号K，灵敏度0.041mV/℃，测量范围-40℃～816℃，测量精度±0.75％。2)补偿导线分度号K，单根长度60m。3)温度适配器模块化连接，具有K型、S型热电偶端口自动识别、热电偶冷端补偿等功能。4)多功能信号调理模块测量带宽DC～2MHz、-3dB，电压输入范围±0.5mV～±10V，14个量程程控选择。低通滤波器100Hz～1MHz，9个量程程控选择，直流精度0.05％读数+0.02％量程，隔离电压±350VDC，接口型式9针D-SUB。5)十六通道高速数据采集系统采样率1MHz/CH，A/D分辨率16bit。

步骤二，测试装置联接和参数设置。

温度传感器通过补偿导线与温度适配器电连接，温度适配器的输出端接多功能信号调理模块的输入端，多功能信号调理模块的输出端接十六通道高速数据采集系统。

上述温度传感器、补偿导线等参数固定，温度适配器具有端口自动识别、冷端自动补偿功能，均不需用进行参数设置。

多功能信号调理模块、十六通道数据采集系统设置如下：1)开机启动并通过自检。进入软件设置主界面。2)设置采样率为1MHz/ch。3)进行电压测量方式的通道启用、电压范围、低通滤波、直流耦合、偏置比例等通道设置。4)进行温度测量方式的通道启用、温度范围、低通滤波等通道设置。

步骤三，温度信号采集和存储。

火炮发射前，点击测量图标、记录仪图标开始温度初始值监测，如果初始值正常，点击存储图标，输入文件名001，使处于触发等待状态。

在火炮射击时，点击确认图标，系统将自动进行信号采集。

在火炮射击结束后，点击停止键，采集停止，系统在屏幕上将自动显示所测得的信号，并将以上信号自动存储为文件名001。

步骤四，温度信号调用、显示、测量和计算。

信号调用：点击分析图标，查找、选择、调用、显示001文件在屏幕上。

量程显示：显示电压信号量程下限为-0.5mV、量程上限为3.5mV，显示温度信号量程下限为0℃、量程上限为120℃。

信号测量：采用光标、或鼠标测量波形上两个关注点的电压差值、温度差值，测量结果自动显示在屏幕上。

结果计算：电压方式输出的测量值，温度测量结果等于电压差值除以温度传感器的灵敏度再加上温度起始值。对于温度方式输出的测量值，温度测量结果等于温度差值加上温度起始值。

本发明的有益效果是：该装置包括温度传感器和补偿导线，还包括温度信号适配器、多功能信号调理模块和十六通道数据采集系统。温度传感器通过补偿导线与温度适配器电连接，温度适配器的输出端接多功能信号调理模块的输入端，多功能信号调理模块的输出端接十六通道高速数据采集系统，温度传感器将被测温度信号转换为微弱的电信号，通过补偿导线输入温度适配器，经过温度适配器的信号送入多功能信号调理模块，经过隔离、滤波调理的信号送入十六通道数据采集系统进行处理。

多功能信号调理模块通过隔离、滤波、激励等调理功能提高了测试的传输、抗干扰能力，实现通道隔离电压±350VD，低通滤波频率100Hz、300Hz、1kHz、3kHz、10kHz、30kHz、100kHz、300kHz、1MHz等9档程控可调，扩展量程下限由±4mV至±0.5mV，实现直流精度由1.5％读数至0.05％读数+0.02％量程。十六通道数据采集系统，扩展测试通道数由四通道至十六通道，提高分辨率由11bit至16bit，同时实现被测量电压、温度等多种方式的测量、显示、输出等。该测试装置除能够有效调理以提高测试抗干扰能力、测试精度外，还具有多通道、多功能输入等测试能力。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是背景技术接触式火炮温度参量测试装置的框图。

图2是采用背景技术接触式火炮温度参量测试装置的测试结果图。

图3是本发明基于信号调理的火炮温度参量测试装置的框图。

图4是采用本发明基于信号调理技术的火炮温度参量测试装置的测试结果图。

具体实施方式

以下实施例参照图2、图3、图4。

本发明基于信号调理的火炮温度参量测试装置包括温度传感器和补偿导线，还包括温度信号适配器、多功能信号调理模块和十六通道数据采集系统。温度传感器通过补偿导线与温度适配器电连接，温度适配器的输出端接多功能信号调理模块的输入端，多功能信号调理模块的输出端接十六通道高速数据采集系统，温度传感器将被测温度信号转换为微弱的电信号，通过补偿导线输入温度适配器，经过温度适配器的信号送入多功能信号调理模块，经过隔离、滤波调理的信号送入十六通道数据采集系统进行处理。

本发明与现有技术的指标、性能对比表，参见表1。

表1本发明与现有技术的指标、性能对比表

表1为本发明与现有技术的指标、性能对比表。其中第1列为序号，第2列为类别，第3列为具体指标、性能，第4列为本发明达到情况，第5列为现有技术达到情况。从表1看出，本发明较现有技术，在信号调理、信号采集、信号适配等方面，具有指标、性能的先进性。

一种采用上述温度参量测试装置测试火炮温度参量的方法，其具体步骤如下：

第一步，测试装置指标、参数选用。

1)所选温度传感器，用于将温度信号转换为微弱的电信号。灵敏度0.041mV/℃，测量范围-40℃～816℃，测量精度±0.75％，外形尺寸214mm×4.77mm。

2)补偿导线，用于所匹配温度传感器与温度适配器的连接、信号长距离传输。分度号K，单根长度60m。

3)所选温度适配器，用于补偿导线与多功能信号调理模块之间的接口转换。型号MSI-BR-TH-K、MSI-BR-TH-S，与HSI-STG-D模块连接，可直接接入K型、S型热电偶传感器。具有适配器自动识别、热电偶冷端补偿等功能。

4)所选多功能信号调理模块，用于对温度、电压、电荷、应变、电阻等多模式输入的自动识别、隔离、滤波、程控可调等。测量带宽DC～2MHz(-3dB)，电压输入范围±0.5mV、±1mV、±2.5mV、±5mV、±10mV、±25mV、±50mV、±100mV、±250mV、±500mV、±1V、±2V、±5V、±10V，14个量程程控选择。低通滤波器100Hz、300Hz、1kHz、3kHz、10kHz、30kHz、100kHz、300kHz、1MHz，9个量程程控选择。激励电压0、0.25、0.5、1、2.5、5、10、12VDC等8档程控可调,激励电流0.1、0.2、0.5、1、2、5、10、20mA等8档程控可调。直流精度0.05％读数+0.02％量程。隔离电压±350VDC。接口型式9针D-SUB。

5)所选16通道高速数据采集系统，用于多模式输入信号的采集、存储、处理等。采样率程控可调、每通道采样率1MHz/CH，A/D分辨率16bit，模块化设计，多功能信号隔离输入，16通道同步采集，一体化便携式设计无需外接计算机。

第二步，测试装置联接、参数设置。

温度传感器通过补偿导线与温度适配器电连接，温度适配器的输出端接多功能信号调理模块的输入端，多功能信号调理模块的输出端接十六通道高速数据采集系统。

其中温度传感器、补偿导线等参数固定，温度适配器具有端口自动识别、冷端自动补偿功能，以上装置均不需用进行参数设置。

多功能信号调理模块、十六通道数据采集系统设置如下：1)开机自检：将十六通道数据采集系统的电线源接入交流220V电网上，打开电源开关，采集系统通过自检后，在桌面上双击DEWESoft7软件图标，进入设置主界面。2)采样率设置：点击Acquisition图标，设置Dynamicacquisitionrate为1MHz/ch。3)电压通道设置：点击CH.setup图标，将ON/OFF列均设为Used；在SETUP列点击Setch.0进入通道0设置主界面，将Measurement设为Voltage，Range设为2.5mV，Lowpassfilter设为100kHz，Lowpasstype设为Butterworth，Coupling设为DC，Excitation设为0V，Outputoffset设为0％，点击ok键，返回通道设置主界面；以上完成输入通道0的参数设置，参照以上方法，依次完成其它电压通道的设置。4)温度通道设置：点击CH.setup图标，将ON/OFF列均设为Used；在SETUP列点击Setch.1进入通道1设置主界面，将Measurement设为Temperature，Range设为-200～250℃，Lowpassfilter设为100kHz，Lowpasstype设为Butterworth，点击ok键，返回通道设置主界面；以上完成输入通道1的参数设置，参照以上方法，依次完成其它温度通道的设置。

第三步，温度信号采集、存储。

在火炮每次射击前，点击Measure图标，再点击Recorder图标开始监测，以监测被测量的初始值情况。如果初始值正常，则点击Store记录键，输入文件名001，处于等待状态。

在火炮射击时，点击ok键，系统将自动进行信号采集。

在火炮射击结束后，点击Stop键，停止采集，系统在屏幕上将自动显示所测得的信号，并将以上信号自动存储为文件名001。

第四步，温度信号调用、显示、测量、计算。

信号调用：点击Analysis图标，点击Data文件夹，选择并双击001文件名，则001文件被调入，点击Recorder图标，则信号波形自动显示在屏幕上。

信号显示：对通道0、通道1分别进行信号显示范围设置。采用键盘，将通道0下限显示值设为-0.5mV、上限显示值设为3.5mV，将通道1的下限显示值设为0℃、上限显示值设为120℃。

信号测量：将光标1移动到波形的第一个关注点上，将光标2移动到波形的另一个关注点上，则屏幕右上方将依次显示出第一个关注点的测量值、第二个关注点的测量值、两关注点的测量差值，曲线右下方将自动显示出两光标的时间差值等。同时，如果想关注波形上其他任意位置上的测量值，则直接将鼠标移动到该位置处，则屏幕的左上方将实时显示出该位置点的时间坐标、测量值等。

结果计算：对于电压方式输出的测量值，温度测量结果等于关注点两个光标的电压差值△V(mV)除以温度传感器的灵敏度(mV/℃)、再加上温度起始值。对于温度方式输出的测量值，温度测量结果等于关注点两光标的温度差值加上温度起始值。

被测量为火炮某一位置处的温度实际值。采样率为1MHz/CH，温度传感器的灵敏度为0.041mV/℃，温度起始值为25.88℃，温度标称值为98.90℃。

从图2中可以看出，由于测试干扰较大，所测两光标间的平均电压差为2.260mV，转换为温度差值为2.260/0.041＝55.12℃，温度实际值为55.12℃+25.88℃＝81.00℃。

从图4中可以看出，采用电压方式所测两光标间的最大电压差值为2.949mV，转换为温度差值为2.949/0.041＝71.93℃，温度实际值为71.93℃+25.88℃＝97.81℃；采用温度方式自动测出温度起始值为25.88℃，温度差值为71.95℃，温度实际值为97.83℃。

本发明较现有技术的测试结果对比表，参见表2。

表2本发明较现有技术的测试结果对比表

表2是本发明较现有技术的测试结果对比表。其中第1列为温度标称值，第2列为电压变化量，第3列为传感器灵敏度，第4列为温度差值，第5列为温度起始值，第6列、7列为原技术测试结果及测试误差，第8列、9列为本发明测试结果及测试误差。从表2可以看出，本发明较现有技术，测试装置降低系统测量误差由18.1％至1.1％。

本发明一是采用MSI-BR-TH-K型温度适配器，实现测试模块接口转换、适配器自动识别、冷端温度自动补偿，提高了测试自动化能力。二是采用HSI-STG-D型多功能信号调理模块，实现对被测信号的隔离、滤波等调理，提高了测试抗干扰能力，同时扩展量程下限由±4mV至±0.5mV，实现了对更小信号的显示与测试。三是采用2600型多通道数据采集系统，扩展测试通道数由4通道至16通道，提高分辨率由11bit至16bit，实现采样率1MHz/CH，提升了多通道、高精度测试能力。四是针对较常出现的1mV～3mV之间的温度信号，将测试误差由18.1％降低至1.1％，提高了测试精度。经验证表明，本发明能够有效解决火炮温度参量的提取、适配、传输、调理、抗干扰等测试难题，同时具有多通道、多功能输入、高测试精度等综合测试能力。

Claims (2)

1.一种基于信号调理的火炮温度参量测试装置，包括温度传感器和补偿导线，其特征在于：还包括温度适配器、多功能信号调理模块和十六通道数据采集系统；温度传感器通过补偿导线与温度适配器的输入端电连接，温度适配器的输出端接多功能信号调理模块的输入端，多功能信号调理模块的输出端接十六通道高速数据采集系统，温度传感器将被测温度信号转换为微弱的电信号，通过补偿导线输入温度适配器，经过温度适配器的信号送入多功能信号调理模块，经过隔离、滤波调理的信号送入十六通道数据采集系统进行处理。

2.一种采用权利要求1所述基于信号调理的火炮温度参量测试装置测量火炮温度参量的方法，其特征在于采用以下步骤：

步骤一，调节各装置的参数；

1）温度传感器分度号K，灵敏度0.041mV/℃，测量范围-40℃～816℃，测量精度±0.75%；2）补偿导线分度号K，单根长度60m；3）温度适配器模块化连接，具有K型、S型热电偶端口自动识别、热电偶冷端补偿等功能；4）多功能信号调理模块测量带宽DC～2MHz、-3dB，电压输入范围±0.5mV～±10V，14个量程程控选择；低通滤波器100Hz～1MHz，9个量程程控选择，直流精度0.05%读数＋0.02%量程，隔离电压±350VDC，接口型式9针D-SUB；5）十六通道高速数据采集系统采样率1MHz/CH，A/D分辨率16bit；

步骤二，测试装置联接和参数设置；

温度传感器通过补偿导线与温度适配器电连接，温度适配器的输出端接多功能信号调理模块的输入端，多功能信号调理模块的输出端接十六通道高速数据采集系统；

上述温度传感器、补偿导线等参数固定，温度适配器具有端口自动识别、冷端自动补偿功能，均不需用进行参数设置；

多功能信号调理模块、十六通道数据采集系统设置如下：1）开机启动并通过自检；进入软件设置主界面；2）设置采样率为1MHz/ch；3）进行电压测量方式的通道启用、电压范围、低通滤波、直流耦合、偏置比例等通道设置；4）进行温度测量方式的通道启用、温度范围、低通滤波等通道设置；

步骤三，温度信号采集和存储；

火炮发射前，点击测量图标、记录仪图标开始温度初始值监测，如果初始值正常，点击存储图标，输入文件名001，使处于触发等待状态；

在火炮射击时，点击确认图标，系统将自动进行信号采集；

在火炮射击结束后，点击停止键，采集停止，系统在屏幕上将自动显示所测得的信号，并将以上信号自动存储为文件名001；

步骤四，温度信号调用、显示、测量和计算；

信号调用：点击分析图标，查找、选择、调用、显示001文件在屏幕上；

量程显示：显示电压信号量程下限为-0.5mV、量程上限为3.5mV，显示温度信号量程下限为0℃、量程上限为120℃；

信号测量：采用光标、或鼠标测量波形上两个关注点的电压差值、温度差值，测量结果自动显示在屏幕上；

结果计算：电压方式输出的测量值，温度测量结果等于电压差值除以温度传感器的灵敏度再加上温度起始值；对于温度方式输出的测量值，温度测量结果等于温度差值加上温度起始值。