CN108592977B - 动态校准模拟信号和数字信号同步采集分析方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动态校准模拟信号和数字信号同步采集分析方法及系统，属于计量领域。主要采用多通道模数转换系统同步采集模拟信号和数字信号，并对其进行分析，获得被校系统的动态特性。采用模数转换系统采集标准系统的模拟电压信号、数字信号测量系统采集被校传感器输出的数字信号时，两个信号在时域存在时间无法准确同步的问题，导致信号处理得到的相频特性误差较大。本发明采用多通道模数转换系统同步采集模拟信号和数字信号，以解决上述问题。

Description

动态校准模拟信号和数字信号同步采集分析方法及系统

技术领域

本发明涉及一种动态校准模拟信号和数字信号同步采集分析方法及系统，属于计量领域。

背景技术

在动态校准中，需要同步测量标准装置和被校传感器的输出信号，以确定被校传感器的动态响应。在采用正弦信号作为激励源进行动态校准时，需要校准被校传感器的幅频特性和相频特性。一般采用多通道模数转换系统同步采集标准系统和被校传感器在同一激励量值下的模拟电压信号，通过对标准信号和被校信号的分析，获得被校传感器的幅频特性和相频特性。随着科学技术的进步，越来越多的被校传感器具有数字量输出模式，不再输出模拟信号。这种情况下同时采用模数转换系统采集标准系统的模拟电压信号以及数字信号测量系统采集被校传感器输出的数字信号时，两个信号在时域存在时间无法准确同步的问题，导致信号处理得到的相频特性误差较大。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术采集标准信号和被校传感器信号在时域无法准确同步的技术问题，提供一种动态校准模拟信号和数字信号同步采集分析方法及系统。

本发明的目的是通过下述技术解决方案实现的。

动态校准模拟信号和数字信号同步采集分析方法及系统，具体步骤如下：

步骤一、启动标准动态激励源产生某一频率的正弦激励信号,如正弦力、正弦压力、线振动、角振动信号等。标准测量系统和被校数字量输出传感器同时感受标准动态激励源的激励信号。将标准测量系统的输出和被校数字量输出传感器的输出接入多通道同步模数转换器。通过软件发出指令启动模数转换器进行数据采集和存储。由此获得标准测量系统输出的电压信号系列和被校数字量输出传感器输出数字信号的电平系列,它们在时域上一一对应。

步骤二、将步骤一存储的标准测量系统输出信号由标准信号解调软件解调出标准物理量系列D_s{n}。

步骤三、将步骤一存储的被校数字量输出传感器输出的信号电平由被校传感器数字信号解调软件依据数字信号接口的电气定义和数据传输标准格式，解调出其表征的被校传感器数字信号系列D_c{m}。

步骤四、将步骤二得到的标准信号系列D_s{n}和步骤三得到的被校传感器数字信号系列D_c{m}通过数据分析软件计算出它们对应的幅值及相位。计算正弦信号的幅值和相位可采用正弦拟合法或傅里叶变换法。则被校传感器的幅值灵敏度和相移分别为：

S＝A_c/A_s (1)

式中：A_c—被校传感器输出信号的幅值；

A_s—标准物理量的幅值；

则被校传感器的相移为：

Δθ＝θ_c-θ_s (2)

式中：θ_c—被校传感器输出信号的相位；

θ_s—标准物理量的相位；

通过上述4个步骤，实现动态校准模拟信号和数字信号同步采集分析。

实现上述方法的装置，包括：

标准动态激励源，产生正弦激励信号,如动态力、动态压力、振动、角振动信号等；

标准测量系统，用于标准物理量的溯源；

被校数字量输出传感器，是被校准的传感器；

多通道模数转换器，用于采集标准测量系统和被校传感器输出的电压信号；

标准信号解调模块，用于解调标准信号；

被校传感器数字信号解调模块，用于解调被校传感器的输出；

数据分析件，用于分析测量结果。

标准动态激励源产生某一频率的正弦激励信号，标准测量系统和被校数字量输出传感器同时感受标准动态激励源的同一激励信号。多通道模数转换器采集标准测量系统输出的电压信号，与此同时，同步采集被校数字量输出传感器输出数字信号的电平。通过软件发出指令启动多通道模数转换器进行采集和存储，采集的信号分别由标准信号解调软件和被校信号解调软件处理。上述信号解调结果由数据分析软件计算出被校传感器在该校准频率下幅值灵敏度和相移。

有益效果

1.在动态校准中采用多通道模数转换器对模拟信号和数字信号进行同步采集。所使用的多通道模数转换器具有各通道同步采集功能，因而实现对模拟信号和数字信号的同步采集，使获得的模拟信号和数字信号之间在时域没有时间延迟；

2.对采用串行接口或并行接口定义的数字量输出被校传感器信号进行模拟量采集，然后用软件解调出其所表征的数字量。被校传感器输出可以是各种串行或并行数字量接口标准，如232、485、USB、GPIB等。

附图说明

图1为测试系统框图；

图2为具有232接口的被校传感器与数据采集系统接线图。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

图1是动态校准系统的原理框图。选用2通道差分方式输入的模数转换器，2个通道可以同步以10M/s采样率进行并行模数转换，其采样频率可调。模数转换器通道1(CH1)采集标准测量系统的输出信号；模数转换器通道2(CH2)与被校数字量输出传感器连接。数字量输出传感器的接口标准为RS232-C，采用2线制单方向输出的方式。接线方式如图2，在测量过程中，被校传感器连续通过RS232-C接口向外部输出数字信号。

RS232-C接口采用电平方式串行传输数据，通过低电平或高电平变化传输数字信号。根据接口标准可以设置波特率、数据位、停止位和奇偶校验位。当波特率为56000时，每一个数据位的宽度为1/56000s,为了能够识别每一位信号，采用1M/s的采样率采集信号，使每个数据位对应的电平被采集到17点以上，足以分辨出表征各数据位的高低电平。

标准测量系统输出的电压信号和被校数字量输出传感器输出数字信号的电平被多通道同步模数转换器以1M/s采样率采集及存储。数据采集系统获得2个通道数字电压信号系列，即标准测量系统输出信号和被校数字量输出传感器输出信号系列,它们在时域上一一对应。标准测量系统输出的数字电压信号系列由标准信号解调软件解调后获得标准物理量系列D_s{n}。被校数字量输出传感器输出的数字电压信号依据RS232-C接口的电气定义输出。数据传输格式定义为波特率56000，1个起始位，8个数据位，1个停止位，无奇偶校验位。假定每个数据用4个字节，则每秒种传输的传感器测量数据为1400点。被校传感器信号解调软件根据RS232-C的数据传输定义解调出其表征的一系列数字信号系列D_c{m}。选取被校传感器每一个测量点数字信号开始传输的起始位时刻作为传感器输出数字信号对应测量物理量的时刻。已知标准物理量系列和被校传感器数字信号系列，通过数据分析软件采用傅里叶变换的方式计算出它们对应的幅值以及相位。根据上述计算结果，可得被校传感器的幅值灵敏度和相移分别为：

S＝A_c/A_s

Δθ＝θ_c-θ_s

通过上述步骤,可以实现动态校准中标准测量系统模拟信号和被校传感器数字信号同步采集和处理。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.动态校准模拟信号和数字信号同步采集分析方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一、启动标准动态激励源产生某一频率的正弦激励信号；标准测量系统和被校数字量输出传感器同时感受标准动态激励源的激励信号；将标准测量系统的输出和被校数字量输出传感器的输出接入多通道同步模数转换器；通过指令启动模数转换器进行数据采集和存储；由此获得标准测量系统输出的电压信号系列和被校数字量输出传感器输出数字信号的电平系列,两个系列在时域上一一对应；

步骤二、将步骤一存储的标准测量系统输出的电压信号系列由标准信号解调软件解调出标准物理量系列D_s{n}；

步骤三、将步骤一存储的被校数字量输出传感器输出数字信号的电平系列由被校数字量输出传感器数字信号解调软件依据数字信号接口的电气定义和数据传输标准格式，解调出信号电平系列表征的被校数字量输出传感器数字信号系列D_c{m}；

步骤四、通过数据分析软件计算出步骤二得到的标准物理量系列D_s{n}和步骤三得到的被校数字量输出传感器数字信号系列D_c{m}对应的幅值及相位，则被校数字量输出传感器的幅值灵敏度为：

S＝A_c/A_s (1)

式中：A_c—被校数字量输出传感器输出信号的幅值；

A_s—标准物理量的幅值；

则被校数字量输出传感器的相移为：

Δθ＝θ_c-θ_s (2)

式中：θ_c—被校数字量输出传感器输出信号的相位；

θ_s—标准物理量的相位；

通过上述步骤，实现动态校准模拟信号和数字信号同步采集分析。

2.实现如权利要求1所述方法的装置，其特征在于：包括：

标准动态激励源，用于产生正弦激励信号；

标准测量系统，用于标准物理量的溯源；

被校数字量输出传感器，是被校准的传感器；

多通道模数转换器，用于采集标准测量系统和被校数字量输出传感器输出的电压信号；

标准信号解调模块，用于解调标准物理量；

被校数字量输出传感器数字信号解调模块，用于解调被校数字量输出传感器的输出；

数据分析软件，用于分析测量结果。

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