CN109669055A - 振动整流误差试验采集电路及具有其的采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种振动整流误差试验采集电路及具有其的采集系统，该振动整流误差试验采集电路包括：加速度计接口单元，加速度计接口单元用于连接加速度计；RC滤波单元，RC滤波单元与加速度计接口单元连接，RC滤波单元用于对加速度计输出的数据进行滤波；信号输出单元，信号输出单元与RC滤波单元连接，信号输出单元用于采集加速度计输出的数据。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中加速度计振动整流误差系数的标定水平差的技术问题。

Description

振动整流误差试验采集电路及具有其的采集系统
技术领域
本发明涉及加速度计测试技术领域，尤其涉及一种振动整流误差试验采集电路及具有其的采集系统。
背景技术
石英挠性加速度计(简称加速度计)作为惯性测量的重要仪表，具有高精度、高长期重复性、适合加速度测量的优点，已在航天、航空、航海和石油等众多领域得到了广泛的应用。然而由于振动等环境因素会导致加速度计参数变化，因此，为了有利于筛选出对振动环境适应性优良的加速度计，因此需要对加速度计进行振动试验测试筛选。
目前，加速度计振动整流误差测试的缺陷在于：由于加速度计二阶非线性系数、标度因数不对称性等非线性因素存在，使得加速度计输出存在振动整流误差，直接影响了系统的使用精度。现有的加速度计振动整流误差试验过程，振动前后和振动中的数据通过采用电阻采样后，对数据进行平均计算振动整流误差和振动整流误差系数，由于振动中未进行滤波，数据中含有很多高频成分，影响了加速度计振动整流误差系数的标定水平。
发明内容
本发明提供了一种振动整流误差试验采集电路及具有其的采集系统，能够解决现有技术中加速度计振动整流误差系数的标定水平差的技术问题。
根据本发明的一方面，提供了一种振动整流误差试验采集电路，该振动整流误差试验采集电路包括：加速度计接口单元，加速度计接口单元用于连接加速度计；RC滤波单元，RC滤波单元与加速度计接口单元连接，RC滤波单元用于对加速度计输出的数据进行滤波；信号输出单元，信号输出单元与RC滤波单元连接，信号输出单元用于采集加速度计输出的数据。
进一步地，RC滤波单元包括滤波电阻和滤波电容，滤波电阻和滤波电容串联连接。
进一步地，滤波电阻的阻值为500Ω至2000Ω，滤波电容的电容值为500μF至2000μF。
进一步地，振动整流误差试验采集电路还包括保护单元，保护单元与RC滤波单元并联连接，并联后的保护单元和RC滤波单元分别与加速度计接口单元和信号输出单元连接。
进一步地，振动整流误差试验采集电路还包括信号选通开关，RC滤波单元通过信号选通开关与保护单元并联连接；其中，当信号选通开关处于第一打开状态时，加速度计输出的数据经过RC滤波单元和保护单元流向信号输出单元；当信号选通开关处于第二打开状态时，加速度计输出的数据经过保护单元流向信号输出单元。
进一步地，信号输出单元包括第一数据接口和第二数据接口，第一数据接口与RC滤波单元连接，第二数据接口与保护单元连接。
进一步地，振动整流误差试验采集电路还包括电源单元，电源单元与加速度计接口单元连接，电源单元用于为加速度计供电。
进一步地，电源单元包括串联连接的电源接口、电源开关和稳波电容，电源接口用于连接电源，稳波电容用于过滤纹波电流。
进一步地，稳波电容的电容值为0.005μF至0.02μF。
根据本发明的另一方面，提供了一种振动整流误差试验采集系统，采集系统包括振动整流误差试验采集电路、加速度计、高速采集装置和直流稳压电源，振动整流误差试验采集电路为上述提供的振动整流误差试验采集电路，加速度计通过加速度计接口单元与振动整流误差试验采集电路连接，高速采集装置通过信号输出单元与振动整流误差试验采集电路连接，直流稳压电源通过电源单元与振动整流误差试验采集电路连接。
应用本发明的技术方案，在对加速度计进行振动整流误差试验的过程中，由于在采集电路中设置有RC滤波单元，从而可以通过该RC滤波单元对加速度计输出的信号进行数据滤波，以去除加速度计输出数据中的高频成分，此种方式极大地降低了振动整流误差系数，更加真实地反应了加速度计振动整流误差系数的标定水平，提高了加速度计振动整流误差的标定精度。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明的具体实施例提供的振动整流误差试验采集系统的结构示意图；
图2示出了根据本发明的具体实施例提供的加速度计接口单元的结构示意图；
图3示出了根据本发明的具体实施例提供的电源单元的电源接口的结构示意图；
图4示出了根据本发明的具体实施例提供的电源单元的电源开关和稳波电容的结构示意图；
图5示出了根据本发明的具体实施例提供的RC滤波单元的结构示意图；
图6示出了根据本发明的具体实施例提供的信号输出单元的第一数据接口的结构示意图；
图7示出了根据本发明的具体实施例提供的信号输出单元的第二数据接口的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、加速度计接口单元；20、RC滤波单元；21、滤波电阻；22、滤波电容；30、信号输出单元；40、保护单元；50、信号选通开关；61、电源接口；62、电源开关；63、稳波电容；100、振动整流误差试验采集电路；200、加速度计；300、高速采集装置；400、直流稳压电源；500、计算机。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
如图1至图7所示，根据本发明的具体实施例提供了一种振动整流误差试验采集电路，该振动整流误差试验采集电路包括加速度计接口单元10、RC滤波单元20和信号输出单元30，其中，加速度计接口单元10用于连接加速度计，RC滤波单元20与加速度计接口单元10连接，RC滤波单元20用于对加速度计输出的数据进行滤波，信号输出单元30与RC滤波单元20连接，信号输出单元30用于采集加速度计输出的数据。
应用此种配置方式，在对加速度计进行振动整流误差试验的过程中，由于在采集电路中设置有RC滤波单元20，从而可以通过该RC滤波单元对加速度计输出的信号进行数据滤波，以去除加速度计输出数据中的高频成分，此种方式极大地降低了振动整流误差系数，更加真实地反应了加速度计振动整流误差系数的标定水平，提高了加速度计振动整流误差的标定精度。
进一步地，在本发明中，如图5所示，为了对加速度计输出的数据进行滤波，可将RC滤波单元20配置为包括滤波电阻21和滤波电容22，滤波电阻21和滤波电容22串联连接。具体地，滤波电阻21的阻值为500Ω至2000Ω，滤波电容22的电容值为500μF至2000μF。
在本发明中，为了防止加速度计输出短路，可将振动整流误差试验采集电路配置为还包括保护单元40，保护单元40与RC滤波单元20并联连接，并联后的保护单元40和RC滤波单元20分别与加速度计接口单元10和信号输出单元30连接。
进一步地，在本发明中，为了能够同时进行滤波及未滤波的振动整流误差系数的对比以更加直观观察滤波后的振动整流误差试验采集电路的整流误差系数水平，可将振动整流误差试验采集电路配置为还包括信号选通开关50，RC滤波单元20通过信号选通开关50与保护单元40并联连接，其中，当信号选通开关50处于第一打开状态时，加速度计输出的信号经过RC滤波单元20和保护单元40流向信号输出单元30；当信号选通开关50处于第二打开状态时，加速度计输出的信号经过保护单元40流向信号输出单元30。
具体地，如图5所示，当信号选通开关50的节点2和节点3闭合时，即信号选通开关50处于第一打开状态时，加速度计输出的数据信号通过RC滤波单元20和保护单元40进行振动整流误差试验数据采集，其中，直流数据信号经过保护单元40进行传递，混合于直流数据信号中的高频成分可经由RC滤波单元20进行过滤，由此即可去除加速度计输出数据中的高频成分，最终滤波后的数据通过信号输出单元30输出。当信号选通开关50的节点2和节点3断开时，即信号选通开关50处于第二打开状态时，加速度计输出的数据信号通过保护电路40的保护电阻R2进行常规的振动信号采集或者与数字电压表连接，未进行滤波的数据通过信号输出单元30输出。
进一步地，在本发明中，为了实现对加速度计200发出的数据的采集，如图6和图7所示，可将信号输出单元30配置为包括第一数据接口P2和第二数据接口P3，第一数据接口P2与RC滤波单元20连接，第二数据接口P3与保护单元40连接。
应用此种配置方式，当信号选通开关50的节点2和节点3闭合时，即信号选通开关50处于第一打开状态时，加速度计输出的数据信号通过RC滤波单元20和保护单元40进行振动整流误差试验数据采集，其中，直流数据信号经过保护单元40进行传递，混合于直流数据信号中的高频成分可经由RC滤波单元20进行过滤，由此即可去除加速度计输出数据中的高频成分，由于第一数据接口P2与RC滤波单元20连接，滤波后的数据通过第一数据接口P2进行输出。当信号选通开关50的节点2和节点3断开时，即信号选通开关50处于第二打开状态时，加速度计200输出的数据信号通过保护电路40的保护电阻R2进行常规的振动信号采集或者与数字电压表连接，第二数据接口P3与保护单元40连接，未进行滤波的数据通过第二数据接口P3进行输出。具体地，作为本发明的一个具体实施例，可将第一数据接口P2和第二数据接口P3可选为BNC接头，信号选通开关50选为单刀双掷开关S2。
在本发明中，为了使得加速度计正常工作，可将振动整流误差试验采集电路配置为还包括电源单元，电源单元与加速度计接口单元10连接，电源单元用于为加速度计供电。
具体地，为了实现对加速度计的供电，电源单元还包括电源接口61、电源开关62和稳波电容63，电源接口61、电源开关62和稳波电容63串联连接，电源接口61用于连接电源，稳波电容63用于过滤纹波电流。其中，作为本发明的一个具体实施例，电源接口61包括三个节点，该三个节点分别为三个节点分别为(+10至+20V),(-10至-20V)和地，正负电源值需对称设置。其中，稳波电容63的电容值为0.005μF至0.02μF，电源通过电源接口61与振动整流误差试验采集电路100连接，当电源开关62向电源侧闭合时，此时电源为加速度计200供电。具体地，作为本发明的一个实施例，可将电源开关62选为双掷开关。
根据本发明的另一方面，提供了一种振动整流误差试验采集系统，该采集系统包括振动整流误差试验采集电路100、加速度计200、高速采集装置300和直流稳压电源400，振动整流误差试验采集电路100为上述提供的振动整流误差试验采集电路100，加速度计200通过加速度计接口单元10与振动整流误差试验采集电路100连接，高速采集装置300通过信号输出单元30与振动整流误差试验采集电路100连接，直流稳压电源400通过电源单元与振动整流误差试验采集电路100连接。
应用此种配置方式，在进行加速度计的振动整流误差系数的标定时，可通过振动整流误差试验采集电路100的电源单元为加速度计200供电，以保证加速度计200的正常工作。在振动整流误差试验采集电路100中有保护电阻R3，从而能够保证加速度计200的输出不会发生短路。加速度计200输出的数据信可以通过RC滤波电路进行数据滤波，同时，为了更加直观地观测经过滤波及未滤波的加速度计振动整流误差试验对比，也可通过信号选通开关50使得加速度计200输出的数据信号不进行RC滤波电路滤波。此外，振动整流误差试验采集电路100还包括信号输出单元30，其可以对加速度计200输出的数据进行采集，高速采集装置300的一端通过信号输出单元30与振动整流误差试验采集电路100连接，高速采集装置300的另一端与计算机500相连接，因此，高速采集装置300可将采集到的数据输入到计算机500中以进行数据运算。
为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至7对本发明的第一实施例的加速度计振动整流误差试验采集方法进行详细说明。
第一步，将电源开关62断开，信号选通开关50的节点2和节点3断开以使信号选通开关50处于第二打开状态，进行振动整流误差试验采集电路100的各部分的检查。
第二步，将直流稳压电源400连接至电源接口61，加速度计200连接至加速度计接口单元10，高速采集装置300连接至信号输出单元30。
第三步，将电源开关62闭合，信号选通开关50的节点2和节点3闭合以使信号选通开关50处于第一打开状态，此时加速度计输出的数据信号通过RC滤波单元20和保护单元40进行振动整流误差试验数据采集，其中，直流数据信号经过保护单元40进行传递，混合于直流数据信号中的高频成分可经由RC滤波单元20进行过滤，由此即可去除加速度计输出数据中的高频成分。在重力场1g下采集数据，根据重力场1g下电压值除以保护电阻R2是否与加速度计200的电流标度因素相等，判断振动整流误差试验采集电路连接的正确性。
第四步，加速度计200通电0.1小时至2小时。
第五步，对加速度计进行随机振动，并不断进行数据采样，通过计算机500来计算滤波后的振动整流的误差系数并判断加速计振动整流误差系数水平。
上述即为进行数据滤波的振动整流的误差系数采集的详细过程，为了能够清楚直观地判断滤波和未滤波的振动整流的误差系数的对比，可将上述第三步中信号选通开关50的节点2和节点3断开，以使信号选通开关50处于第二打开状态，此时加速度计200输出的数据信号通过保护电路40的保护电阻R2进行常规的振动信号采集，其它步骤不变，由此即可实现未滤波状态下加速度计振动整流的误差系数的采集。
为了提高加速度计振动整流误差试验的效率，可同时进行多个加速度计的振动整流误差试验判定。具体地，作为本发明的第二实施例，可在重力场1g状态下在安装工装上固定安装四个加速度计200，电路板上集成了四个加速度计振动整流误差试验采集电路100，稳波电容C1的电容值为0.005μF。
然后依次将四个电源单元的电源开关62断开,信号选通开关50的节点2和节点3断开以使信号选通开关50处于第二打开状态，以进行振动整流误差试验采集电路100的各部分的检查。接着依次进行四个电源接口连接，四个加速度计接口连接和高速采集接口连接，即将直流稳压电源400连接至电源接口61，加速度计200连接至加速度计接口单元10，高速采集装置300连接至信号输出单元30。
然后将电源单元的电源开关62闭合，信号选通开关50的节点2和节点3闭合以使信号选通开关50处于第一打开状态，此时加速度计200输出的数据信号通过RC滤波单元20和保护单元40进行振动整流误差试验数据采集，其中，直流数据信号经过保护单元40进行传递，混合于直流数据信号中的高频成分可经由RC滤波单元20进行过滤，由此即可去除加速度计输出数据中的高频成分。重力场1g下采集数据，根据重力场1g下电压值除以保护电阻R2是否与加速度计的电流标度因数相等，判断电路板连接的正确性。
最后，保持加速度计200通电90分钟，并进行有效值为8.1g的随机振动，采样频率为10kHz，随后进行峰值为3g的随机振动，频率为50Hz和500Hz的定频振动。最终高速采集装置将采集的数据输入计算机中，并由计算机计算获取振动整流误差系数。具体地，经过滤波和未经过滤波所采集的数据按照振动整流误差系数计算结果如表1所示，显然进行滤波后的振动整流误差系数比未进行滤波时小，更能真实地反应加速度计振动整流误差系数水平。
表1
综上所述，采用本发明的振动整流误差试验采集电路进行加速度计振动整流误差系数水平的测定，极大地降低了振动整流误差系数，更加真实地反应了加速度计振动整流误差系数的标定水平，提高了加速度计振动整流误差的标定精度。
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种振动整流误差试验采集电路，其特征在于，所述振动整流误差试验采集电路包括：
加速度计接口单元(10)，所述加速度计接口单元(10)用于连接加速度计；
RC滤波单元(20)，所述RC滤波单元(20)与所述加速度计接口单元(10)连接，所述RC滤波单元(20)用于对所述加速度计输出的数据进行滤波；
信号输出单元(30)，所述信号输出单元(30)与所述RC滤波单元(20)连接，所述信号输出单元(30)用于采集所述加速度计输出的数据。
2.根据权利要求1所述的振动整流误差试验采集电路，其特征在于，所述RC滤波单元(20)包括滤波电阻(21)和滤波电容(22)，所述滤波电阻(21)和所述滤波电容(22)串联连接。
3.根据权利要求2所述的振动整流误差试验采集电路，其特征在于，所述滤波电阻(21)的阻值为500Ω至2000Ω，所述滤波电容(22)的电容值为500μF至2000μF。
4.根据权利要求1所述的振动整流误差试验采集电路，其特征在于，所述振动整流误差试验采集电路还包括保护单元(40)，所述保护单元(40)与所述RC滤波单元(20)并联连接，并联后的所述保护单元(40)和所述RC滤波单元(20)分别与所述加速度计接口单元(10)和所述信号输出单元(30)连接。
5.根据权利要求4所述的振动整流误差试验采集电路，其特征在于，所述振动整流误差试验采集电路还包括信号选通开关(50)，所述RC滤波单元(20)通过所述信号选通开关(50)与所述保护单元(40)并联连接；其中，当所述信号选通开关(50)处于第一打开状态时，所述加速度计输出的数据经过所述RC滤波单元(20)和所述保护单元(40)流向所述信号输出单元(30)；当所述信号选通开关(50)处于第二打开状态时，所述加速度计输出的数据经过所述保护单元(40)流向所述信号输出单元(30)。
6.根据权利要求4所述的振动整流误差试验采集电路，其特征在于，所述信号输出单元(30)包括第一数据接口和第二数据接口，所述第一数据接口与所述RC滤波单元(20)连接，所述第二数据接口与所述保护单元(40)连接。
7.根据权利要求1所述的振动整流误差试验采集电路，其特征在于，所述振动整流误差试验采集电路还包括电源单元，所述电源单元与所述加速度计接口单元(10)连接，所述电源单元用于为所述加速度计供电。
8.根据权利要求7所述的振动整流误差试验采集电路，其特征在于，所述电源单元包括串联连接的电源接口(61)、电源开关(62)和稳波电容(63)，所述电源接口(61)用于连接电源，所述稳波电容(63)用于过滤纹波电流。
9.根据权利要求8所述的振动整流误差试验采集电路，其特征在于，所述稳波电容(63)的电容值为0.005μF至0.02μF。
10.一种振动整流误差试验采集系统，其特征在于，所述采集系统包括振动整流误差试验采集电路(100)、加速度计(200)、高速采集装置(300)和直流稳压电源(400)，所述振动整流误差试验采集电路(100)为权利要求1至9中任一项所述的振动整流误差试验采集电路(100)，所述加速度计(200)通过加速度计接口单元(10)与所述振动整流误差试验采集电路(100)连接，所述高速采集装置(300)通过所述信号输出单元(30)与所述振动整流误差试验采集电路(100)连接，所述直流稳压电源(400)通过所述电源单元与所述振动整流误差试验采集电路(100)连接。
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