CN112526439A - 一种标准电压/电荷转换器校准装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种标准电压/电荷转换器校准装置，涉及电荷放大器计量校准技术领域，以解决现有校准装置无法保证其量值统一，测量结果不稳定的问题。包括标准电压/电荷转换器、函数发生器、数字多用表以及电容测试仪；函数发生器与标准电压/电荷转换器信号输入端连接，为标准电压/电荷转换器提供激励信号，数字多用表与标准电压/电荷转换器的直流放大器模块和衰减器模块连接，对直流放大器和衰减器校准，电容测试仪与标准电压/电荷转换器的测试电容器模块连接，对电容器进行校准。上述校准装置操作简单，节约了硬件成本，有效的解决了标准电压/电荷转换器量值溯源的问题，具有很高的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及电荷放大器计量校准技术领域，尤其涉及一种标准电压/电荷转换器校准装置。
背景技术
电荷放大器是压电传感器的一种前置放大器，它的输出电压正比于输入电荷，电荷放大器广泛应用于振动、冲击、力、压力、声强等非电量电测中。根据JJG338-2013电荷放大器检定规程要求，对于电荷放大器计量检定的标准器中需要有标准电压/电荷转换器对其进行量值传递。而标准电压/电荷转换器本身的量值溯源问题国内一直未有统一的方法和规范。目前各厂家生产的标准电压/电荷转换器的校准方法是由厂家自行编制，有的还有没有相应的校准方法。无法保证其量值统一，测量结果稳定可靠。
发明内容
本发明的目的在于提供一种标准电压/电荷转换器校准装置，用于解决现有校准装置无法保证其量值统一，测量结果不稳定的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：提供一种标准电压/电荷转换器校准装置，包括标准电压/电荷转换器、函数发生器、数字多用表以及电容测试仪；
所述函数发生器与所述标准电压/电荷转换器信号输入端连接，为所述标准电压/电荷转换器提供激励信号，所述数字多用表与所述标准电压/电荷转换器的直流放大器模块和衰减器模块连接，对直流放大器和衰减器校准，所述电容测试仪与所述标准电压/电荷转换器的测试电容器模块连接，对电容器进行校准。
本发明提供的标准电压/电荷转换器校准装置通过函数发生器、数字多用表以及电容测试仪能够有效的对标准电压/电荷转换器的不同参数进行校准，校准装置组建方便快捷，装置稳定性高，测量不确定度小，测量结果与理论计算值吻合，操作简单，采用通用的函数发生器、数字多用表和电容测试仪即可实现，节约硬件成本，有效的解决了标准电压/电荷转换器量值溯源的问题，具有很高的实用性。
较优的，在上述技术方案中，对所述标准电压/电荷转换器的标准电压校准时，所述标准电压/电荷转换器的放大器/校电容接口与所述数字多用表的电压输入端连接，所述数字多用表为DCV测试模式，所述标准电压/电荷转换器的校放大器开关为触发状态，输入输出开关处于左侧位置，触发接地、+1V、-1V按钮，完成对应标称电压校准。
较优的，在上述技术方案中，对所述标准电压/电荷转换器的标称DB校准时，函数触发器输出端与所述标准电压/电荷转换器的信号源输出端口连接，电压表输入/放大器与所述数字多用表电压输入端连接，所述标准电压/电荷转换器的校放大器触发，输入输出开关处于左侧位置，交流开关为触发状态，所述函数发生器输出激励信号，所述数字多用表ACV档测量的所述函数发生器的输出信号，即为所述标准电压/电荷转换器信号源输出端的电压值。
较优的，在上述技术方案中，对所述标准电压/电荷转换器的衰减器校准时，所述数字多用表的电压输入端与所述标准电压/电荷转换器的放大器/校电容接口连接，所述函数发生器与所述标准电压/电荷转换器的信号源输出连接，所述函数发生器为所述标准电压/电荷转换器提供激励信号，所述数字多用表测量在不同频率下测量所述标准电压/电荷转换器的0dB、-10dB、-20dB、-30dB、-40dB开关触发状态下的衰减电压值，并计算衰减值。
较优的，在上述技术方案中，对所述标准电压/电荷转换器的滤波器校准时，所述函数发生器的输出口与所述标准电压/电荷转换器的信号源输出连接，并输出激励信号，所述数字多用表电压输入端与所述标准电压/电荷转换器的电压表输入/放大器和放大器/校电容连接，分别检测接电压表输入端和放大器/校电容端的电压，所述标准电压/电荷转换器的0dB和校放大器触发，计算衰减值，测量所述接电压表输入端和放大器/校电容端的电压，计算衰减值。
较优的，在上述技术方案中，对所述标准电压/电荷转换器的电容校准时，所述标准电压/电荷转换器为断电状态，所述电容测试仪的H端、L端和地线分别与所述标准电压/电荷转换器的放大器/校电容、电荷放大器输入和接地连接，所述电容测试仪接地，所述标准电压/电荷转换器的校电容开关触发，通过触发所述标准电压/电荷转换器的10pF、100pF、1nF、10nF、0.1μF键，测量各标称电容值的测量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例标准电压/电荷转换器的结构示意图；
图2为本发明实施例中标准电压/电荷转换器校准装置示意图。
附图标记：
1-标准电压/电荷转换器、2-校放大器、3-校电容、4-放大器(out)/校电容、5-电荷放大器输入、6-输入输出开关、7-输出、8-接电压表输入、9-信号源输出、10-0dB、11--10dB、12--20dB、13--30dB、14--40dB、15-接地、16--1V、17-+1V、18-交流、19-10pF、20-100pF、21-pF、22-nF、23-0.1μF、24-函数发生器、25-电容测试仪、26-数字多用表。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
详见图1和图2，本发明提供的标准电压/电荷转换器校准装置，包括标准电压/电荷转换器、函数发生器、数字多用表以及电容测试仪；函数发生器与标准电压/电荷转换器信号输入端连接，为标准电压/电荷转换器提供激励信号，数字多用表与标准电压/电荷转换器的直流放大器模块和衰减器模块连接，对直流放大器和衰减器校准，电容测试仪与标准电压/电荷转换器的测试电容器模块连接，对电容器进行校准。
具体实施时：
函数发生器输出信号为模拟信号，频率满足100Hz～250kHz，输出幅度≥5mVrms。数字多用表测量范围满足频率DC～300kHz，幅度≤100Vrms。电容测试仪测量范围满足电容测量范围10pF～100nF。各标准设备与标准电压/电荷转换器输入输出接口连接线缆为BNC接头。
在对标准电压/电荷转换器进行校准时，分为以下部分：
对“标称电压”校准时：
被校准标准电压/电荷转换器1的“放大器(out)/校电容”4接口通过BNC线缆接到数字多用表26的电压输入端，数字电压表26设置为DCV测量模式，按下“校放大器”2开关，输入输出开关6拨到左边，依次按下“接地”15、“+1V”16、“-1V”17开关用数字多用表分别测量“接地”“+1V”“-1V”电压，完成参数“标称电压”的校准。
对“标称dB(100Hz)”校准时：
用函数发生器24的输出口接到被校准标准电压/电荷转换器1的“信号源输出”9口，“电压表输入/放大器(in)”4口接数字多用表26电压输入端，被校准标准电压/电荷转换器1按下“校放大器”2开关，输入输出开关6拨到左边，按下“交流”18开关，函数发生器24设置为方波、100Hz、5Vrms、高阻状态，输出信号，在数字多用表26的ACV档即可测量出“接电压表输入”8端的电压值，把用数字多用表26直接测量函数发生24的输出信号即为“信号源输出”9端的输入信号电压值，完成参数“标称dB(100Hz)”的校准。
对衰减器校准时：
用函数发生器24的输出口接到被校准标准电压/电荷转换器1的“信号源输出”9口，“放大器(out)/校电容”4接口通过BNC线缆接到数字多用表26的电压输入端，函数发生器24设置为方波、100Hz、5Vrms、高阻状态，输出信号，按下“0dB”10开关，在数字多用表26ACV档测量出当前的电压值，分别按下“-10dB”11、“-20dB”12、“-30dB”13、“-40dB”14开关测量各衰减值时的电压值，与“0dB”10时测得值通过公式20*log(V2/V1)计算测得的衰减值，改变函数发生器24频率按照上面步骤测出其他频率的衰减值，完成参数“衰减器”的校准。
对滤波器校准时：
用函数发生器24的输出口接到被校准标准电压/电荷转换器1的“信号源输出”9口，函数发生器24设置为方波、100Hz、5Vrms、高阻状态，输出信号,“电压表输入/放大器(in)”4口接数字多用表电压26输入端测出“接电压表输入”8端的电压,“放大器(out)/校电容”4口接数字多用表26电压输入端测出“放大器(out)/校电容”4端的电压，“0dB”10与“校放大器”2按键为按下状态；通过公式20log(V2/V1)计算出衰减值,改变函数发生器24输出频率分别测出各频率的“接电压表输入”8端、“放大器(out)/校电容”4端的电压，并计算衰减值，完成参数“滤波器”的校准。
对电容校准时：
断开被校准标准电压/电荷转换器1的电源，用电容测试仪25直接测量校准标准电压/电荷转换器1的电容。“放大器(out)/校电容”4和“电荷放大器输入”5接口的芯分别接电容测试仪的H、L两端，地线与电容测试仪25壳地线相连,校准标准电压/电荷转换器1按下“校电容”3,电容测试仪25设置1kHz，1V；分别按下“10pF”19，“100pF”20，“1nF”21,“10nF”22,“0.1μF”23键,分别测量出各标称电容的值，完成参数“电容”的校准。
本发明提供的标准电压/电荷转换器校准装置通过函数发生器、数字多用表以及电容测试仪能够有效的对标准电压/电荷转换器的不同参数进行校准，校准装置组建方便快捷，装置稳定性高，测量不确定度小，测量结果与理论计算值吻合，操作简单，采用通用的函数发生器、数字多用表和电容测试仪即可实现，节约硬件成本，有效的解决了标准电压/电荷转换器量值溯源的问题，具有很高的实用性。
作为一种可实施方式，对标准电压/电荷转换器的标准电压校准时，标准电压/电荷转换器的放大器(out)/校电容接口与数字多用表的电压输入端连接，数字多用表为DCV测试模式，标准电压/电荷转换器的校放大器开关为触发状态，输入输出开关处于左侧位置，触发接地、+1V、-1V按钮，完成对应标称电压校准。
通过数字电压表与标准电压/电荷转换器的特殊连接关系以及开关触发方式，有效的实现了对标准电压/电荷转换器标称电压的校准，校准操作方便，结果也更加的准确。
作为一种可实施方式，对标准电压/电荷转换器的标称DB(100Hz)校准时，函数触发器输出端与标准电压/电荷转换器的信号源输出端口连接，电压表输入/放大器(in)与数字多用表电压输入端连接，标准电压/电荷转换器的校放大器触发，输入输出开关处于左侧位置，交流开关为触发状态，函数发生器输出激励信号，数字多用表ACV档测量的函数发生器的输出信号，即为标准电压/电荷转换器信号源输出端的电压值。
通过函数触发器和数字多用表与标准电压/电荷转换器的特殊连接关系，以及开关触发方式，有效的实现了对标准电压/电荷转换器信号源输出端电压值的校准。
作为一种可实施方式，对标准电压/电荷转换器的衰减器校准时，数字多用表的电压输入端与标准电压/电荷转换器的放大器(out)/校电容接口连接，函数发生器与标准电压/电荷转换器的信号源输出连接，函数发生器为标准电压/电荷转换器提供激励信号，数字多用表测量在不同频率下测量标准电压/电荷转换器的0dB、-10dB、-20dB、-30dB、-40dB开关触发状态下的衰减电压值，并计算衰减值。
通过数字多用表、函数发生器与标准电压/电荷转换器间的特殊连接关系，以及开关触发等，有效的实现了对标准电压/电荷转换器衰减器的校准，校准更加的准确，直接。
作为一种可实施方式，对标准电压/电荷转换器的滤波器校准时，函数发生器的输出口与标准电压/电荷转换器的信号源输出连接，并输出激励信号，数字多用表电压输入端与标准电压/电荷转换器的电压表输入/放大器(in)和放大器(out)/校电容连接，分别检测接电压表输入端和放大器(out)/校电容端的电压，标准电压/电荷转换器的0dB和校放大器触发，计算衰减值，测量接电压表输入端和放大器(out)/校电容端的电压，计算衰减值。
通过函数发生器、数字多用表与标准电压/电荷转换器的连接关系，以及信号开关触发方式，有效的实现了对滤波器的校准，校准方式更加的准确直观，准确率更高。
作为一种可实施方式，对标准电压/电荷转换器的电容校准时，标准电压/电荷转换器为断电状态，电容测试仪的H端、L端和地线分别与标准电压/电荷转换器的放大器(out)/校电容、电荷放大器输入和接地连接，电容测试仪接地，标准电压/电荷转换器的校电容开关触发，通过触发标准电压/电荷转换器的10pF、100pF、1nF、10nF、0.1μF键，测量各标称电容值的测量。
通过电容测试仪与标准电压/电荷转换器的特殊连接关系，有效的实现了对标准电压/电荷转换器各标称电容值的测量，测量结果更加的准确。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种标准电压/电荷转换器校准装置，包括标准电压/电荷转换器，其特征在于，还包括函数发生器、数字多用表以及电容测试仪；
所述函数发生器与所述标准电压/电荷转换器信号输入端连接，为所述标准电压/电荷转换器提供激励信号，所述数字多用表与所述标准电压/电荷转换器的直流放大器模块和衰减器模块连接，对直流放大器和衰减器校准，所述电容测试仪与所述标准电压/电荷转换器的测试电容器模块连接，对电容器进行校准。
2.根据权利要求1所述的标准电压/电荷转换器校准装置，其特征在于，对所述标准电压/电荷转换器的标准电压校准时，所述标准电压/电荷转换器的放大器/校电容接口与所述数字多用表的电压输入端连接，所述数字多用表为DCV测试模式，所述标准电压/电荷转换器的校放大器开关为触发状态，输入输出开关处于左侧位置，触发接地、+1V、-1V按钮，完成对应标称电压校准。
3.根据权利要求1所述的标准电压/电荷转换器校准装置，其特征在于，对所述标准电压/电荷转换器的标称DB校准时，函数触发器输出端与所述标准电压/电荷转换器的信号源输出端口连接，电压表输入/放大器与所述数字多用表电压输入端连接，所述标准电压/电荷转换器的校放大器触发，输入输出开关处于左侧位置，交流开关为触发状态，所述函数发生器输出激励信号，所述数字多用表ACV档测量的所述函数发生器的输出信号，即为所述标准电压/电荷转换器信号源输出端的电压值。
4.根据权利要求1所述的标准电压/电荷转换器校准装置，其特征在于，对所述标准电压/电荷转换器的衰减器校准时，所述数字多用表的电压输入端与所述标准电压/电荷转换器的放大器/校电容接口连接，所述函数发生器与所述标准电压/电荷转换器的信号源输出连接，所述函数发生器为所述标准电压/电荷转换器提供激励信号，所述数字多用表测量在不同频率下测量所述标准电压/电荷转换器的0dB、-10dB、-20dB、-30dB、-40dB开关触发状态下的衰减电压值，并计算衰减值。
5.根据权利要求1所述的标准电压/电荷转换器校准装置，其特征在于，对所述标准电压/电荷转换器的滤波器校准时，所述函数发生器的输出口与所述标准电压/电荷转换器的信号源输出连接，并输出激励信号，所述数字多用表电压输入端与所述标准电压/电荷转换器的电压表输入/放大器和放大器/校电容连接，分别检测接电压表输入端和放大器/校电容端的电压，所述标准电压/电荷转换器的0dB和校放大器触发，计算衰减值，测量所述接电压表输入端和放大器/校电容端的电压，计算衰减值。
6.根据权利要求1所述的标准电压/电荷转换器校准装置，其特征在于，对所述标准电压/电荷转换器的电容校准时，所述标准电压/电荷转换器为断电状态，所述电容测试仪的H端、L端和地线分别与所述标准电压/电荷转换器的放大器/校电容、电荷放大器输入和接地连接，所述电容测试仪接地，所述标准电压/电荷转换器的校电容开关触发，通过触发所述标准电压/电荷转换器的10pF、100pF、1nF、10nF、0.1μF键，测量各标称电容值的测量。
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