CN112798040A - 便携式三综合测试校准系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的便携式三综合测试校准系统包括传感器、PXIe采集分析系统以及三综合测试校准系统软件;PXIe采集分析系统包括一体式PXIe机箱、PXIe信号采集模块和接口适配器;PXIe信号采集模块输入端口与接口适配器输出端口之间电线连接,PXIe信号采集模块输出端口与一体式PXIe机箱电连接;PXIe信号采集模块插入一体式PXIe机箱内,接口适配器安装于一体式PXIe机箱尾部;PXIe信号采集模块包含多块信号采集模块,采集不同种类传感器信号;接口适配器集成适用于不同种类传感器的输入端口;三综合测试校准系统软件基于虚拟仪器技术,通过软件主界面能选择相应静动态特性测试校准项目。
Description
技术领域
本发明涉及仪器测试校准领域,具体涉及一种便携式三综合测试校准系统。
背景技术
温度、湿度、振动(简称“三综合”)试验广泛应用于航空航天、国防、电子、工业自动化等领域,其测量可靠性直接影响结构、设备、产品的质量。通过环境试验能够模拟产品在振动、高低温、湿度等特定环境下的可靠性,在产品开发早期能够及时发现产品的设计缺陷和薄弱环节,从而帮助改善产品的可靠性。
目前常用的三综合试验系统检定校准装置都是以多台独立仪器组合搭建形成的,套内仪器数量多、体积大,携带多套设备到工业现场进行校准试验非常不便。检定人员开展现场校准试验需要同时携带振动台校准装置、温度校准装置以及湿度校准装置,极为不便;其次,这些仪器的数据处理主要依赖于人工计算,因此工作效率较低;再次,常用的振动测试仪、多路温湿度测量装置等,这些仪器只能进行单一参数的测试,并且这些传统仪器功能和结构都是由厂商定义好的,用户无法根据实际需要进行改造和扩充,存在着通用性差、功能单一、可扩展性不强等缺点,随着相关试验设备校准规范的更新,现有的测试软件系统无法满足新规范的需求。
目前测量仪器正在向虚拟仪器技术方向发展。虚拟仪器技术主要是利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。虚拟仪器主要取代了传统仪器的仪表的操作和显示部分,并用成本较低的传感器替代仪表的物理探头部分,将仪表的操作按键以及测量数据统一显示在可视化的用户界面上以便于用户操作和观察。
中国专利CN102539266A公开了一种疲劳试验机计量标定虚拟仪器及疲劳试验计量标定方法,专利号CN105318909A公开了一种大型振动台系统健康监测装置,这些技术将虚拟仪器技术结合到实际的参数测量、标定及校准试验中,使得试验过程更加简便,但是这些测试系统都包含工控机箱、控制器、多块采集板卡、接口转换卡、各类传感器等设备,整个测试系统的体积和重量仍然较大,检定人员携带到工业现场仍然不便,当测试通道数较多时,现场多通道线路连接复杂且容易出错,工作效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便携式三综合测试校准系统,高度集成、便携,满足工业现场快速测试校准任务的需求。
为了达到上述的目的,本发明提供一种便携式三综合测试校准系统,包括传感器、PXIe采集分析系统以及加载于所述PXIe采集分析系统的三综合测试校准系统软件;所述PXIe采集分析系统包括一体式PXIe机箱、PXIe信号采集模块和接口适配器;所述PXIe信号采集模块输入端口与所述接口适配器输出端口之间电线连接,所述PXIe信号采集模块输出端口与所述一体式PXIe机箱电连接;所述PXIe信号采集模块从所述一体式PXIe机箱尾部插入所述一体式PXIe机箱内,所述接口适配器安装于所述一体式PXIe机箱尾部,使所述一体式PXIe机箱、所述PXIe信号采集模块和所述接口适配器装配为一体;所述传感器与所述接口适配器输入端口电连接;所述PXIe信号采集模块包含多块信号采集模块,用于采集不同种类传感器信号;所述接口适配器集成适用于不同种类传感器的输入端口;所述三综合测试校准系统软件基于虚拟仪器技术在一体式PXIe机箱中实现;所述三综合测试校准系统软件将电动振动系统以及三综合试验系统静动态特性测试校准集成于一体,通过软件主界面能选择相应静动态特性测试校准项目。
上述便携式三综合测试校准系统,其中,所述传感器包括加速度计、湿度传感器和温度传感器;所述PXIe信号采集模块包括NI PXIe-4492采集模块、NI PXIe-4357型RTD采集模块和NI PXIe-4302型电流/电压采集模块;所述接口适配器输出端口共三路,分别与NIPXIe-4492采集模块、NI PXIe-4357型RTD采集模块、NI PXIe-4302型电流/电压采集模块输入端口相连;所述接口适配器输入端口共包括振动信号输入、温度信号输入和湿度信号输入;所述振动信号输入用于连接振动传感器;所述路温度信号输入用于连接温度传感器;所述十路湿度信号输入用于连接湿度传感器。
上述便携式三综合测试校准系统,其中,所述振动信号输入有八路;所述温度信号输入有二十路;所述湿度信号输入有十路。
上述便携式三综合测试校准系统,其中,所述接口适配器2内置电压调理电路,为十路湿度传感器提供3.3V、50mA稳压电源。
上述便携式三综合测试校准系统,其中,所述加速度计包括电荷输出型单轴加速度计、电压输出型单轴加速度计、电压输出型三轴加速度计和电荷输出型冲击加速度计。
上述便携式三综合测试校准系统,其中,所述温度传感器为三线或四线制RTD;所述湿度传感器为四线制湿度变送器。
上述便携式三综合测试校准系统,其中,所述测试校准项目包括波形允差校准、频率示值误差、正弦信号失真度校准、动态范围校准、随机信号检验、加速度信噪比、加速度幅值稳定性校准、频率响应特性校准、台面横向振动比、台面幅值均匀度、台面谐波失真度、台面加速度示值误差、加速度总均方根误差、加速度功率谱密度示值校准、扫频定振精度、加速度总均方根控制精度校准、加速度功率谱密度控制精度校准、正弦加宽带随机振动加速度总均方根示值校准、正弦加宽带随机振动幅值示值校准、正弦加宽带随机振动功率谱密度校准、窄带随机加宽带随机振动加速度总均方根示值校准、窄带随机加宽带随机振动幅值示值校准、窄带随机加宽带随机振动功率谱密度校准和温度湿度振动综合校准。
上述便携式三综合测试校准系统,其中,所述力学环境参数测试校准系统软件能进行相关数字信号分析,所述数字信号分析包括自功率谱、互功率谱、自相关谱、互相关谱、概率分布、概率密度、冲击响应谱、FRF幅值谱、FRF相位谱、FRF相干度、FRF奈斯奎特以及功率谱密度分析。
与现有技术相比,本发明的有益技术效果是:
本发明采用PXI先进总线架构,将三综合试验系统中多种信号的采集、调理、分析、显示等功能集而合之,形成智能统一的测试仪器组合,具有小型便携的优点;采用专用的接口适配器设计,使得多任务、多通道、多类传感器的输入输出连接更加方便、简洁,为三综合系统现场测试校准提供更加简单、便捷的方式;本发明采用的技术方法可以运用到其他参数的现场快速测试校准研究中。
附图说明
本发明的便携式三综合测试校准系统由以下的实施例及附图给出。
图1为本发明较佳实施例中PXIe采集分析系统总体组装示意图。
图2为本发明较佳实施例中PXIe采集分析系统分解示意图。
图3为本发明较佳实施例中三综合测试校准系统软件流程图。
图4为本发明数字式电动振动台测试校准实施方案图。
图5为本发明数字式电动振动台测试校准实施方案中适配器接线示意图。
图6为本发明数字式电动振动台测试校准实施方案中振动台传感器安装图。
图7为本发明三综合试验台测试校准实施方案图。
图8为本发明三综合试验台测试校准实施方案中适配器接线示意图。
具体实施方式
以下将结合图1~图8对本发明的便携式三综合测试校准系统作进一步的详细描述。
图1所示为本发明较佳实施例中PXIe采集分析系统总体组装示意图;图2所示为本发明较佳实施例中PXIe采集分析系统分解示意图。
本实施例的便携式三综合测试校准系统包括传感器、PXIe采集分析系统、电荷放大器以及加载于所述PXIe采集分析系统的三综合测试校准系统软件。
所述PXIe采集分析系统包括一体式PXIe机箱1、PXIe信号采集模块3和接口适配器2;所述PXIe信号采集模块3输入端口与所述接口适配器2输出端口之间电线连接,所述PXIe信号采集模块3输出端口与所述一体式PXIe机箱电连接;所述PXIe信号采集模块3从所述一体式PXIe机箱1尾部插入所述一体式PXIe机箱1内,所述接口适配器2安装于所述一体式PXIe机箱1尾部,使所述一体式PXIe机箱1、所述PXIe信号采集模块3和所述接口适配器2装配为一体。
所述传感器包括加速度计、湿度传感器和温度传感器,其中,所述加速度计包括电荷输出型单轴加速度计、电压输出型单轴加速度计和电压输出型三轴加速度计。本实施例例中,所述温度传感器为三线或四线制RTD,所述湿度传感器为四线制湿度变送器。
所述PXIe信号采集模块包括NI PXIe-4492采集模块、NI PXIe-4357型RTD采集模块和NI PXIe-4302型电流/电压采集模块;NI PXIe-4492采集模块用于对压电传感器(输出电压)信号进行采集,可用于振动信号动态测试等;NI PXIe-4357型RTD采集模块用于对PT100输出信号进行调理采集,并对传感器提供恒流激励;NI PXIe-4302型电流/电压采集模块用于对湿度传感器等信号进行调理采集。
所述接口适配器2输出端口共三路,分别与NI PXIe-4492采集模块、NI PXIe-4357型RTD采集模块、NI PXIe-4302型电流/电压采集模块的输入端口相连;
所述接口适配器2输入端口共三十八路,分别为八路振动信号输入201、二十路温度信号输入202和十路湿度信号输入203;所述八路振动信号输入201用于连接振动传感器(加速度计),接口类型为BNC型;所述二十路温度信号输入202用于连接温度传感器,接口类型为四芯推拉自锁式航插型;所述十路湿度信号输入203用于连接湿度传感器,接口类型为四芯推拉自锁式航插型;所述接口适配器2内置电压调理电路,为十路湿度传感器提供3.3V、50mA稳压电源。
所述电荷放大器优选5015A型电荷放大器,对电荷输出型冲击加速度计进行调理。
所述一体式PXIe机箱包括工业加固平板电脑和嵌入式PXIe控制器;所述PXIe信号采集模块与所述嵌入式PXIe控制器连接;所述嵌入式PXIe控制器与所述工业加固平板电脑连接;所述工业加固平板电脑为上翻盖式平板电脑,集成LCD显示屏、键盘和触控板。
图3所示为本发明较佳实施例中三综合测试校准系统软件流程图。所述三综合测试校准系统软件基于虚拟仪器技术在一体式PXIe机箱1的工业加固平板电脑中实现。
所述三综合测试校准系统软件能对电动振动系统、温度湿度振动三综合试验系统等的静动态特性进行测试校准;所述三综合测试校准系统软件具有温度传感器和湿度传感器的自校准及修正值补偿功能;
测试校准项目包括波形允差校准、频率示值误差、正弦信号失真度校准、动态范围校准、随机信号检验、加速度信噪比、加速度幅值稳定性校准、频率响应特性校准、台面横向振动比、台面幅值均匀度、台面谐波失真度、台面加速度示值误差、加速度总均方根误差、加速度功率谱密度示值校准、扫频定振精度、加速度总均方根控制精度校准、加速度功率谱密度控制精度校准、正弦加宽带随机振动加速度总均方根示值校准、正弦加宽带随机振动幅值示值校准、正弦加宽带随机振动功率谱密度校准、窄带随机加宽带随机振动加速度总均方根示值校准、窄带随机加宽带随机振动幅值示值校准、窄带随机加宽带随机振动功率谱密度校准、温度湿度振动综合校准等。参见图3,所述三综合测试校准系统软件将电动振动系统、温度湿度振动三综合试验系统等的静动态特性测试校准集成于一体,通过软件主界面可选择相应测试校准项目。
所述三综合测试校准系统软件还可进行相关数字信号分析,包括自功率谱、互功率谱、自相关谱、互相关谱、概率分布、概率密度、冲击响应谱、FRF幅值谱、FRF相位谱、FRF相干度、FRF奈斯奎特以及功率谱密度分析等,参见图3;所述三综合测试校准系统软件可显示、存储测试校准项目及数字信号分析的结果,对测试校准项目及数字信号分析结果可生成相关报表。
实施例1:
参见图4,被测对象——数字式电动振动台7,振动控制器8与数字式电动振动台7连接,控制加速度计6刚性安装于数字式电动振动台7上,控制加速度计6与振动控制器8连接;测量加速度计401通过安装螺栓4刚性连接在数字式电动振动台7上,PXIe信号采集模块3选用NI PXIe-4492采集模块,测量加速度计401通过接口适配器2与NI PXIe-4492采集模块连接。
在三综合测试校准系统软件中,选择PXIe信号采集模块3的类型(NI PXIe-4492采集模块),设置对应的仪器初始化配置,选择测试校准项目“台面加速度幅值示值误差”,选取高中低三个频率值,在所选频率值下取大、中、小三个振动幅值进行测量,示值误差δa按式(1)计算,
ad为试验系统的振动幅值示值(控制加速度计6的测量值),m/s2;as为三综合测试校准系统测量的振动幅值,m/s2。
参见图5和图6,在数字式电动振动台7上刚性连接五个加速度计,选择接口适配器2的八路振动信号输入201中的五路作为五个加速度计的输入端口,五个加速度计分布在数字式电动振动台7台面中心和不同直径的圆周上,其中,一个加速度计402位于数字式电动振动台7的台面9中心位置,两个加速度计403位于数字式电动振动台7的耳轴10轴线上,两个加速度计404位于垂直于耳轴10轴线的直径上,五个加速度计通过八路振动信号输入201中的五路与NI PXIe-4492采集模块连接。
在三综合测试校准系统软件中,选择PXIe信号采集模块3的类型(NI PXIe-4492采集模块),设置对应的仪器初始化配置,选择测试校准项目“台面加速度幅值均匀度”,加载五个加速度计采集通道。在试验工作频率范围内,按倍频程至少选取10个频率值(包括上、下限频率值)及相应频率下最大振动幅值的50%进行测量,按式(2)计算台面加速度幅值均匀度N,
式中,
|Δamax|——同次测量中,各点加速度值与中心点加速度幅值的最大偏差,
a——同次测量中,中心点加速度幅值,m/S2。
在三综合测试校准系统软件中,可根据任务需要添加其他测试校准项目,如“频率响应特性校准”、“台面横向振动比”、“台面谐波失真度”、“台面加速度示值误差”、“加速度总均方根误差”等,根据相应配置完成各项测试校准目的。
实施例2:
参见图7,被测对象——三综合试验台,包括振动台15和温湿度试验箱12;控制加速度计16安装于振动台15上,温湿度试验箱12置于振动台15上;振动控制器17与振动台15连接。在温湿度试验箱15中分布九只温度传感器13和四只湿度传感器14;在振动台15上刚性连接测量加速度计405,测量加速度计405与电荷放大器11连接;九只温度传感器13、四只湿度传感器14分别连接接口适配器2的二十路温度信号输入202和十路湿度信号输入203,电荷放大器11连接接口适配器2的八路振动信号输入201,如图8所示。
三综合测试校准系统软件,在登录界面可进入软件管理系统,对仪器使用者信息进行添加、修改、删除等操作,设置适用者使用权限,能有效提高系统的安全性。
在三综合测试校准系统软件中,选择PXIe信号采集模块3(NI PXIe-4492采集模块、NI PXIe-4357型RTD采集模块、NI PXIe-4302型电流/电压采集模块),设置对应的仪器初始化配置,设置采样触发信号通道及触发信号幅值,选择测试校准项目“温度偏差校准”,启动校准试验。
待连接好温度传感器、湿度传感器后可对传感器进行自校准,并将校准结果偏差值作为补偿系数写入软件偏差修正表中。
在三综合试验台工作空间中心温度达到或接近设定的校准温度值时,保存温度30分钟,然后每隔1分钟记录一次九个测试点的温度值Tij(i=1,2...16,测量次数;j=1,2...9,测量点数)和温度湿度振动综合试验台指示仪表的温度值Tsi(i=1,2...16,测量次数),共15分钟,记录16次;找出全部实测温度值Tij中的最高温度值和最低温度值Tmax、Tmin,按照公式(3)、(4)计算最高温度值和最低温度值与设定的校准温度值Tb之间的温度偏差
ΔTd1=Tmax-Tb (3)
ΔTd2=Tmin-Tb (4)
在三综合测试校准系统软件中,可根据任务需要添加其他测试校准项目,如“温度变化速率校准”、“相对湿度偏差校准”、“温度循环振动加速度幅值误差校准”等,根据相应配置完成各项测试校准目的。
Claims (8)
1.便携式三综合测试校准系统,其特征在于,包括传感器、PXIe采集分析系统以及加载于所述PXIe采集分析系统的三综合测试校准系统软件;
所述PXIe采集分析系统包括一体式PXIe机箱、PXIe信号采集模块和接口适配器;所述PXIe信号采集模块输入端口与所述接口适配器输出端口之间电线连接,所述PXIe信号采集模块输出端口与所述一体式PXIe机箱电连接;所述PXIe信号采集模块从所述一体式PXIe机箱尾部插入所述一体式PXIe机箱内,所述接口适配器安装于所述一体式PXIe机箱尾部,使所述一体式PXIe机箱、所述PXIe信号采集模块和所述接口适配器装配为一体;所述传感器与所述接口适配器输入端口电连接;
所述PXIe信号采集模块包含多块信号采集模块,用于采集不同种类传感器信号;所述接口适配器集成适用于不同种类传感器的输入端口;
所述三综合测试校准系统软件基于虚拟仪器技术在一体式PXIe机箱中实现;所述三综合测试校准系统软件将电动振动系统以及三综合试验系统静动态特性测试校准集成于一体,通过软件主界面能选择相应静动态特性测试校准项目。
2.如权利要求1所述的便携式三综合测试校准系统,其特征在于,所述传感器包括加速度计、湿度传感器和温度传感器;所述PXIe信号采集模块包括NI PXIe-4492采集模块、NIPXIe-4357型RTD采集模块和NI PXIe-4302型电流/电压采集模块;所述接口适配器输出端口共三路,分别与NI PXIe-4492采集模块、NI PXIe-4357型RTD采集模块、NI PXIe-4302型电流/电压采集模块输入端口相连;所述接口适配器输入端口共包括振动信号输入、温度信号输入和湿度信号输入;所述振动信号输入用于连接振动传感器;所述路温度信号输入用于连接温度传感器;所述十路湿度信号输入用于连接湿度传感器。
3.如权利要求2所述的便携式三综合测试校准系统,其特征在于,所述振动信号输入有八路;所述温度信号输入有二十路;所述湿度信号输入有十路。
4.如权利要求3所述的便携式三综合测试校准系统,其特征在于,所述接口适配器2内置电压调理电路,为十路湿度传感器提供3.3V、50mA稳压电源。
5.如权利要求2所述的便携式三综合测试校准系统,其特征在于,所述加速度计包括电荷输出型单轴加速度计、电压输出型单轴加速度计、电压输出型三轴加速度计和电荷输出型冲击加速度计。
6.如权利要求2所述的便携式三综合测试校准系统,其特征在于,所述温度传感器为三线或四线制RTD;所述湿度传感器为四线制湿度变送器。
7.如权利要求1所述的便携式三综合测试校准系统,其特征在于,所述测试校准项目包括波形允差校准、频率示值误差、正弦信号失真度校准、动态范围校准、随机信号检验、加速度信噪比、加速度幅值稳定性校准、频率响应特性校准、台面横向振动比、台面幅值均匀度、台面谐波失真度、台面加速度示值误差、加速度总均方根误差、加速度功率谱密度示值校准、扫频定振精度、加速度总均方根控制精度校准、加速度功率谱密度控制精度校准、正弦加宽带随机振动加速度总均方根示值校准、正弦加宽带随机振动幅值示值校准、正弦加宽带随机振动功率谱密度校准、窄带随机加宽带随机振动加速度总均方根示值校准、窄带随机加宽带随机振动幅值示值校准、窄带随机加宽带随机振动功率谱密度校准和温度湿度振动综合校准。
8.如权利要求7所述的便携式三综合测试校准系统,其特征在于,所述力学环境参数测试校准系统软件能进行相关数字信号分析,所述数字信号分析包括自功率谱、互功率谱、自相关谱、互相关谱、概率分布、概率密度、冲击响应谱、FRF幅值谱、FRF相位谱、FRF相干度、FRF奈斯奎特以及功率谱密度分析。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116465445A (zh) * | 2023-03-27 | 2023-07-21 | 中国人民解放军32181部队 | 机动式标校检定车的检定校准系统 |
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2020
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN116465445A (zh) * | 2023-03-27 | 2023-07-21 | 中国人民解放军32181部队 | 机动式标校检定车的检定校准系统 |
CN116465445B (zh) * | 2023-03-27 | 2024-02-06 | 中国人民解放军32181部队 | 机动式标校检定车的检定校准系统 |
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