CN114812688B - 多功能数据分析仪及多功能数据分析仪的校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多功能数据分析仪及多功能数据分析仪的校准方法，该多功能数据分析仪包括：若干采集模块，所述采集模块包括接入端口、加速度采集电路、速度采集电路以及位移采集电路。如此设置，可以用加速度传感器的数据直接得到加速度、速度和位移三种数据，从而简化硬件布线，大大降低生产成本。并且，使用电路硬件积分能够对加速度模拟量进行一次积分和二次积分得到速度模拟量和位移模拟量，再对三个模拟量分别使用A/D转换产生的误差仅仅是A/D转换带来的可控误差，从而提高了数据的精确度。

Description

多功能数据分析仪及多功能数据分析仪的校准方法
技术领域
本发明涉及振动数据采集技术领域，具体涉及一种多功能数据分析仪及多功能数据分析仪的校准方法。
背景技术
目前，传统的振动数据采集器根据传感器的功能只能采集单一数据，比如配有加速度传感器的采集器只采集加速度数据，配有速度传感器的采集器只采集速度数据，配有位移传感器的采集器只采集位移数据。
因此，若想同时采集加速度、速度和位移数据，需要安装对应的三种传感器，这样一来，不仅成本很高，而且线路也较为复杂。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中存在的传统的振动数据采集器根据传感器的功能只能采集单一数据的问题，从而提供一种多功能数据分析仪及多功能数据分析仪的校准方法。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种多功能数据分析仪，该多功能数据分析仪包括：若干采集模块，所述采集模块包括接入端口、加速度采集电路、速度采集电路以及位移采集电路；所述加速度采集电路包括依次串联的高通滤波电路和第一低通滤波电路，所述接入端口的一端适于连接加速度传感器，所述接入端口的另一端与所述高通滤波电路连接，所述第一低通滤波电路的一端与所述高通滤波电路连接后，所述第一低通滤波电路的另一端与加速度输出端口连接，所述加速度输出端口适于输出加速度数据；所述速度采集电路包括依次串联的第二低通滤波电路和一次积分电路，所述第二低通滤波电路的一端连接在所述高通滤波电路和所述第一低通滤波电路之间，所述一次积分电路的一端与所述第二低通滤波电路连接后，所述一次积分电路的另一端与速度输出端口连接，所述速度输出端口适于输出速度数据；所述位移采集电路包括二次积分电路，所述二次积分电路的一端连接在所述一次积分电路和所述速度输出端口之间，所述二次积分电路的另一端与位移输出端口连接，所述位移输出端口适于输出位移数据。
可选地，该多功能数据分析仪还包括：恒流源驱动电路，所述恒流源驱动电路的一端与驱动电源连接，所述恒流源驱动电路的另一端连接在所述接入端口和所述高通滤波电路之间。
可选地，所述高通滤波电路为10KHZ高通滤波电路；和/或，所述第一低通滤波电路为5KHZ低通滤波电路；和/或，所述第二低通滤波电路为1KHZ低通滤波电路。
本发明实施例还提供了一种多功能数据分析仪的校准方法，该校准方法应用于上述任一实施例所述的多功能数据分析仪，该校准方法包括硬件校准方法，所述硬件校准方法包括以下步骤：在获取到加速度数据、速度数据、位移数据之后，将信号发生器的正极与接入端口的正极连接，将所述信号发生器的负极与所述接入端口的负极连接；再将标准数据线的输出端接在所述信号发生器的正极与所述接入端口的正极之间，连接完成后，启动信号发生器进行硬件增益校准；所述标准数据线用于输送标准数据信号。
可选地，所述启动信号发生器进行硬件增益校准，包括：(1)写寄存器0x1000＝0x55AA，允许修改校准参数；(2)接入校准数据信号到接入端口的正极，等校准数据信号读数稳定；(3)读取加速度RMS ADC值，写寄存器0x0054-0x0054，其中，设置有2个寄存器，4个字节，浮点数；(4)通过公式计算加速度增益系数GAIN，浮点数；公式：Y＝(RMS_ADC/X)*GAIN；GAIN＝(Y*X)/(RMS_ADC)；其中，Y是标准数据信号对应的加速度单峰值，RMS_ADC是加速度RMS ADC值，X表示传感器灵敏度；(5)将GAIN写入加速度增益寄存器，0x103E-0x103F。
可选地，该校准方法还包括软件校准方法，所述软件校准方法包括以下步骤：将所述加速度数据、所述速度数据、所述位移数据输入上位机，并将所述加速度数据、所述速度数据、所述位移数据分别与标准数据进行对比；当所述加速度数据与所述标准数据中的标准加速度数据不同时，对所述加速度数据进行去除趋势项的操作；当所述速度数据与所述标准数据中的标准速度数据不同时，对所述速度数据进行去除趋势项的操作；当所述位移数据与所述标准数据中的标准位移数据不同时，对所述位移数据进行去除趋势项的操作。
可选地，所述对所述位移数据进行去除趋势项的操作，包括：设需要去除的趋势项为离散信号，设定采样时间；利用多次多项式函数对离散信号进行拟合；确定多次多项式函数中的待定系数，使离散信号与多次多项式函数的偏差平方和最小。
可选地，具体包括：
设需要去除的趋势项为离散信号{xi}，(i＝0,1,2,...n-1)，采样时间为Δt，利用m次多项式函数对{xi}进行拟合；
m次多项式函数：
确定函数待定系数c0,c1,c2...,cm，使ti＝iΔt时，与x(i)的偏差平方和最小，即ε取最小值，
其中，
可选地，该校准方法还包括自适应归零算法，所述适应归零算法包括：部署加速度传感器后，不运行被测设备，开启所述多功能数据分析仪；开启预设时长后，通过看门狗会读取所述预设时长内的环境振动信号，每隔一段时间判断所述环境振动信号是否平稳；若所述环境振动信号在预设时长内平稳，则屏蔽相应频率点，通过采集模块采集数据得到正式信号。
可选地，所述适应归零算法还包括：若所述环境振动信号在预设时长内不平稳，则提取相应频率变化区间进行滤波，得到正式信号。
本发明技术方案与现有技术相比，具有如下优点：
1.本发明实施例提供了一种多功能数据分析仪，该多功能数据分析仪包括：若干采集模块，所述采集模块包括接入端口、加速度采集电路、速度采集电路以及位移采集电路；所述加速度采集电路包括依次串联的高通滤波电路和第一低通滤波电路，所述接入端口的一端适于连接加速度传感器，所述接入端口的另一端与所述高通滤波电路连接，所述第一低通滤波电路的一端与所述高通滤波电路连接后，所述第一低通滤波电路的另一端与加速度输出端口连接，所述加速度输出端口适于输出加速度数据；所述速度采集电路包括依次串联的第二低通滤波电路和一次积分电路，所述第二低通滤波电路的一端连接在所述高通滤波电路和所述第一低通滤波电路之间，所述一次积分电路的一端与所述第二低通滤波电路连接后，所述一次积分电路的另一端与速度输出端口连接，所述速度输出端口适于输出速度数据；所述位移采集电路包括二次积分电路，所述二次积分电路的一端连接在所述一次积分电路和所述速度输出端口之间，所述二次积分电路的另一端与位移输出端口连接，所述位移输出端口适于输出位移数据。
如此设置，可以用加速度传感器的数据直接得到加速度、速度和位移三种数据，从而简化硬件布线，大大降低生产成本。同时，现有技术中，由于软件积分算法需要确定初始值，所以相较于软件积分而言，电路硬件积分是通过运放积分电路完成的，无需知道初始值。并且，由于在软件积分过程中，模拟量通过A/D转换变成数字量过程中会产生误差，对含有误差的数据进行积分会放大误差，一次积分误差呈线性增加，两次积分后误差已经呈二次方增加，误差不好控制。而使用电路硬件积分能够对加速度模拟量进行一次积分和二次积分得到速度模拟量和位移模拟量，再对三个模拟量分别使用A/D转换产生的误差仅仅是A/D转换带来的可控误差，从而提高了数据的精确度。
2.本发明实施例通过采用硬件校准方法、软件校准方法和自适应归零算法，能够进一步减少误差，提高了数据的精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通工人来讲，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为本发明实施例多功能数据分析仪的整体示意图；
图2为本发明实施例多功能数据分析仪的电路图；
图3为本发明实施例高通滤波电路的示意图；
图4为本发明实施例低通滤波电路的示意图；
图5为本发明实施例积分电路的示意图；
图6为硬件校准方法的示意图；
图7为软件校准方法的流程图；
图8为自适应归零算法的示意图。
附图标记：
1、接入端口；2、恒流源驱动电路；3、高通滤波电路；4、第一低通滤波电路；5、加速度输出端口；6、第二低通滤波电路；7、一次积分电路；8、二次积分电路；9、速度输出端口；10、位移输出端口；
U1、第一运算放大器；U2、第二运算放大器；U3、第三运算放大器；
R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；R5、第五电阻；R6、第六电阻；R7、第七电阻；R8、第八电阻；R9、第九电阻；R10、第十电阻；
C1、第一电容；C2、第二电容；C3、第三电容；C4、第四电容；C5、第五电容；C6、第六电容；C7、第七电容；C8、第八电容。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通工人在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通工人而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
目前，传统的振动数据采集器根据传感器的功能只能采集单一数据，比如配有加速度传感器的采集器只采集加速度数据，配有速度传感器的采集器只采集速度数据，配有位移传感器的采集器只采集位移数据。因此，若想同时采集加速度、速度和位移数据，需要安装对应的三种传感器，这样一来，不仅成本很高，而且线路也较为复杂。
因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中存在的传统的振动数据采集器根据传感器的功能只能采集单一数据的问题，从而提供一种多功能数据分析仪及多功能数据分析仪的校准方法。
实施例1
如图1至图2所示，本发明实施例提供了一种多功能数据分析仪，该多功能数据分析仪包括包括网口、若干采集模块、扩展引脚、中央处理器和开发板。其中网口使用POE供电，可以达到供电与传输数据同时进行。在本发明实施例中，采集模块可以设置有六个，组成六通道，从而可以同时连接6个加速度传感器，进行六路信号的采集。扩展引脚可以额外增加新的开发板和增加其他功能，同时在电路板上烧写程序也是使用扩展引脚连接烧写线进行的。中央处理器也就是CPU，负责处理数据，其中自动校准程序可以对传感器进行自动校准，通信所使用的MODBUS协议也是烧写进CPU里面的，还可以控制扩展引脚的功能，CPU还可以对数据进行一些简单的算法操作。在本发明实施例中，开发板上装有6个采集模块，采集模块主要由DSP处理器、ARM处理器、信号调理模块、通讯单元、恒流源驱动电路2、多个滤波电路、多个积分电路组成。
具体地，在本发明实施例中，所述采集模块包括接入端口1、加速度采集电路、速度采集电路以及位移采集电路。所述加速度采集电路包括依次串联的高通滤波电路3和第一低通滤波电路4，所述接入端口1的一端适于连接加速度传感器，所述接入端口1的另一端与所述高通滤波电路3连接，所述第一低通滤波电路4的一端与所述高通滤波电路3连接后，所述第一低通滤波电路4的另一端与加速度输出端口5连接，所述加速度输出端口5适于输出加速度数据。所述速度采集电路包括依次串联的第二低通滤波电路6和一次积分电路7，所述第二低通滤波电路6的一端连接在所述高通滤波电路3和所述第一低通滤波电路4之间，所述一次积分电路7的一端与所述第二低通滤波电路6连接后，所述一次积分电路7的另一端与速度输出端口9连接，所述速度输出端口9适于输出速度数据。所述位移采集电路包括二次积分电路8，所述二次积分电路8的一端连接在所述一次积分电路7和所述速度输出端口9之间，所述二次积分电路8的另一端与位移输出端口10连接，所述位移输出端口10适于输出位移数据。
如此设置，本发明的流程是传感器信号通过放大电路后，经过一次10Hz高通滤波和一次5KHz低通滤波输出加速度信号，经过同样的10Hz高通滤波和一次1Khz低通滤波、一次积分电路输出速度信号，该速度信号经过二次积分电路输出位移信号，从而可以用加速度传感器的数据直接得到加速度、速度和位移三种数据，从而简化硬件布线，大大降低生产成本。同时，现有技术中，由于软件积分算法需要确定初始值，所以相较于软件积分而言，电路硬件积分是通过运放积分电路完成的，无需知道初始值。并且，由于在软件积分过程中，模拟量通过A/D转换变成数字量过程中会产生误差，对含有误差的数据进行积分会放大误差，一次积分误差呈线性增加，两次积分后误差已经呈二次方增加，误差不好控制。而使用电路硬件积分能够对加速度模拟量进行一次积分和二次积分得到速度模拟量和位移模拟量，再对三个模拟量分别使用A/D转换产生的误差仅仅是A/D转换带来的可控误差，从而提高了数据的精确度。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，如图3所示，高通滤波电路3可以由第一运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2构成。其中，第一电容C1与第二电容C2串联，然后第二电容C2的一端连接在第一运算放大器U1的正相输入端，第一电阻R1与第二电阻R2串联接在第一运算放大器U1的正向输入端，然后第二电阻R2的另一端接地。第三电阻R3的一端与第一电容C1的另一端连接，第三电阻R3的另一端接地。第四电阻R4的一端接在第一电容C1和第二电容C2之间，另一端与第一运算放大器U1的反相输入端连接，第一运算放大器U1的反相输入端与输出端连接。
并且，第一低通滤波电路4和第二低通滤波电路6的构造可以相同。如图4所示，第一低通滤波电路4和第二低通滤波电路6由第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6以及第二运算放大器U2构成。其中，第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7串联，第七电阻R7的另一端与第二运算放大器U2的正相输入端连接，第三电容C3的一端连接在第五电阻R5、第六电阻R6之间，第三电容C3的另一端接地。第四电容C4的一端与第二运算放大器U2的正相输入端连接，第四电容C4的另一端接地。第五电容C5与第六电容C6并联，第六电容C6的一端连接在第六电阻R6、第七电阻R7之间，第六电容C6的另一端与第二运算放大器U2的反相输入端连接，第二运算放大器U2的反相输入端与第二运算放大器U2的输出端连接。
另外，一次积分电路7和二次积分电路8的构造可以相同。如图5所示，一次积分电路7和二次积分电路8由第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第七电容C7、第八电容C8以及第三运算放大器U3构成。第三运算放大器U3的反相输入端与第八电阻R8连接，第三运算放大器U3的正相输入端接地。第九电阻R9的一端与第三运算放大器U3的反相输入端连接，第九电阻R9的另一端与第七电容C7串联后接地，第八电容C8的两端分别连接第三运算放大器U3的反相输入端和输出端。第十电阻R10的一端与第三运算放大器U3的输出端连接，第十电阻R10的另一端连接在第九电阻R9与第七电容C7之间。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，该多功能数据分析仪还包括恒流源驱动电路2，恒流源驱动电路2的一端与驱动电源连接，恒流源驱动电路2的另一端连接在所述接入端口1和所述高通滤波电路3之间。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，所述高通滤波电路3可以为10KHZ高通滤波电路3，所述第一低通滤波电路4可以为5KHZ低通滤波电路，所述第二低通滤波电路6可以为1KHZ低通滤波电路。
本发明实施例工作时，首先将MODBUS通信协议程序、扩展引脚功能程序、以及采集模块相关驱动程序通过烧写线烧录到开发板中。然后将电源线与POE线相连，并且将POE线的网口插头与上位机相连，POE的网口通过网线与采集模块的网口相连；最后将采集模块与加速度传感器相连，插上电源，整套设备就开始进行工作了。使用上位机可以与采集模块进行MODBUS通信，读取采集设备传输的加速度、速度和位移数据，可以进一步的分析数据。
实施例2
本发明实施例还提供了一种多功能数据分析仪的校准方法，该校准方法应用于上述任一实施例所述的多功能数据分析仪，该校准方法包括硬件校准方法，
所述硬件校准方法包括以下步骤：
在获取到加速度数据、速度数据、位移数据之后，如图6所示，将信号发生器的正极与接入端口1的正极连接，将所述信号发生器的负极与所述接入端口1的负极连接。再将标准数据线的输出端接在所述信号发生器的正极与所述接入端口1的正极之间，连接完成后，启动信号发生器进行硬件增益校准，其中，所述标准数据线用于输送标准数据信号。当然，为了防止恒流源过热，可以增加隔直电容器，隔直电容器连接在信号发生器和接入端口1之间。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，所述启动信号发生器进行硬件增益校准的具体步骤包括：
S1、写寄存器0x1000＝0x55AA，允许修改校准参数；
S2、接入校准数据信号到接入端口1的正极，等校准数据信号读数稳定；
S3、读取加速度RMS ADC值，写寄存器0x0054-0x0054，其中，设置有2个寄存器，4个字节，浮点数；
S4、通过公式计算加速度增益系数GAIN，浮点数；公式：Y＝(RMS_ADC/X)*GAIN；GAIN＝(Y*X)/(RMS_ADC)；其中，Y是标准数据信号对应的加速度单峰值，RMS_ADC是加速度RMS ADC值，X表示传感器灵敏度；校准状态下，传感器灵敏度固定采用10。
S5、将GAIN写入加速度增益寄存器，0x103E-0x103F。
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，该校准方法还包括软件校准方法，软件校准流程如图7所示，理论分析如公式(1)～(6)所示：
v(t)＝v0-a0t+∫a(t)dt (1)
v(t)＝∫a(t)dt (3)
s(t)＝∫v(t)dt＝∫∫a(t)dtdt (4)
其中a、v、s为加速度、速度和位移，a0、v0、s0加速度、速度和位移的初始值，由(1)～(4)可知，实际积分得到的速度和位移分别有一次趋势项a0t-v0和二次趋势项因此需要使用算法进行软件积分的校准。
所述软件校准方法包括以下步骤：
S6、将所述加速度数据、所述速度数据、所述位移数据输入上位机，并将所述加速度数据、所述速度数据、所述位移数据分别与标准数据进行对比；
S7、当所述加速度数据与所述标准数据中的标准加速度数据不同时，对所述加速度数据进行去除趋势项的操作；当所述速度数据与所述标准数据中的标准速度数据不同时，对所述速度数据进行去除趋势项的操作；
S8、当所述位移数据与所述标准数据中的标准位移数据不同时，对所述位移数据进行去除趋势项的操作。
在本发明实施例中，所述对所述位移数据进行去除趋势项的操作，包括：
S81、设需要去除的趋势项为离散信号，设定采样时间；
S82、利用多次多项式函数对离散信号进行拟合；
S83、确定多次多项式函数中的待定系数，使离散信号与多次多项式函数的偏差平方和最小。
具体地，步骤S81至S83可以详细描述为：
设需要去除的趋势项为离散信号{xi}，(i＝0,1,2,...n-1)，采样时间为Δt，利用m次多项式函数对{xi}进行拟合；
m次多项式函数：
确定函数待定系数c0,c1,c2...,cm，使ti＝iΔt时，与x(i)的偏差平方和最小，即ε取最小值，
其中，
进一步地，在本发明的一个可选实施例中，如图8所示，该校准方法还包括自适应归零算法，所述适应归零算法包括：
S9、部署加速度传感器后，不运行被测设备，开启所述多功能数据分析仪；
S10、开启预设时长X后，通过看门狗会读取所述预设时长内的环境振动信号，每隔一段时间判断所述环境振动信号是否平稳，例如可以每秒判断一次环境振动信号是否平稳；预设时长一般为5-10s；
S11、若所述环境振动信号在预设时长内平稳，则屏蔽相应频率点，通过采集模块采集数据得到正式信号。
S12、若所述环境振动信号在预设时长内不平稳，则提取相应频率变化区间进行滤波，得到正式信号。
本发明实施例通过采用硬件校准方法、软件校准方法和自适应归零算法，能够进一步减少误差，提高了数据的精确度。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通工人来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种多功能数据分析仪的校准方法，其特征在于，所述多功能数据分析仪包括：
若干采集模块，所述采集模块包括接入端口（1）、加速度采集电路、速度采集电路以及位移采集电路；
所述加速度采集电路包括依次串联的高通滤波电路（3）和第一低通滤波电路（4），所述接入端口（1）的一端适于连接加速度传感器，所述接入端口（1）的另一端与所述高通滤波电路（3）连接，所述第一低通滤波电路（4）的一端与所述高通滤波电路（3）连接后，所述第一低通滤波电路（4）的另一端与加速度输出端口（5）连接，所述加速度输出端口（5）适于输出加速度数据；
所述速度采集电路包括依次串联的第二低通滤波电路（6）和一次积分电路（7），所述第二低通滤波电路（6）的一端连接在所述高通滤波电路（3）和所述第一低通滤波电路（4）之间，所述一次积分电路（7）的一端与所述第二低通滤波电路（6）连接后，所述一次积分电路（7）的另一端与速度输出端口（9）连接，所述速度输出端口（9）适于输出速度数据；
所述位移采集电路包括二次积分电路（8），所述二次积分电路（8）的一端连接在所述一次积分电路（7）和所述速度输出端口（9）之间，所述二次积分电路（8）的另一端与位移输出端口（10）连接，所述位移输出端口（10）适于输出位移数据；
该校准方法包括硬件校准方法，所述硬件校准方法包括以下步骤：
在获取到加速度数据、速度数据、位移数据之后，将信号发生器的正极与接入端口（1）的正极连接，将所述信号发生器的负极与所述接入端口（1）的负极连接；
再将标准数据线的输出端接在所述信号发生器的正极与所述接入端口（1）的正极之间，连接完成后，启动信号发生器进行硬件增益校准；所述标准数据线用于输送标准数据信号；
该校准方法包括软件校准方法，所述软件校准方法包括：自适应归零算法，所述适应归零算法包括：
部署加速度传感器后，不运行被测设备，开启所述多功能数据分析仪；
开启预设时长后，通过看门狗获取所述预设时长内的环境振动信号，每隔一段时间判断所述环境振动信号是否平稳；
若所述环境振动信号在预设时长内平稳，则屏蔽相应频率点，通过采集模块采集数据得到正式信号；
若所述环境振动信号在预设时长内不平稳，则提取相应频率变化区间进行滤波，得到正式信号。
2.根据权利要求1所述的多功能数据分析仪的校准方法，其特征在于，所述多功能数据分析仪还包括：
恒流源驱动电路（2），所述恒流源驱动电路（2）的一端与驱动电源连接，所述恒流源驱动电路（2）的另一端连接在所述接入端口（1）和所述高通滤波电路（3）之间。
3.根据权利要求1或2所述的多功能数据分析仪的校准方法，其特征在于，所述高通滤波电路（3）为10KHZ高通滤波电路（3）；和/或，所述第一低通滤波电路（4）为5KHZ低通滤波电路；和/或，所述第二低通滤波电路（6）为1KHZ低通滤波电路。
4.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述启动信号发生器进行硬件增益校准，包括：
(1)写寄存器0x1000 = 0x55AA，允许修改校准参数；
(2)接入校准数据信号到接入端口（1）的正极，等校准数据信号读数稳定；
(3)读取加速度RMS ADC值，设置有2个寄存器，4个字节，浮点数；
(4)通过公式计算加速度增益系数GAIN，浮点数；
公式：Y=（RMS_ADC/X）*GAIN；GAIN=（Y*X）/（RMS_ADC）；
其中，Y是标准数据信号对应的加速度单峰值，RMS_ADC是加速度RMS ADC值，X表示传感器灵敏度；
(5) 将GAIN写入加速度增益寄存器，0x103E-0x103F。
5.根据权利要求1或4所述的校准方法，其特征在于，所述软件校准方法还包括以下步骤：
将所述加速度数据、所述速度数据、所述位移数据输入上位机，并将所述加速度数据、所述速度数据、所述位移数据分别与标准数据进行对比；
当所述加速度数据与所述标准数据中的标准加速度数据不同时，对所述加速度数据进行去除趋势项的操作；当所述速度数据与所述标准数据中的标准速度数据不同时，对所述速度数据进行去除趋势项的操作；当所述位移数据与所述标准数据中的标准位移数据不同时，对所述位移数据进行去除趋势项的操作。
6.根据权利要求5所述的校准方法，其特征在于，所述对所述位移数据进行去除趋势项的操作，包括：
设需要去除的趋势项为离散信号，设定采样时间；
利用多次多项式函数对离散信号进行拟合；
确定所述多次多项式函数中的待定系数，使离散信号与所述多次多项式函数的偏差平方和最小。
7.根据权利要求6所述的校准方法，其特征在于，包括：
设需要去除的所述趋势项为离散信号，/>，所述采样时间为/>，利用m次多项式函数对/>进行拟合；
所述m次多项式函数：；
确定函数待定系数，使/>时，/>与/>的偏差平方和最小，即ε取最小值，
其中，。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101221066A (zh) * 2008-01-25 2008-07-16 太原理工大学 工程非线性振动检测方法
CN101806593A (zh) * 2010-03-12 2010-08-18 长安大学 一种基于加速度计的路形测量方法
CN103292892A (zh) * 2012-08-09 2013-09-11 北京中元瑞讯科技有限公司 低频、小幅度振动信号的测量方法及装置
CN103790571A (zh) * 2014-01-29 2014-05-14 浙江网新技术有限公司 一种无线示功仪及自适应调整方法
CN206002197U (zh) * 2016-07-28 2017-03-08 宁夏澍侍信息科技有限公司 一种物流运输振动监测系统
CN107291662A (zh) * 2017-05-26 2017-10-24 浙江大学 基于多项式拟合函数趋势项与阶数估计加速度、速度、位移的方法
CN211927076U (zh) * 2020-03-13 2020-11-13 沈阳科网通信息技术有限公司 一种振动信号检测和采集一体化传感器
CN113834563A (zh) * 2021-10-26 2021-12-24 山东大学 一种机械振动状态信号采集与分析系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101221066A (zh) * 2008-01-25 2008-07-16 太原理工大学 工程非线性振动检测方法
CN101806593A (zh) * 2010-03-12 2010-08-18 长安大学 一种基于加速度计的路形测量方法
CN103292892A (zh) * 2012-08-09 2013-09-11 北京中元瑞讯科技有限公司 低频、小幅度振动信号的测量方法及装置
CN103790571A (zh) * 2014-01-29 2014-05-14 浙江网新技术有限公司 一种无线示功仪及自适应调整方法
CN206002197U (zh) * 2016-07-28 2017-03-08 宁夏澍侍信息科技有限公司 一种物流运输振动监测系统
CN107291662A (zh) * 2017-05-26 2017-10-24 浙江大学 基于多项式拟合函数趋势项与阶数估计加速度、速度、位移的方法
CN211927076U (zh) * 2020-03-13 2020-11-13 沈阳科网通信息技术有限公司 一种振动信号检测和采集一体化传感器
CN113834563A (zh) * 2021-10-26 2021-12-24 山东大学 一种机械振动状态信号采集与分析系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于微机电加速度传感器的海底地震仪;郭虎生等;《探测与控制学报》;20130626;第35卷(第03期);29-32 *
时域积分的LWD振动加速度处理电路;程晶晶等;《自动化仪表》;20161231;第37卷(第12期);1-4 *

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