CN115792765A - 一种动态信号测试分析系统的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动态信号测试分析系统的校准方法，在标准模拟应变量校准器上进行了动态信号分析测试系统应变参数的校准试验，分析测试导线电阻对动态信号分析测试系统校准过程中示值误差的影响，建立各种误差，基于误差对结果进行校准，本发明解决了由于导线电阻存在差异而引起的测量结果不准确问题，可对校准结果进行修正，符合其量值传递的技术要求，保证了校准结果的准确可靠。

Description

一种动态信号测试分析系统的校准方法

技术领域

本发明涉及航空发动机计量检测技术领域，具体为一种动态信号测试分析系统的校准方法。

背景技术

应变是发动机的重要性能参数之一，在发动机轴向力测试中需要进行应变测量。发动机配套仪器中的动态信号测试分析系统主要用于航空发动机和燃气发生器的轴向力、叶片振动等的应变参数测试。参见图1，图1是现有的动态信号分析测试数据采集模块系统的结构示意图；动态信号测试分析系统的量值准确性是采用标准模拟应变量校准器来进行量值传递的，根据连接方式不同，可分1/4桥、半桥和全桥。

目前，动态信号分析测试系统由于其高度集成，具有多个通道，并由计算机软件对测试的应变信号进行采集、处理和分析，该特点决定了其与普通的静态应变仪和动态应变仪在校准状态要求上和校准项目上存在差异。因此，需要对动态信号测试分析系统的应变参数进行准确校准，从而提升应变信号采集分析的精度，然而当前还未有一种针对于动态信号分析测试系统标准化的校准技术，采用常规静态应变仪和动态应变仪容易造成一定的误差，无法保证校准结果的准确可靠性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种动态信号测试分析系统的校准方法，搭建标准化的动态信号分析测试系统校准技术，提升测试数据的精度和准确性，降低测试试验误差。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种动态信号测试分析系统的校准方法，包括如下步骤：

步骤S10，确定动态信号测试分析系统校准接线方式，之后测量测试导线的电阻信号；

步骤S20，按照校准接线方式连接好线路，打开动态信号测试分析系统；

步骤S30，设置标准模拟应变量校准器作为标准应变信号的生成器件，标准模拟应变量校准器生成用于动态信号测试分析系统校准的应变信号，所述应变模拟信号与用于现场的应变片的响应特性相匹配；

步骤S40，在开始校准动态信号测试分析系统每一个通道的每一个量程之前，先进行零位平衡，再进行示值误差校准；

步骤S50，基于校准接线方式，根据应变信号和电阻信号，对测量结果进行修正，实现动态信号测试分析系统应变参数校准。

进一步的，步骤S10中，接线方式1/4桥、半桥或全桥。

进一步的，步骤S40中，示值误差为：

式(1)中：ε_D—动态信号分析测试系统的标称值，单位με；

ε_B—标准模拟应变校准器的示值，单位με；

ε_FS—动态信号分析测试系统的对应量程满度值，单位με；

δ_V—动态信号分析测试系统各校准点的示值误差。

进一步的，步骤S40中，还进行非线性误差校准，非线性误差为：

式中：a_i—动态信号分析测试系统各校准点的显示值，单位με；

a₀—动态信号分析测试系统校准开始时的零位值或零偏值，单位με；

A_i—各校准点的理论值，单位με；

A_max—校准点为量程上限值时的显示值减去零位值或零偏值a₀后的值，单位με；

δ_Li—各校准点的非线性误差。

进一步的，

其中：ε_i—各校准点的标准模拟应变值，单位με；

ε_max—校准点为量程上限时的标准模拟应变值，单位με。

进一步的，S10中，在进行非线性误差校准时，选取6个点，包括0％、100％及4个均匀间隔的校准点。

进一步的，S10中，当为半桥或者1/4桥接线方式时，利用数字微欧计或者直流低电阻测试仪四线法测量测试导线的电阻的信号。

进一步的，步骤S50中，当为半桥或者1/4桥接线方式时，还进行还需进行测量结果修正，所述修正后的测量结果为：

式中：ε_i—测量应变量，单位με；

ε—实际应变量，单位με；

R—应变计的阻值，单位Ω；

Rl—单根长导线的阻值，单位Ω。

进一步的，S10中，当选用半桥的接线方式时，标准模拟应变量校准器A、B、C三个端钮用测试线分别与应变适调器的+Eg、+Vi、-Eg端钮对接。

进一步的，S50中，采用LabVIEW编写上位机软件，通过计算机实现动态信号分析测试系统的校准，多次自动测量导线电阻取平均值，利用软件自动对测量结果进行修正。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种动态信号测试分析系统的校准方法，在标准模拟应变量校准器上进行了动态信号分析测试系统应变参数的校准试验，分析测试导线电阻对动态信号分析测试系统校准过程中示值误差的影响，建立各种误差，基于误差对结果进行校准，本发明解决了由于导线电阻存在差异而引起的测量结果不准确问题，可对校准结果进行修正，符合其量值传递的技术要求，保证了校准结果的准确可靠。

附图说明

图1是现有的动态信号分析测试数据采集模块系统的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的电阻误差校准的流程示意图；

图3是本发明优选实施例动态信号分析测试系统的校准流程图；

图4是动态信号测试分析系统半桥接线校准示意图；

图5是本发明优选实施例动态信号分析测试系统的直流电桥基本电路图；

图6是单臂(1/4桥)接法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理和特征做进一步的详细说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

针对动态信号分析测试系统的1/4桥或者半桥(三线制)导线电阻无法消除，导线电阻对测量结果的影响很大，而动态信号分析测试系统一般由8个、16个、32个、64个通道乃至更多，每一个通道每一个校准点均需要进行修正，而动态信号分析测试系统不具备导线电阻测量功能和测试结果修正功能。

参见图2、图3及图4，本发明的优选实施例提供了一种用于动态信号测试分析系统的校准方法，本实施例校准方法包括：

步骤S10，确定动态信号测试分析系统校准接线方式(1/4桥、半桥、全桥)，如选半桥或者1/4桥接线方式,设置数字微欧计或者直流低电阻测试仪四线法用于测量测试导线的电阻的信号并记录，数字微欧计或者直流低电阻测试仪应能测量1μΩ～200mΩ小电阻，其中，导线电阻经过计算后用于对校准结果的修正。

参见图5和图6，图5是本发明优选实施例动态信号分析测试系统的直流电桥基本电路图，图6是单臂(1/4桥)接法示意图。

本实施例中，数字微欧计或者直流低电阻测试仪在实验室进行校准或者溯源校准后，根据其相应特性，校准应覆盖导线电阻相应的测量范围。

步骤S20，动态信号测试分析系统开机并连接好线路后，如有数据采集软件，计算机开机并打开分析测试软件，其中如果采用RS232数据线连接，则需要遵守此顺序，如果是采用USB数据线、蓝牙、WIFI、以太网连接，则无需遵守此顺序；

步骤S30，设置标准模拟应变量校准器作为标准应变信号，生成用于动态信号测试分析系统校准的应变信号，其中，应变模拟信号与用于现场的应变片的响应特性匹配，激励源电压应与传感器的应变片阻值相匹配，激励源过大，应变片阻值过小，电流过大发热造成温漂变大；激励源过小，应变片阻值过大会影响灵敏度。

为了模拟现场动态信号测试分析系统的连接方式、测试线长短、现场测试环境来进行校准，选用半桥(三线)的接线方式，标准模拟应变量校准器A、B、C三个端钮用专用测试线分别与应变适调器的+Eg、+Vi、-Eg端钮对接，可以提高校准的准确度、可靠性。

作为一种较佳的实施方式，在静态无载荷的情况下，应变(电阻)变化为零，但由于前置放大器漂移和噪声，在开始校准动态信号测试分析系统每一个通道的每一个量程之前，先进行零位平衡，再进行示值误差校准，示值误差

此方法不同于电阻应变仪检定规程示值误差计算方法，示值误差测量完毕后需校准零位漂移，根据动态信号测试分析系统实际使用情况，示值稳定性应在常用量程上选取，此方法不同于电阻应变仪检定规程示值稳定性选取，

式(1)中：ε_D—动态信号分析测试系统的标称值，单位με；

ε_B—标准模拟应变校准器的示值，单位με；

ε_FS—动态信号分析测试系统的对应量程满度值，单位με；

δ_V—动态信号分析测试系统各校准点的示值误差。

非线性误差选取动态信号测试分析系统发动机应变参数测试常用的量程进行，而电阻应变仪检定规程规定一般在100με量程测量非线性，实际上动态信号测试分析系统100με以下不用，故非线性误差一般选取10000με量程或者100000με量程进行，

非线性误差均匀选取6个点，包括0％、100％，各校准点的非线性误差：

式(2)中：a_i—动态信号分析测试系统各校准点的显示值，单位με；

a₀—动态信号分析测试系统校准开始时的零位值(或零偏值)，单位με；

A_i—各校准点的理论值，单位με；

A_max—校准点为量程上限值时的显示值减去零位(a₀)后的值，单位με；

δ_Li—各校准点的非线性误差。

式(3)中：ε_i—各校准点的标准模拟应变值，单位με；

ε_max—校准点为量程上限时的标准模拟应变值，单位με。

全桥和四线可以消除导线电阻的影响，动态信号测试系统工作状态大多为半桥(三线制)、四分之一桥，由于1με对应的电阻值为μΩ级，经信号调理，转换为电压放大后再有软件进行分析处理，导线电阻引入的误差可以达到mΩ级，由于8位半及以下数字多用表电阻最小量程一般为2Ω，考虑到其溯源性、自身误差的影响，此时导线电阻的测量不建议选用8位半数字多用表，而是选用数字微欧计或者直流低电阻测试仪四线法测量，根据电路1/4桥、半桥(三线制))导线电阻对测试结果的影响比较大，对测试结果进行修正，修正式为：

式(4)中：ε_i—测量应变量，单位με；

ε—实际应变量，单位με；

R—应变计的阻值，单位Ω；

Rl—单根长导线的阻值，单位Ω。

因此，考虑经济性和对测量结果的影响，尽量选用尽量短的专用的低热电势测试导线，减少对测试结果的影响，导线电阻对测试结果的修正可以利用Excel编写公式进行计算或者利用LabVIEW软件自带的数学工具和LabVIEW office报表工具编写快捷的软件计算、修正并存储，以减少人工计算的繁琐，降低错误的发生。

校准动态信号分析测试系统可选用三种线，(1)FLUKE低热电势测试导线(短)，长度约50cm，单根电阻大概在24mΩ；(2)普通的10A电流测试线，单根电阻大概在100mΩ，(3)普通的10A电流测试线，单根电阻大概在50mΩ。见表1，表1为不同导线电阻对校准结果的影响。

表1不同导线电阻对校准结果的影响

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动态信号测试分析系统的校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S10，确定动态信号测试分析系统校准接线方式，之后测量测试导线的电阻信号；

步骤S20，按照校准接线方式连接好线路，打开动态信号测试分析系统；

步骤S30，设置标准模拟应变量校准器作为标准应变信号的生成器件，标准模拟应变量校准器生成用于动态信号测试分析系统校准的应变信号，所述应变模拟信号与用于现场的应变片的响应特性相匹配；

步骤S40，在开始校准动态信号测试分析系统每一个通道的每一个量程之前，先进行零位平衡，再进行示值误差校准；

步骤S50，基于校准接线方式，根据应变信号和电阻信号，对测量结果进行修正，实现动态信号测试分析系统应变参数校准。

2.根据权利要求1所述的动态信号测试分析系统的校准方法，其特征在于，步骤S10中，接线方式1/4桥、半桥或全桥。

3.根据权利要求1所述的动态信号测试分析系统的校准方法，其特征在于，步骤S40中，示值误差为：

式(1)中：ε_D—动态信号分析测试系统的标称值，单位με；

ε_B—标准模拟应变校准器的示值，单位με；

ε_FS—动态信号分析测试系统的对应量程满度值，单位με；

δ_V—动态信号分析测试系统各校准点的示值误差。

4.根据权利要求1所述的动态信号测试分析系统的校准方法，其特征在于，步骤S40中，还进行非线性误差校准，非线性误差为：

式中：a_i—动态信号分析测试系统各校准点的显示值，单位με；

a₀—动态信号分析测试系统校准开始时的零位值或零偏值，单位με；

A_i—各校准点的理论值，单位με；

A_max—校准点为量程上限值时的显示值减去零位值或零偏值a₀后的值，单位με；

δ_Li—各校准点的非线性误差。

5.根据权利要求4所述的动态信号测试分析系统的校准方法，其特征在于，

其中：ε_i—各校准点的标准模拟应变值，单位με；

ε_max—校准点为量程上限时的标准模拟应变值，单位με。

6.根据权利要求4所述的动态信号测试分析系统的校准方法，其特征在于，S10中，在进行非线性误差校准时，选取6个点，包括0％、100％及4个均匀间隔的校准点。

7.根据权利要求1所述的动态信号测试分析系统的校准方法，其特征在于，S10中，当为半桥或者1/4桥接线方式时，利用数字微欧计或者直流低电阻测试仪四线法测量测试导线的电阻的信号。

8.根据权利要求7所述的动态信号测试分析系统的校准方法，其特征在于，步骤S50中，当为半桥或者1/4桥接线方式时，还对测量结进行果修正，所述修正后的测量结果为：

式中：ε_i—测量应变量，单位με；

ε—实际应变量，单位με；

R—应变计的阻值，单位Ω；

Rl—单根长导线的阻值，单位Ω。

9.根据权利要求1所述的动态信号测试分析系统的校准方法，其特征在于，S10中，当选用半桥的接线方式时，标准模拟应变量校准器A、B、C三个端钮用测试线分别与应变适调器的+Eg、+Vi、-Eg端钮对接。

10.根据权利要求1所述的动态信号测试分析系统的校准方法，其特征在于，S50中，采用LabVIEW编写上位机软件，通过计算机实现动态信号分析测试系统的校准，多次自动测量导线电阻取平均值，利用软件自动对测量结果进行修正。

Images