硅加速度计幅频特性曲线的全自动数据采集和处理技术

　　1　概述

　　加速度计的幅频特性曲线是衡量其动态特性的重要标志,它直接给出了加速度计的工作频带宽度和共振(固有)频率[1],所以,标定出它的幅频特性曲线是十分必要的。利用由振动控制仪、数字存储示波器和微电脑等仪器组成的标定系统和编制的数据采集处理软件,可以在振动控制仪进行“自动定振扫频”的同时进行全自动数据采集。利用这套软硬件系统,对研制开发仪表级阻压式硅加速度计进行了大量的测试标定。

　　2　标定和采集幅频特性曲线的硬件系统幅频特性曲线的标定采集系统如图1所示。

　　2·1　激振系统

　　由励磁电源提供直流电流以建立振动台的恒定磁场。振动控制仪产生的正弦信号经功率放大器放大后得到激振电流使台面起振。

　　2·2　振动控制仪

　　2·2·1　电荷放大器和振动g值的标定

　　标准压电式加速度传感器感受振动后产生的电荷信号经控制仪中的电荷放大后,送至512数字电压表,可以测量和标定振动g值。用“读灵敏显微镜法”标定系统的振动g值[2-3]。

　　2·2·2　定振扫频

　　控制仪中的扫频电压发生器产生的斜坡电压输送至压控振荡器,可以改变正弦振荡频率,从而可实现自动扫频。全程扫频的频率和扫频时间可以根据需要而设定。

　　2·2·3　压缩器

　　由关系式:

　　可知,在扫频过程(上扫或下扫)中,为了保持振动g值不变,必须同时减少或增加振幅。振动控制仪中利用压缩器的闭环控制,实现自动“定振”扫频率。

　　2·2·4　HP54601A数字存储示波器

　　它的指令集遵守SCPI规范,并附有RS-232接口模块与计算机相连,进行协议通信,从而实现全自动数据采集。

　　2·2·5　HP34401A数字万用表

　　可精确测量被测加速度计输出信号的大小,并自动采集加速度计的输出—输入特性[2]。

　　3　全自动数据采集的技术和程序流程

　　3·1　采集技术

　　HP54601A有4个通道,第1、2通道用于采集硅加速度计的非滤波输出和滤波输出,第4通道用于采集频率。每个通道都可以一次采样4000个点,形成一个波形。对波形的测量功能包括频率/周期、峰峰值、有效值等,因为振动控制仪完成一次扫频(上扫或下扫)至少需3min,按起始低频50Hz计算,也有9000个周期、也就是说每一个周期不到一个采样点,无法采集出幅频特性曲线。

　　为了解决这个问题,设计了“采样+采样”的测试方法:即由计算机控制,不停地对被测硅加速计的两个输出和扫频频率进行采样。在每一次幅频特性采集中,由示波器完成波形采样,测量出硅加速度计的信号输出幅度和扫频频率,作为幅频特性采集数据,从而得出硅加速度计的幅频特性曲线。