三维光电振动测量仪电路计量校准方法及其校准装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种三维光电振动测量仪系统计量校准方法及其关键电路校准装置。传统的标准振动台激励法对三维光电振动测量仪的计量校准方式，受振动台的限制，测量频率和幅度有限。本发明专利技术采用电信号激励代替实际物理量激励对光电振动测量仪进行计量校准，即在三维光电振动测量仪（外差激光干涉原理）对应的信号采集、处理电路的输入端直接接入FM信号激励代替物理量激励,实现对三维光电振动测量仪的量程、线性度、灵敏度、相移、延时、上升时间、失真度等参数校准。本发明专利技术使得三维光电振动测量仪系统的计量更准确、更高效、更便捷。

Circuit calibration method and calibration device for 3D photoelectric vibration measuring instrument

The invention relates to a measuring calibration method of a three-dimensional photoelectric vibration measuring instrument system and a key circuit calibration device thereof. The traditional standard shaking table excitation method is used to measure and calibrate the three-dimensional photoelectric vibration measuring instrument, which is limited by the vibration table, and the measuring frequency and amplitude are limited. The invention adopts electrical excitation instead of the actual physical quantity measurement and calibration of photoelectric vibration measuring instrument in 3D optical excitation, vibration measuring instrument (heterodyne interference principle) corresponding to the signal acquisition and processing circuit of the input signal is directly connected to the FM incentive to replace the physical motivation, to realize 3D photoelectric vibration measuring instrument, linear range sensitivity, phase shift, delay, rise time, distortion parameter calibration. The invention makes the measurement of the three-dimensional photoelectric vibration measuring system more accurate, more efficient and more convenient.

【技术实现步骤摘要】
三维光电振动测量仪电路计量校准方法及其校准装置
本专利技术涉及一种计量检测方法及标准装置，具体涉及三维光电振动测量仪电路计量校准方法及其校准装置。
技术介绍
在精密科学测量仪器仪表行业，过去我国与国外先进水平相比，在准确度和稳定性上存在一定的差距。随着我国科学仪器仪表行业科技水平的不断进步和产业化的不断发展，在有些领域其产品准确度和稳定性有了较大的提升。但由于受到之前国外产品市场占有率和影响力的影响，国产仪器面临着不小的压力：虽然有时准确度不比国外仪器逊色，但就是不能得到国内外用户的认可，究其原因最根本的问题之一在于国内产品缺少与国外产品在同样标准下的性能评价，即第三方对产品的公正、公平计量校准标定，这便是开展本项目研究的原始推力和目的之一。同时，企业在产品质量提升过程中，也会涉及到关键部件和整机性能的计量校准以及可靠性研究，通过上述研究可及时发现并优化产品关键部件等性能，为提升产品准确度和稳定性水平提供非常必要的支撑。跨尺度三维光电振动测量仪(以下简称“三维光电振动测量仪”)属于中高端精密测量仪器，国内市场的占有率基本属于国外进口产品。国内产品如想进一步扩大产品影响力以及提升其国内外市场占有率，必须进行第三方计量校准与标定，此途径可大大提高用户对国内产品的认可程度，帮助企业迅速拓展市场。在测振计量校准方面，三维光电振动测量仪通过激光光学头得到的调制信号，进入信号处理、采集系统后进行处理，实时输出测量结果到显示设备，该实时性对应于信号处理、采集系统的延时参数，该参数对于高速扫描测振和显示的三维光电振动测量仪来说尤为重要：如信号处理、采集系统的延时过大，势必影响测振的准确性，即造成显示测点与实际测点结果的偏差。该延时涉及到的主要技术难点是激光光学头输出的调制信号如何通过电路实时快速的进行解调，进而实时的进行振型显示等。目前国外高端三维光电振动测量仪，对延时参数的控制非常严格，其快速解调算法也是其核心商业秘密之一。对于三维光电振动测量仪，其三路信号的同步采集与处理，对其解调处理提出了更高的要求，因此对三路信号的延时更需要精确计量和校准。因此，为了提高国内产品的质量水平已经提升与国外知名品牌的竞争力，需要在产品研发过程中对三维光电振动测量仪信号处理、采集电路系统进行延时(相移)参数的计量校准。同时还需对衡量和表征三维光电振动测量仪整机计量特性的参数进行研究与确定，并开展对应参数的计量校准方法研究和校准装置的研制。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的是为了提供一种三维光电振动测量仪电路计量校准方法及其校准装置。一种三维光电振动测量仪电路计量校准方法，其特点在于采用电信号激励代替实际物理量激励对光电振动测量仪(外差激光干涉原理)进行计量校准，即在三维光电振动测量仪对应的信号采集、处理电路的输入端直接接入FM信号激励代替物理量激励,实现对三维光电振动测量仪的量程、线性度、灵敏度、相移、上升时间、失真度等参数校准。其特征在于该方法具体包括以下两个步骤：步骤1：用双通道信号源对三维光电振动测量仪电路的相移进行计量校准；步骤2：用标准的方波信号对三维光电振动测量仪电路的上升时间计量校准；其中，所述步骤1具体为：使用正弦调制的FM信号作为校准激励，载波频率为被校外差式激光测振仪内布拉格盒(Braggcell)产生的已知偏移频率fB，调制信号频率为在实际振动频率测量区间[fL,fH]内选取的任一振动频率点fi，根据校准的速度量值选择调制频率偏移Δfi，通过调制可得到一个包含振动信息的FM信号，将该FM信号接入被校激光测振仪的信号采集、处理模块，经其解调处理输出正弦响应信号S1，该信号接入信号采集模块通道1；在信号源输出FM信号的同时，信号源另一路输出对应振动频率点fi的正弦波电信号至信号采集模块通道2，通过比较通道1和通道2的电信号相位，可以得到电路校准装置对应的相移。其中，所述步骤2具体为：使用方波调制的FM信号作为校准激励，其载波频率为被校激光测振仪内布拉格盒对应的信号频率，调制频率范围为振动频率测量区间[fL,fH]。在振动频率测量区间[fL,fH]内选取振动频率点fi设置为调制信号频率(即调制信号源频率，应足够低，以使得阶跃过渡过程可以在下一个阶跃跳变前结束)，调制信号幅度选取调频信号源调制输入范围内的适当值。设置调频信号源的载波频率为fc，根据选择的速度量的对应值设定调制频率偏移Δfi。用该调频信号激励被校激光测振仪的电路，其模拟速度输出应为方波。将被校电路输出的方波速度信号与调频信号同时接到数据采集模块进行同步采集，并进行计算获得其上升时间特性。一种三维光电振动测量仪电路计量校准装置，包括FM信号源、数据采集模块及分析软件等。所述FM信号源包括FM信号模块和标准正弦发生模块，其负责实现FM信号和正弦信号的产生，且两路相位差固定。所述信号采集模块主要负责对标准信号以及激光测振仪信号采集、处理电路输出的信号进行采集，通过后续的处理、分析得到被校激光测振仪各关键参数的测量结果。所述校准软件，包括量程、线性度、灵敏度、上升时间、相移、总谐波失真等关键参数的校准模块，其特点为基于LabVIEW软件进行开发，分别对用户登录模块和关键参数校准各个子模块进行编程，然后将各子模块集成到一个主程序中，最终完成了外差式激光测振仪关键参数校准软件的设计。进一步说，所述的校准方法利用相位固定的两路信号(包括FM信号和正弦信号)，FM信号输入给激光测振仪的电路，经电路解调后的信号输入到校准装置的信号采集模块通道1，正弦信号直接到校准装置的信号采集模块通道2，通过通道1和2测量信号的相位差，可得到激光测振仪电路的相移参数。进一步说，所述的校准装置中，FM信号源中一路为标准正弦发生模块，频率范围0.1Hz-300kHz的方波信号或正弦信号；另一路为标准正弦信号经过频率调制后产生的FM信号，载波频率为40MHz，最大频偏为31.6MHz。为满足两路信号同步需求，FPGA中将标准信号数据及调制后的数据通过I/O口同时输出给FlexRIO基带收发器适配器模块的两路DAC输出端，完成调制信号的输出。为了补偿第二个DDS的延时带来的相位差别，使用寄存器对标准信号输出通路进行延时，可以做到两路信号输出时同步精度小于一个时钟周期，即DAC更新周期。本专利技术的有益效果在于：解决了激光测振仪电路校准的方法和装置问题，特别是满足了50kHz-300kHz以上频段计量校准的需求，实现对对激光测振仪电路的准确、高效计量。为激光测振仪电路的计量校准提供了一种可借鉴的方式。附图说明图1为光电振动测量仪电路校准装置总体设计框图；图2为光电振动测量仪电路校准装置硬件连接示意图；图3为光电振动测量仪电路相移参数计量硬件连接示意图；图4为光电振动测量仪电路相移参数计量软件界面图；图5为光电振动测量仪电路上升时间参数计量硬件连接图；图6为光电振动测量仪电路上升时间参数计量软件界面图。具体实施方式下面通过实例，并结合附图对本专利技术进行进一步的详细的描述。实施例一相移特性是一个比较量，要实现激光测振仪的响应信号与初始正弦调制信号之间相移的测量，需要实现两路同频信号的同步采集，同时要排除信号幅值不一致等其它因素的影响。选用频谱分析法测量相移特性，采用整周期采样以减本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维光电振动测量仪电路计量校准方法，其特点在于：采用电信号激励代替实际物理量激励对三维光电振动测量仪进行计量校准，即在三维光电振动测量仪对应的信号采集、处理电路的输入端直接接入FM信号激励代替物理量激励,该方法具体包括以下两个步骤：步骤1：用双通道信号源对三维光电振动测量仪电路的相移进行计量校准；步骤2：用标准的方波信号对三维光电振动测量仪电路的上升时间计量校准；其中，所述步骤1具体为：使用正弦调制的FM信号作为校准激励，载波频率为三维光电振动测量仪内布拉格盒产生的已知偏移频率fB，调制信号频率为在实际振动频率测量区间[fL,fH]内选取的任一振动频率点fi，根据校准的速度量值选择调制频率偏移Δfi，通过调制得到一个包含振动信息的FM信号，将该FM信号接入被校激光测振仪的信号采集、处理模块，经其解调处理输出正弦响应信号S1，该信号接入第一信号采集模块通道；在信号源输出FM信号的同时，信号源另一路输出对应振动频率点fi的正弦波电信号至第二信号采集模块通道，通过比较两通道的电信号相位，得到三维光电振动测量仪电路的相移；其中，所述步骤2具体为：使用方波调制的FM信号作为校准激励，其载波频率为被校激光测振仪内布拉格盒对应的信号频率，调制频率范围为振动频率测量区间[fL,fH]；在振动频率测量区间[fL,fH]内选取振动频率点fi设置为调制信号频率，所述调制信号源频率应足够低，以使得阶跃过渡过程可以在下一个阶跃跳变前结束；调制信号幅度选取调频信号源调制输入范围内的适当值；设置调频信号源的载波频率为fc，根据选择的速度量的对应值设定调制频率偏移Δfi；用该调频信号激励被校激光测振仪的电路，其模拟速度输出为方波；将被校电路输出的方波速度信号与调频信号同时接到数据采集模块进行同步采集，并进行计算获得其上升时间特性。...

【技术特征摘要】
1.一种三维光电振动测量仪电路计量校准方法，其特点在于：采用电信号激励代替实际物理量激励对三维光电振动测量仪进行计量校准，即在三维光电振动测量仪对应的信号采集、处理电路的输入端直接接入FM信号激励代替物理量激励,该方法具体包括以下两个步骤：步骤1：用双通道信号源对三维光电振动测量仪电路的相移进行计量校准；步骤2：用标准的方波信号对三维光电振动测量仪电路的上升时间计量校准；其中，所述步骤1具体为：使用正弦调制的FM信号作为校准激励，载波频率为三维光电振动测量仪内布拉格盒产生的已知偏移频率fB，调制信号频率为在实际振动频率测量区间[fL,fH]内选取的任一振动频率点fi，根据校准的速度量值选择调制频率偏移Δfi，通过调制得到一个包含振动信息的FM信号，将该FM信号接入被校激光测振仪的信号采集、处理模块，经其解调处理输出正弦响应信号S1，该信号接入第一信号采集模块通道；在信号源输出FM信号的同时，信号源另一路输出对应振动频率点fi的正弦波电信号至第二信号采集模块通道，通过比较两通道的电信号相位，得到三维光电振动测量仪电路的相移；其中，所述步骤2具体为：使用方波调制的FM信号作为校准激励，其载波频率为被校激光测振仪内布拉格盒对应的信号频率，调制频率范围为振动频率测量区间[fL,fH]；在振动频率测量区间[fL,fH]内选取振动频率点fi设置为调制信号频率，所述调制信号源频率应足够低，以使得阶跃过渡过程可以在下一个阶跃跳变前结束；调制信号幅度选取调频信号源调制输入范围内的适当值；设置调频信号源的载波频率为fc，根据选择的速度量的对应值设定调制频率偏移Δfi；用该调频信号激励被校激光测振仪的电路，其模拟速度输出为方波；将被校电路输出的方波速度信号与调频信...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚磊，韩慧，高申平，俞醒言，陈俭，
申请(专利权)人：浙江省计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：浙江,33