低频惯性传感器校准系统的协作测量装置及方法制造方法及图纸

技术编号:21179496 阅读:23 留言:0更新日期:2019-05-22 12:55
本发明专利技术公开了一种低频惯性传感器校准系统的协作测量装置及方法,包括加速度信号输入电路、位移信号输入电路、FPGA模块、处理器DSP模块、控制信号输出电路、ARM嵌入式模块和PC机;FPGA模块分别与加速度信号输入电路、位移信号输入电路、控制信号输出电路和处理器DSP模块电连接,ARM嵌入式模块分别与处理器DSP模块和PC机电连接。本发明专利技术具有测量精度高,误差小,校准频率范围宽的特点。

Cooperative Measuring Device and Method for Calibration System of Low Frequency Inertial Sensor

The invention discloses a cooperative measuring device and method of a low-frequency inertial sensor calibration system, including an acceleration signal input circuit, a displacement signal input circuit, a FPGA module, a processor DSP module, a control signal output circuit, an ARM embedded module and a PC; the FPGA module and an acceleration signal input circuit, a displacement signal input circuit, a control signal output circuit and a location, respectively. The processor's DSP module is electrically connected, and the ARM embedded module is electrically connected with the processor's DSP module and the PC electromechanical module, respectively. The invention has the characteristics of high measurement accuracy, small error and wide calibration frequency range.

【技术实现步骤摘要】
低频惯性传感器校准系统的协作测量装置及方法
本专利技术涉及传感器校准设备
,尤其是涉及一种测量精度高,误差小,校准频率范围宽的低频惯性传感器校准系统的协作测量装置及方法。
技术介绍
低频惯性传感器校准系统主要包括控制器,功率放大器,振动台,传感器,夹具等,其中控制器具有核心地位。在低频惯性传感器校准系统中,对振动信号的采集最常见的是采用位移传感器、速度传感器和加速度传感器。从理论上看,只要用其中一类传感器测出相应的运动量,根据振动位移、速度、加速度之间存在的微分或积分关系便可求得另外两种运动量。然而,在实际测量工作中,由于位移、速度或加速度传感器及其后续仪表、微分或积分电路特性等方面的差别,引起的误差是不同的。在低频惯性传感器校准试验中,当振动频率很小的时候,加速度传感器无法满足振动测量,反之,位移传感器可以很好地满足测量需求。当振动频率变高之后,位移传感器无法实现精准测量,而加速度传感器又变得有优势。单独使用一个传感器,导致校准系统工作频率范围窄,无法满足低频惯性传感器的校准日益增长的需求且容易引起误差。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是为了克服现有技术中的低频惯性传感器校准系统中只用一类传感器容易引入误差和工作频率范围窄的不足,提供了一种测量精度高,误差小,校准频率范围宽的低频惯性传感器校准系统的协作测量装置及方法。为了实现上述目的,本专利技术采用以下技术方案:一种低频惯性传感器校准系统的协作测量装置,包括加速度信号输入电路、位移信号输入电路、FPGA模块、处理器DSP模块、控制信号输出电路、ARM嵌入式模块和PC机;FPGA模块分别与加速度信号输入电路、位移信号输入电路、控制信号输出电路和处理器DSP模块电连接,ARM嵌入式模块分别与处理器DSP模块和PC机电连接。加速度信号输入电路和位移信号输入电路将各自的数据经由FPGA模块传输至处理器DSP模块,针对校准测试系统的不同校准测试频率,将两组振动数据转化后按不同的权重进行加权计算,经过后续的运算得到数字式的控制信号,经模拟信号输出电路输出模拟式的控制信号,完成不同校准测试频率下的加权控制。本专利技术具有测量精度高,误差小,校准频率范围宽的特点。作为优选,所述加速度信号输入电路包括依次电连接的加速度传感器、保护滤波电路、调理电路和ADC模块;ADC模块与FPGA模块电连接。作为优选,所述位移信号输入电路包括位移传感器和调理电路;调理电路与FPGA模块电连接。作为优选,控制信号输出电路包括DAC模块和调理电路;DAC模块与FPGA模块电连接。作为优选,位移传感器为光栅传感器。一种低频惯性传感器校准系统的协作测量装置的方法,包括如下步骤:当振动测试系统的测试频率f<5Hz时,FPGA模块通过位移传感器测量的位移信号,得到当前的振动数据;当5Hz≤测试频率f<10Hz时,FPGA模块采集位移传感器与加速度传感器的测量信号,经过加权计算,得到当前的振动数据;当测试频率f≥10Hz时,FPGA模块通过加速度传感器检测的加速度信号,得到当前的振动数据。作为优选,加权计算包括如下步骤:(7-1)设Oa(t)是加速度传感器采集到的正弦加速度信号,Oa(t)=Aa’sin(a’t+b),已知Oa(t)的理论频率为a,计算Oa(t)×sin(at)和Oa(t)×cos(at);(7-2)将Oa(t)×sin(at)和Oa(t)×cos(at)的计算结果经过低通滤波后,得到0.5Aa’cos(b)和0.5Aa’sin(b);(7-3)得到0.5Aa’cos(b)和0.5Aa’sin(b)的平方和后,计算出正弦加速度信号的幅值Aa’:(0.5Aa’cos(b))2+(0.5Aa’sin(b))2=0.25Aa’2;同理,利用上述步骤得到位移传感器采集到的正弦位移信号Ox(t)的幅值Ax’;(7-4)利用如下公式计算加速度幅值实际值Aaend:wa+wx=1;利用如下公式计算位移幅值实际值Axend:wa+wx=1其中wa为正弦加速度信号幅值所占权重,wx为正弦位移信号幅值所占权重;(7-5)FPGA模块将加速度幅值实际值Aaend或位移幅值实际值Axend作为当前振动数据。因此,本专利技术具有如下有益效果:测量精度高,误差小,校准频率范围宽。附图说明图1是本专利技术的一种原理框图。图中:加速度信号输入电路1、位移信号输入电路2、FPGA模块3、处理器DSP模块4、控制信号输出电路5、ARM嵌入式模块6、PC机7。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的描述。如图1所示的实施例是一种低频惯性传感器校准系统的协作测量装置,包括加速度信号输入电路1、位移信号输入电路2、FPGA模块3、处理器DSP模块4、控制信号输出电路5、ARM嵌入式模块6和PC机7;FPGA模块分别与加速度信号输入电路、位移信号输入电路、控制信号输出电路和处理器DSP模块电连接,ARM嵌入式模块分别与处理器DSP模块和PC机电连接。加速度信号输入电路包括依次电连接的加速度传感器、保护滤波电路、调理电路和ADC模块;ADC模块与FPGA模块电连接。位移信号输入电路包括位移传感器和调理电路;调理电路与FPGA模块电连接。控制信号输出电路包括DAC模块和调理电路;DAC模块与FPGA模块电连接。本实施例中的位移传感器为光栅传感器。一种低频惯性传感器校准系统的协作测量装置的方法,包括如下步骤:当5Hz≤测试频率f<10Hz时,FPGA模块采集位移传感器与加速度传感器的测量信号,经过加权计算,得到当前的振动数据;其中,加权计算包括如下步骤:步骤100,设Oa(t)是加速度传感器采集到的正弦加速度信号,Oa(t)=Aa’sin(a’t+b),已知Oa(t)的理论频率为a,计算Oa(t)×sin(at)和Oa(t)×cos(at);Oa(t)×sin(at)=Aa’sin(a’t+b)×sin(at)=-0.5Aa’[cos(a’t+at+b)-cos(a’t-at+b)]≈0.5Aa’[cos(b)-cos(2at+b)]Oa(t)×cos(at)=Aa’sin(a’t+b)×cos(at)=0.5Aa’[sin(a’t+at+b)+sin(a’t-at+b)]≈0.5Aa’[sin(2at+b)+sin(b)]步骤200,将Oa(t)×sin(at)和Oa(t)×cos(at)的计算结果经过低通滤波后,得到0.5Aa’cos(b)和0.5Aa’sin(b);步骤300,得到0.5Aa’cos(b)和0.5Aa’sin(b)的平方和后,计算出正弦加速度信号的幅值Aa’:(0.5Aa’cos(b))2+(0.5Aa’sin(b))2=0.25Aa’2;同理,位移传感器采集到的正弦位移信号为Ox(t),Ox(t)=Ax’sin(x’t+b),已知Ox(t)的理论频率为a,计算Ox(t)×sin(at)和Ox(t)×cos(at);Ox(t)×sin(at)=Ax’sin(x’t+b)×sin(at)=-0.5Ax’[cos(x’t+at+b)-cos(x’t-at+b)]≈0.5Ax’[cos(b)-cos(2at+b)]Ox(t)×cos(at)=Ax’sin(x’t+b)×cos(at)=0.5Ax’[s本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低频惯性传感器校准系统的协作测量装置,其特征是,包括加速度信号输入电路(1)、位移信号输入电路(2)、FPGA模块(3)、处理器DSP模块(4)、控制信号输出电路(5)、ARM嵌入式模块(6)和PC机(7);FPGA模块分别与加速度信号输入电路、位移信号输入电路、控制信号输出电路和处理器DSP模块电连接,ARM嵌入式模块分别与处理器DSP模块和PC机电连接。

【技术特征摘要】
1.一种低频惯性传感器校准系统的协作测量装置,其特征是,包括加速度信号输入电路(1)、位移信号输入电路(2)、FPGA模块(3)、处理器DSP模块(4)、控制信号输出电路(5)、ARM嵌入式模块(6)和PC机(7);FPGA模块分别与加速度信号输入电路、位移信号输入电路、控制信号输出电路和处理器DSP模块电连接,ARM嵌入式模块分别与处理器DSP模块和PC机电连接。2.根据权利要求1所述的低频惯性传感器校准系统的协作测量装置,其特征是,所述加速度信号输入电路包括依次电连接的加速度传感器、保护滤波电路、调理电路和ADC模块;ADC模块与FPGA模块电连接。3.根据权利要求1所述的低频惯性传感器校准系统的协作测量装置,其特征是,所述位移信号输入电路包括位移传感器和调理电路;调理电路与FPGA模块电连接。4.根据权利要求1所述的低频惯性传感器校准系统的协作测量装置,其特征是,控制信号输出电路包括DAC模块和调理电路;DAC模块与FPGA模块电连接。5.根据权利要求1或2或3或4所述的低频惯性传感器校准系统的协作测量装置,其特征是,位移传感器为光栅传感器。6.一种基于权利要求1所述的低频惯性传感器校准系统的协作测量装置的方法,其特征是,包括如下步骤:当振动测试系统的测试频率f<5Hz时,FPGA模块通过位移传感器测量的位移信号,得到当前的振动数据;当5Hz≤测试频率f<1...

【专利技术属性】
技术研发人员:贺惠农黄连生邱宏亮李雅发鲍菲琴
申请(专利权)人:浙江埃特斯力试验设备有限公司
类型:发明
国别省市:浙江,33

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