基于FPGA的压电式加速度计自动化校准系统技术方案

本实用新型专利技术公开了基于FPGA的压电式加速度计自动化校准系统，包括气动冲击校准装置、压力调节控制器、自动调压控制器及计算机，所述压力调节控制器与气动冲击校准装置之间分别通过气路和电信号连接，为气动冲击校准装置提供压缩气体和压力控制及显示；所述自动调压控制器与压力调节控制器之间通过电信号相连，用于采集压力信号及发出触发信号、电机控制信号；所述压力调节控制器及自动调压控制器分别与计算机电信号相连。本实用新型专利技术的有益效果如下：该系统通过在现有冲击发生装置的基础上，研制基于可编程阵列逻辑FPGA的机电控制系统进行自动气压控制，并利用虚拟仪器平台采用高级图形语言LABVIEW进行软件设计，实现加速度计的自动化校准。计的自动化校准。计的自动化校准。

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的压电式加速度计自动化校准系统


[0001]本技术涉及加速度计校准装置
，具体涉及基于FPGA的压电式加速度计自动化校准系统。

技术介绍

[0002]机械冲击是日常生活及工程实践中较为常见的物理现象，对冲击的准确测量和控制，可有效评估桥梁或仪器使用寿命、检验结构设计正确性等，在实际工程应用中具有重要的意义。冲击测量的实质是加速度的测量，冲击速度、位移等量可根据加速度测量结果推导而出。加速度计种类繁多，根据测量原理不同，加速度计可分为压阻式、压电式、电容式、磁电式、光纤式等类型。其中，压电式加速度计采用压电元件作为敏感元，能够自主产生宽动态范围的电信号，具有谐振频率高、灵敏度高、体积小、重量轻等优点，在土木工程、航空航天、兵器测试等方面具有广泛应用。
[0003]为了保证实际工作中使用的加速度计能够准确测量机械冲击，在加速度计出厂前或使用前需要对其进行计量校准，应用最多的计量校准方法为激光干涉绝对法和冲击比较法。绝对法即激光干涉绝对校准方法，将装有被测传感器的表面作为激光多普勒系统的活动反射体，当该表面受到冲击作用时系统频率性地发生多普勒偏移，通过测量光频的多普勒变化可以确定运动体速度随时间的变化情况。在绝对法校准系统中，需要激光干涉测量系统对冲击表面测试，测量精度高（直接由时间、长度计量的基本量复现加速度值），但系统较为复杂，对仪器的要求高，一般用以对标准加速度计进行校准。比较法将被校准加速度计与标准加速度计同时安装在校准系统中感受相同冲击作用，通过直接比较两加速度计的输出量可得出被校准角速度计的性能。比较法具有原理简单、操作方便、对设备要求低等优点，应用更为广泛，且便于实现校准体系中不同等级之间的校准，主要用于工作加速度计的校准。
[0004]我国计量行业常用比较法校准装置有摆锤式和气动活塞式冲击校准装置，但传统装置大多存在自动化程度不足的缺点。如在气动活塞式冲击校准装置中，需要改变压缩气体气压和砧座缓冲垫的厚度，以发出不同冲击加速度和不同冲击脉冲宽度的半正弦波，但现有设备的气压调节需要手动进行，导致加速度计计量过程耗时较长，工作效率较低，并且对计量工作人员的经验要求较高。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的问题，本技术提供了结构设计合理、效率高、操作简便的一种基于FPGA的压电式加速度计自动化校准系统。
[0006]本技术的技术方案如下：
[0007]基于FPGA的压电式加速度计自动化校准系统，包括气动冲击校准装置、压力调节控制器、自动调压控制器及计算机，所述压力调节控制器与气动冲击校准装置之间分别通过气路和电信号连接，为气动冲击校准装置提供压缩气体和压力控制及显示；所述自动调
压控制器与压力调节控制器之间通过电信号相连，用于采集压力信号及发出触发信号、电机控制信号；所述压力调节控制器及自动调压控制器分别与计算机电信号相连。
[0008]进一步的，所述自动调压控制器包括FPGA数据处理电路、数据采集电路A/D、数模转换电路D/A1、数模转换电路D/A2及电机控制电路，所述数据采集电路A/D与FPGA数据处理电路相连，所述FPGA数据处理电路分别与数模转换电路D/A1及数模转换电路D/A2相连，所述数模转换电路D/A1与电机控制电路相连，用于控制电机旋转机构工作。
[0009]进一步的，所述压力调节控制器上设有气源开关、压力调节机构、压力显示面板及指示灯，所述压力调节机构包括电动旋转头、调节旋钮及安装支架，所述调节旋钮设置在压力调节控制器上，与其内部阀门相连，所述电动旋转头与调节旋钮传动连接，且电动旋转头通过安装支架固定在压力调节控制器外壳上。
[0010]进一步的，所述安装支架采用U型支架，所述U型支架一端通过螺母安装在压力调节控制器外壳连接柱上，另一端与电动旋转头相连。
[0011]进一步的，所述安装支架采用圆筒支架，所述圆筒支架的两端沿圆周方向设有一组螺纹孔，所述圆筒支架一端通过顶丝安装在压力调节控制器外壳连接柱上，另一端通过顶丝与电动旋转头相连。
[0012]本技术的有益效果如下：该系统通过在现有冲击发生装置的基础上，研制基于可编程阵列逻辑（FPGA）的机电控制系统进行自动气压控制，并利用虚拟仪器平台采用高级图形语言LABVIEW进行软件设计，实现加速度计的自动化校准。
附图说明
[0013]图1为本技术的整体安装结构示意图；
[0014]图2为本技术的U型支架安装图；
[0015]图3为本技术的圆筒支架安装图；
[0016]图4为本技术的自动调压控制器内部电路图；
[0017]图5为本技术的FPGA内部运算图；
[0018]图6为本技术的工作流程图；
[0019]图中：1、气动冲击校准装置；101、被测加速度计；102、约束夹具；103、附加质量块；104、砧座；105、活塞；106、枪管；107、提升阀；108、压力调节器；2、压力调节控制器；201、气源开关；202、压力调节机构；2021、电动旋转头；2022、调节旋钮；2023、U型支架；2024、螺母；2025、圆筒支架；203、压力显示面板；204、指示灯；3、自动调压控制器；4、计算机。
具体实施方式
[0020]以下结合说明书附图，对本技术作进一步描述。
[0021]如图所示，一种基于FPGA的压电式加速度计自动化校准系统，主要包括四部分：冲击校准台、压力调节控制器、自动调压控制器及计算机控制系统（PC），其中冲击校准台和压力调节控制器是为现有设备，具体为杭州亿恒科技有限公司生产的型号为SC
‑
7103气动冲击校准装置及型号为SC
‑
2压力调节控制器。
[0022]校准原理：被测加速度计101与标准加速度计背靠背安装在砧座104上，砧座104放置在枪管106顶部。当启动发射开关后，控制提升阀107释放压缩气体，活塞105从枪管106底
部向上冲击并撞击砧座104，砧座104从枪管106顶部抬起，运行很短的距离后被缓冲装置减速。提升阀107所释放压缩气体的压力通过压力调节机构控制并由压力表显示，当压力调整好后“准备开火”指示灯204处于常亮状态。冲击加速度的大小不仅取决于气体压力，还与附加质量块和衬垫厚度相关，在实验过程中可通过选择不同的砧座、附加质量块和衬垫厚度组合来实现不同的冲击脉冲宽度。
[0023]为了实现自动化检定目的，在现有压力调节控制器基础上，将用于压力调节的手动调节装置更换为电动旋转机构(压电螺钉)，并设计了基于FPGA的反馈控制系统，使用闭环机电控制系统使提升阀的出口压力达到所需设定值。
[0024]压力调节控制器2与气动冲击校准装置1之间分别通过气路和电信号连接，为气动冲击校准装置1提供压缩气体和压力控制及显示。
[0025]自动调压控制器3通过BNC接口与压力调节控制器2相连，用于采集压力信号、发出触发信号及发出电机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于FPGA的压电式加速度计自动化校准系统，其特征在于，包括气动冲击校准装置（1）、压力调节控制器（2）、自动调压控制器（3）及计算机（4），所述压力调节控制器（2）与气动冲击校准装置（1）之间分别通过气路和电信号连接，为气动冲击校准装置（1）提供压缩气体和压力控制及显示；所述自动调压控制器（3）与压力调节控制器（2）之间通过电信号相连，用于采集压力信号及发出触发信号、电机控制信号；所述压力调节控制器（2）及自动调压控制器（3）分别与计算机（4）电信号相连。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的压电式加速度计自动化校准系统，其特征在于，所述自动调压控制器（3）包括FPGA数据处理电路、数据采集电路A/D、数模转换电路D/A1、数模转换电路D/A2及电机控制电路，所述数据采集电路A/D与FPGA数据处理电路相连，所述FPGA数据处理电路分别与数模转换电路D/A1及数模转换电路D/A2相连，所述数模转换电路D/A1与电机控制电路相连，用于控制电机旋转机构工作，所述数模转换电路D/A2用于控制触发信号。3.根据权利要求1所述的基于FPGA的压电式加速度计自动化校...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨程，李俊，李长武，金涛，孔明，刘璐，
申请(专利权)人：苏州市计量测试院，
类型：新型
国别省市：