可控式滤波器在动态测试系统中的应用

可控式滤波器在动态测试系统中的应用

0模型设计在动态标定中的应用随着现代高精度测试仪的发展，静态力值测量的方法和方法日益完善。在动态力值方面，通常采用“静态参考”的方法，即仅基于测量装置的静态校正结果进行动态校正。因此，在静态校正中，精度较高的测量装置可能会出现100%的动态误差。所以对传感器进行静态标定的同时还应进行动态标定。在对动态力值测试装置进行动态标定时,首先要确定如何产生标定用的标准动态力。文中所针对的传感器是对某发动机的脉冲力进行测试,所以对该传感器的动态标定需施加一个近似于实际发动机试验所期望的额定动态力来进行。对于发动机来说,电磁阀开启时,不能立即达到所需的最大力值,需要一个力值递增的过程,到达最大值后,稳定于此力值。同理电磁阀关闭时,力值不能立即消失,也需要一个递减的过程,直至力值为零,稳定输出。也就是说发动机的脉冲力一般近似为一个等腰梯形,所以动态标定信号所要模拟的正是各种形状的梯形波。梯形由5个参数唯一确定,即上升时间t1、最大值持续时间t2、下降时间t3、最小值持续时间t4、信号幅值A.设计的梯形信号发生装置就是对这5个参数进行实时调节,从而输出各种形状的梯形波,此外通过设置t1、t2、t3、t4中的某些值为零还可以得到方波、三角波、锯齿波等常用波形。应用此信号发生装置再配以相应的激振器即可实现梯形脉冲力信号的模拟,对传感测试系统进行动态标定。1测力平台上的法兰作用测试系统主要用于对某发动机发出的脉冲力进行测试,发动机产生的脉冲力通过连接法兰作用到测力平台上,依据压电效应中的剪切效应,放置在平台两侧的传感器输出电荷,通过电荷放大器转换成电压量,经由采集系统输入计算机进行处理。该装置就是模拟发动机发出的脉冲力来对传感测试系统进行动态标定,以测试传感器的动态特性。2形容词力发生器的基本原理2.1磁场中的磁感应梯形电压信号转换为梯形力实际是电能转换为机械能,需借助于电-动变换器。激振器的基本原理是通电线圈(动圈)在磁场中将受到电磁力,即:F(t)=nI(t)LB式中:F(t)为磁场中动圈所受力;n为动圈的匝数;I(t)为动圈中的电流;L为动圈每匝长度;B为动圈所在磁场的磁感应强度。由于激振器的时间常数较小,激励电流响应速度快,激励电流波形与激励电压波形近似一致,所以给激振器一个与所需激振力相同的电压信号配合功率放大器即可实现所需激振力。2.2d/a转换电路目前广泛使用的信号发生器大都是由模拟电路组成,实现的波形有限,且不能实现参数的精确控制。以数字电路为核心,通过产生数字信号再转换成模拟信号的方法来获取所需波形,不仅能方便地通过程序实现精确控制,且具有集成度高、体积小、可靠性好、性价比高等优点。文中信号发生器由电源电路、51单片机、D/A转换器、按键、LCD、看门狗等硬件电路组成。电源电路由变压器、整流桥、滤波电容、稳压模块等组成,可输出5V、+15V、-15V电压,给各种器件供电。波形发生装置以AT89S51为核心部件,AD公司生产的含有内部基准电源的AD558为D/A转换元件,LCD1602实时显示输出波形的名称及其参数值。mAX813L具有看门狗、电压检测及上电复位功能,可使系统的工作更可靠、更准确。按键部分连接为中断扫描方式,通过4082扩展为4个中断源,4082为一个四输入与门,供电电压为5V时,小于1.5V的电压为低电平,大于3.5V的电压为高电平。当有键闭合时,给4082某个输入端一个低电平,4082输出低电平,向CPU产生中断请求,CPU响应中断并在中断服务子程序判别键盘上闭合键的键号,并作相应处理。该系统原理图如图1所示,按键中断电路如图2所示。使用者键入所需的梯形波参数t1、t2、t3、t4,每次按键都会引起中断,在中断服务子程序中判断键值,相应的参数值+1,选择四参数后,按确认键输出梯形波。根据1ms/0.5ms键的状态,确定51内部定时器1的初值,也即确定了使用者按键一次t1,t2,t3,t4增加的时间长度。定时器1引起中断,中断服务子程序根据键入的4个参数值与当前值的比较,确定单片机输出数字信号的“增”、“减”、“不变”。数字信号经由内含基准电压源的D/A转换装置AD558输出梯形电压信号。梯形的第5个参数幅值A可由运算放大器调节。发动机最恶劣工况时输出的脉冲力曲线近似于4参数分别为3、4、3、10的梯形波,所以还设置了输出这一常用梯形的快捷键。LCD显示部分是人机交互的平台,此装置的显示部分开机时显示“Hello”,用户键入参数值时显示出相关参数的值,方便用户使用。定时器0定时1s,其中断服务子程序进行喂狗操作。3脉冲波形失真梯形脉冲信号发生装置上电,开机,LCD显示“Hello”,调至1ms状态,梯形输出4参数分别设为3、4、3、10,此时LCD显示屏第一行显示“Trapezoidal”,第二行显示“3-4-3-10”。用幅值调节旋钮调其输出信号幅值,采集系统采集其输出信号。广义而言,信号波形的失真应该是实际波形与期望波形间的差异,它是衡量信号波形质量的基本尺度之一。GB9317-1988(中华人民共和国脉冲信号发生器技术条件)中指出:脉冲波形失真是指实际脉冲波形同参考脉冲波形在同一时刻所对应点间量值的代数差。通常指脉冲波形失真的峰—峰值。过冲是指主要过渡后的脉冲波形特征失真。通常把前(后)过渡后脉冲波形特征失真称为前(后)过冲。在额定工作条件下,对波形失真的要求,当前沿大于1ns时,其过冲小于5%;当前沿小于1ns时,其过冲小于10%。预冲是指主要过渡前的脉冲波形特征失真,应小于5%。图4中为其脉冲波形失真曲线。此信号发生器的过冲和预冲均小于5%。4发动机实际标定选用JZK-5型电动式激振器,该激振器额定激振力为50N,频率范围为10～5kHz,完全满足实验要求。功率放大器选用与激振器配套的YE5871型,标准力传感器选用CA-YD系列压电式加速度计。激振器固定在支座上,激振器运动端通过顶杆与标准力传感器和固定支座相连并对激振器施加一定的预紧力。信号源产生的激励信号通过功率放大器后作为激振器的激励信号,标准力传感器分别通过顶杆与激振器和测试传感器相连,标准力传感器和被测传感器的输出信号经过电荷放大器变成电压信号后由采集卡输入计算机。安装如图5所示。图6为实际标定得到的曲线。由实际输出波形可以看出,成功地模拟了梯形脉冲力信号,且测试系统可以实时检测此梯形脉冲力,频率响应特性良好,无迟滞现象。可以进行发动机试车的实时检测。图中微小波动由环境干扰所致,可以通过屏蔽测试系统得到改善。5测试系统动态标定的设计方法更符合测试对象的实际工况以单片机为核心部件,通