【摘要】：諧振音叉作為一種重要的諧振敏感元件,其輸出信號直接體現(xiàn)了其頻率特性,且直接決定了諧振式傳感器的性能,所以對諧振音叉輸出信號的研究具有重要意義。本文搭建了一套基于FPGA的高速信號采集裝置來進行音叉信號的采集和處理。該裝置由硬件部分和軟件部分組成,其中硬件部分主要包括電荷放大、濾波、電平轉(zhuǎn)換、模數(shù)轉(zhuǎn)換、FPGA信號解算單元及串口調(diào)試單元等;軟件部分則包括下位機軟件和上位機軟件。為了對裝置性能進行測試,本文采用實驗室實際的音叉樣件進行實驗,通過對其輸出信號的拾取和信號處理,測得該裝置測試精度可達到0.2%。這樣的實驗結(jié)果表明該裝置可滿足諧振音叉在1 kHz~30 kHz范圍內(nèi)頻率特性的測量要求,且性能良好。
【圖文】：

傳感技術(shù)學報www．chinatransducers．com第27卷4實驗驗證用制作好的信號采集裝置進行對諧振音叉的頻率進行信號采集。將諧振音叉放置于單軸轉(zhuǎn)臺T－450上，以減小外界振動對音叉頻率特性的影響。實驗裝置的實物圖如圖8所示。圖8實驗裝置實物圖將實際音叉樣件接入測試電路，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出頻率進行掃頻，掃頻范圍從1kHz到30kHz，振幅為180mV。用示波器觀察A/D前端輸入波形，測得實驗音叉樣件的一階諧振頻率為7．8kHz，用上位機MFC界面對經(jīng)FIＲ濾波后的信號進行采集與顯示，得到音叉測試樣件的一階諧振頻率為7．80996kHz，其相對誤差為0．128%。顯示界面如圖9所示。圖9上位機界面而后又對實驗音叉樣件的二階諧振頻率進行測量，測得上位機界面顯示頻率與示波器所測A/D前端輸入波形頻率相對誤差為0．13%。經(jīng)過多次反復測量，實驗裝置最大相對誤差不超過0．2%。具體測量結(jié)果如表1所示，表中詳細記錄了信號發(fā)生器正弦激振信號頻率值和上位機界面顯示頻率值還有它們的相對誤差，實驗結(jié)果表明掃頻信號能被完整采樣，且精度較高，能夠達到預期效果。表1實驗測試結(jié)果信號發(fā)生器正弦激振信號頻率值/kHz上位機界面顯示頻率值/kHz相對誤差/%17．760007．747580．16027．780007．769320．13737．800007．809960．12847．820007．831090．14257．840007．849760．12467．860007．868240．10577．880007．890950．139815．6000015．584730．098915．6200015．603790．1041015．6400015．625820．0911115．6600015．647420．0801215．6800015．668470．0741315．7000015．708230．0521415．7200015．737120．1091515．7400015．761250．1355結(jié)束語①以FPGA為核心器件搭建的諧振音叉高速信號采集裝置，易

4實驗驗證用制作好的信號采集裝置進行對諧振音叉的頻率進行信號采集。將諧振音叉放置于單軸轉(zhuǎn)臺T－450上，以減小外界振動對音叉頻率特性的影響。實驗裝置的實物圖如圖8所示。圖8實驗裝置實物圖將實際音叉樣件接入測試電路，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出頻率進行掃頻，掃頻范圍從1kHz到30kHz，振幅為180mV。用示波器觀察A/D前端輸入波形，測得實驗音叉樣件的一階諧振頻率為7．8kHz，用上位機MFC界面對經(jīng)FIＲ濾波后的信號進行采集與顯示，得到音叉測試樣件的一階諧振頻率為7．80996kHz，其相對誤差為0．128%。顯示界面如圖9所示。圖9上位機界面而后又對實驗音叉樣件的二階諧振頻率進行測量，測得上位機界面顯示頻率與示波器所測A/D前端輸入波形頻率相對誤差為0．13%。經(jīng)過多次反復測量，實驗裝置最大相對誤差不超過0．2%。具體測量結(jié)果如表1所示，表中詳細記錄了信號發(fā)生器正弦激振信號頻率值和上位機界面顯示頻率值還有它們的相對誤差，，實驗結(jié)果表明掃頻信號能被完整采樣，且精度較高，能夠達到預期效果。表1實驗測試結(jié)果信號發(fā)生器正弦激振信號頻率值/kHz上位機界面顯示頻率值/kHz相對誤差/%17．760007．747580．16027．780007．769320．13737．800007．809960．12847．820007．831090．14257．840007．849760．12467．860007．868240．10577．880007．890950．139815．6000015．584730．098915．6200015．603790．1041015．6400015．625820．0911115．6600015．647420．0801215．6800015．668470．0741315．7000015．708230．0521415．7200015．737120．1091515．7400015．761250．1355結(jié)束語①以FPGA為核心器件搭建的諧振音叉高速信號采集裝置，易于實現(xiàn)有效控制與檢測計算，提高了系統(tǒng)的響應速
【作者單位】： 北京航空航天大學儀器科學與光電工程學院;北京航空航天大學虛擬現(xiàn)實與系統(tǒng)國家重點實驗室;
【基金】：國家國際科技合作專項資助(2014DFA31230)
【分類號】：TN911.7

【參考文獻】

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【二級參考文獻】

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本文編號：2527143