[发明专利]一种虚拟振动台检测信号处理方法及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及振动台检测设备领域，更具体的说是一种虚拟振动台检测信号处理方法及其设备。

技术背景

在以往的参数测量中，由于测量的参数多、测量现场的分布面广，因此需要多种分离式测量仪器如电荷放大器、电压表、频率计、失真度测量仪等，给测量带了极大的不便。后来采用了数字化的频率计、动态信号分析仪，但这些仪器主要依赖于进口，加工工艺复杂，对制造水平要求高，而且购买这些仪器所用的费用较高，仪器的通道少，使用受到了限制。目前应用最多的主要是B&K的PULSE振动测试系统，虽然其具有功能多，分析精度高等优点，但是其昂贵的价格，再加上英文操作界面限制了这类仪器在国内的推广与使用，而且对于某些测试项目仍然采用人工计算的方式，自动化程度不高。

所谓的虚拟仪器(Virtual Instrument，简称VI)，就是用户在通用计算机平台上，根据需求定义设计仪器的测试功能，使得使用者在操作一台他自己设计的测试仪器一样。虚拟仪器的出现，打破了传统仪器有厂家定义，用户无法改变的工作模式，使得用户可以根据自己的需求，设计自己的的仪器系统，在测试系统和仪器设计中尽可能用软件代替硬件，充分利用计算机技术来实现和扩展传统测试系统与仪器的功能。“软件就是仪器”是虚拟仪器概念最简单，最本质的概括。

计量定义为“实现单位统一、量值准确可靠的活动”，其具有准确性，统一性，溯源性，法制性特点。计量活动可看作是验证性质的测试过程，目的是确保仪器的测试数据具有必要的准确度和可靠性，以满足测试的需求。

对于传统仪器，其计量测试相对容易，计量人员可以根据国家、部门或地方颁布的计量技术法规开展具体的计量工作。而在基于虚拟仪器技术的国家计量基标准装置和计量测试系统中，尽管使用计算机、应用软件和仪器模块化能够大幅度提高装置和系统的集成化、自动化和智能化程度，但与此同时带来了以下问题。

传统计量标准装置各仪器的准确度或测量不确定度可以通过周期检定来确定，并通过分析各类误差源对被测量不确定度贡献的大小进行评估。对于使用虚拟仪器技术集成化程度很高的测量系统，数据采集的准确度是虚拟测试系统的基础，软件模块的准确度是虚拟测试系统的灵魂。对于硬件模块在由传感器传送到计算机的A/D转化环节和信号调理环节对系统的准确度影响较大；而在虚拟仪器软件编程中使用的数据算法带来的不确定分量以及出现的任何一个小的纰漏都可能对校准结果产生影响，因此很难评估和测量各误差源对被测量值影响的大小，所以无法再按照传统的方法进行不确定度的评估。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，设计一种信号处理方法使得虚拟仪器能够应用于计量领域，并相应的在此基础上设计一种适用于计量的设备。

本发明通过以下技术方案实现其目的。

本发明首先设计了一种虚拟振动台检测信号处理方法，其特征在于包括以下步骤：

①通过传感器采振动台的加速度量，并转换成电信号；

②用信号调理设备对信号进行调理；

③调理后的信号通过数据采集卡采集送到计算机中；

④通过计算机对信号进行预处理；

⑤将预处理后的信号进行离散傅立叶变换和数字信号频域滤波；

⑥最后通过一次积分输出速度分量，两次积分输出位移分量。

其中步骤②的信号调理过程通过电荷放大器和抗混滤波模块对信号进行放大、隔离、滤波、激励和线性化。

从传感器得到的信号大多数要经过调理才能进入数据采集设备。信号调理的方法包括放大、隔离、滤波、激励、线性化等。由于不同的传感器有不同的特性，因此除了这些功能外还要根据具体的传感器特性和要求来选择特殊信号的调理功能。下面分别来介绍一下。

1)放大

对微弱信号都要进行放大以提高分辨率，并使调理后的信号的电压范围与模数转换器(ADC)的电压范围匹配。信号调理模块尽可能的靠近信号源或者传感器，使得信号在受到传输信号的环境噪声影响之前不被放大，从而获得良好的信噪比。虽然在数据采集设备中也可以对信号进行放大，但是其对噪声也会进行放大，这样不利于后面的测试，要慎用。

2)隔离