[发明专利]多通道频率响应分析系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于测控技术领域，涉及一种多通道频率响应分析系统及其方法。

背景技术

工程试验中，频率响应特性的测量是重要的一项试验。进行系统频率响应特性的测量时，需要向被测系统输入施加正弦激励信号，同时采集记录被测系统的输出响应信号，在被测系统处于稳定状态时，比较输出响应信号与输入激励信号的幅值和相位，得到当前频率点的幅值增益和相位关系，改变激励信号的频率，就可以得到一个频率点的幅频特性和相频特性组成的频响特性。

目前，频率响应特性的测量中，通常使用以相关分析技术为基础的频率响应分析仪或是以快速傅立叶变化(FFT)技术为基础的动态信号分析仪，这些仪器属于配有GPIB接口的第二代智能测试仪器，本身提供有完善的测量功能。由于受仪器本身配置的限制，只能完成少量通道的测量，如HP3562A动态信号分析仪、TD1250频率响应分析仪等，配置有两个测量通道，一次只能完成对单一输入和单一输出系统频率响应特性的测量；另外，由于仪器本身不具有数据处理功能，难以完成复杂的数据处理任务，如使用频率响应数据拟和传递函数，建立系统数学模型。

随着VXI、PXI、LXI、CPCI等仪器总线技术的发展，由于其具有数据传输率高、容量大、可靠性高的特点，因此，开发研制多通道频率响应特性测试分析系统的条件已成熟。

发明内容

本发明的目的：设计一种基于仪器控制总线、多通道、数据处理功能强、易扩展的频率响应分析系统及其分析方法。

本发明的技术方案是：一种多通道频率响应分析系统，包括激励信号产生模块1、数据采集模块2和系统控制器模块3、仪器控制总线4、激励信号接线单元5和测量信号接线单元6，其中，激励信号产生模块1为任意波形发生器仪器模块，数据采集模块2为多块、多通道并行数据采集仪器模块或者是多块、多通道数字化仪仪器模块；系统控制器模块3通过机箱背板或底板的仪器控制总线4与激励信号产生模块1及数据采集模块2通讯；激励信号产生模块1信号通过激励信号接线单元5输出，外部测量信号通过测量信号接线单元6接入到数据采集模块2。

所述系统控制器模块3与激励信号产生模块1和数据采集模块2插入安装在配有仪器控制总线4的机箱中，通过仪器控制总线4连接在一起完成控制信号的传输和数据交换。

所述激励信号产生模块1的输出信号，作为被测系统的输入激励信号，通过激励信号接线单元5接入被测系统；被测系统的响应输出信号通过测量信号接线单元6，接入到数据采集模块2。

所述仪器控制总线4是标准的PXI、VXI、GPIB、Serial或PC_DAQ仪器控制总线。

所述激励信号接线单元5和测量信号接线单元6根据信号类型的不同，可选用普通孔、同轴孔、多芯航空接插件等接触孔形式。

同时提供一种多通道频率响应分析方法，其特征在于，由系统控制器模块通过机箱背板或底板的仪器控制总线控制激励信号产生模块和数据采集模块的操作，由激励信号产生模块输出扫频正弦激励信号，由数据采集模块完成对外部测量信号的采集。包括以下步骤：

(1)激励信号产生模块按照系统控制器模块所设定的输出信号的种类、幅值、频率等参数，输出相应的激励信号；

(2)数据采集模块按照系统控制器模块所设定的采集通道、采样速率、采样方式、数据传输存储方式等参数，采集相应的输入信号。

(3)系统控制器模块从数据采集模块第一个采集通道开始，按照采集数据的存储方式，查找当前采集通道的数据信号波形的起始点和结束点，得到当前采集通道对应的输入信号完整的波形数据。

(4)对当前采集通道完整波形数据和激励信号波形数据进行相关分析运算，得到当前采集通道对应的输入信号在当前频率下的幅值增益和相位增益；或者是采用快速傅立叶变换的方法，计算当前采集通道对应的输入信号在当前频率下的幅值增益和相位增益。

(5)重复步骤(3)和步骤(4)，继续下一个采集通道的数据处理，得到其对应输入信号的幅值增益和相位增益，直到完成所有输入信号在所设置频率下的幅值增益和相位增益。

(6)改变激励信号的频率，重复步骤(1)～步骤(5)，并计算对应当前频率下，所有输入信号的幅值增益和相位增益，从而得到整个扫频范围内所有输入信号的幅频特性和相频特性，完成多通道频率响应分析。

本发明具有以下优点：

(1)由于配置专用高性能系统控制器模块和其它仪器模块，使系统具有强大的数据处理功能，测试精度高。

(2)采用高可靠性的基于仪器控制总线的标准机箱和仪器模块，结构紧凑、工作可靠，能适应在严酷电磁与机械环境使用。