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基于GP-IB的测试数据采集处理系统设计与实现[图]

2018年01月18日 11:22 次阅读

通过对当前加速度计测试工序多、操作复杂、易引起误操作的现状分析,为能更好地标定石英挠性加速度计性能参数,设计了基于GPIB总线技术的加速度计测试系统,确定了系统的硬件组成。同时针对石英挠性加速度计反馈信号较弱、精度要求高的特点,设计采用了数字多用表技术,利用其内部抑制噪声和信号处理等技术,实现了加速度计输出微小信号的精确测量。同时,由于加速度计测试样本数据较少,采用两次插值对获得的数据进行处理,扩大了样本容量,解决了小样本难以建模的问题。与现用的测试系统相比较,该测试系统有着技术先进、数据处理与分析能力强等优点,测试结果表明,该测试系统精确稳定,能够满足加速度计标定测试的使用要求。

加速度计是惯性导航系统中的重要敏感元件,在高精度定位定向系统中,其性能的好坏起着关键作用,为此需对加速度计进行严格的测试。到目前为止,许多加速度计的检测仍然采用人工方法,由多人负责一套测试台,测试数据也由人工读取并记录,这种方法效率低、容易出错,在大批量加速度计的检测过程中,其弊端日益明显。随着自动测试技术、计算机技术日益普及,GPIB(IEEE488)接口和总线技术日趋成熟,GPIB技术逐渐显示出用于针对加速度计测试的适应性,这种传感器具有测试数据采集、数据流量适中、实时性要求较高、具有可扩展性与易用性的特点,测试人员可以方便地通过高级语言编程开发出实用的加速度计自动测试系统。因此,为有效提高测试效率和自动化水平,设计实现了基于GP-IB的测试数据采集处理系统,为加速度计的稳定性分析、精度分析和性能评估及预测提供了理论基础。

1 数据采集系统的组成及工作原理

数据采集是将加速度计的输出经过适当转换后,经信号调理、采样、量化等步骤送到主控计算机进行数据处理的过程。由于对加速度计的精度要求越来越高,相应地,对其数据采集系统的设计也提出了很高的要求,其诸多性能参数的测试也必须在稳定的环境中经过严密地检测过程来完成。

1.1 数据采集方案

对于石英挠性加速度计,它是典型的模拟反馈加速度计,通常以电流或电压的方式输出,其标定测试主要是测量反馈回路的电流信号,但反馈电流信号比较弱,精确采集比较困难。一般高精度的惯导系统对加速度计的精度要求要达到10-5g,这样就需要转换器的精度要达到10-6g。目前对于模拟反馈加矩方式的加速度计,若采用常规的A/D转换技术采集,A/D板的转换位数需达到24位(分辨率1/224)。但当转换速度很快时,在低端精度会有所损失,达不到24位的标准,这使其在转换过程中的速度、量程以及精度不能同时兼顾。

目前,对加速度计的测试通常采用基于PC104总线的测试系统,或者基于PXI总线技术的测试系统。前者的优点在于,能同时进行多通道测量,测量速度快,容易实现加速度计的动态误差系数标定;后者优点在于通用性强,模块化程度高,软件编程兼容性好。但是两者都存在一定的缺点:基于PC104总线的测试方案需要采用高精度的模数转换板,并且要增加相关的信号调理电路;而基于PXI总线技术的测试方案成本较高。目前,随着总线技术的日趋成熟,由于接口编程方便、开发使用灵活,CPIB通用接口总线成为了目前应用较为广泛的测试总线。基于上述原因,为有效提高测试效率和自动化水平,设计采用基于GPIB总线的加速度计自动化测试系统。

1.2 系统硬件组成

如图1所示,设计的加速度计测试系统主要由工控机、GPIB接口控制器、数字多用表、多通道切换系统和PCL720+数据采集卡等部分组成。

a.jpg

其中,GPIB总线是一个数字化24脚并行总线,采用8位并行、Byte串行、异步通信方式,所有Byte通过总线顺序传送。在应用中,各种具有GPIB总线接口的电子设备均可连接到GPIB总线,由计算机担任整个总线的信息分配和控制。多通道切换系统用于实现对多个通道信号的测量,GPIB接口控制器实现对数字多用表的控制,从而完成对加速度计输出参数的实时测试。工控机作为硬件平台,所有的测试板卡都安装在工控机插槽上,在计算机上安装每个板卡对应的驱动程序,利用工控机的功能,可以构建整个测试系统,完成信号采集、任务管理等功能。测试设备HP34401A是HP公司开发的一种6位半的高精度数字万用表,可以进行手动测试或自动测试。HP34401A是可程控的高精度数字万用表,可通过嵌入到VC中的SCPI指令进行通讯和测量。它带有通用的GPIB和RS232标准接口,可以在计算机的控制下进行各种高精度的测量。南于石英挠性加速度计输出的信号一般是电流信号,为利用数字多用表技术,在加速度计的输出端接入一精密采样电阻实现微小信号的精确测量。另外,由于数字万用表一般只有一路测试通道,而在加速度计测试时,经常需要同时对多路信号进行测量,为此设计了多通道切换系统,使一台数字万用表能够分时对几路信号进行测量,其构成如图2所示。

b.jpg

测试信号经过电压跟随器后进入多路复用器进行分时切换,使某一时刻只有一路信号能通过与数字万用表的接口传递给数字万用表。电路由与通过通信端口与计算机相连的单片机进行控制,它能根据计算机发出的信号控制多路复用器,实现通道选择和对切换时间的控制。

系统的测量精度主要决定于数字多用表的精度,测量速度取决于数字多用表扫描频率。这种方案的主要优点是利用了台式仪表的噪声抑制技术,测量精度高;缺点是测量速度慢,而且对多通道是串行测量,但该测试系统在加速度计性能参数采集处理中的应用表明:速度完全满足系统的要求。

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预测性维护:从数据采集开始

轴承是旋转机械中的关键零件,也是机械设备状态监测中的重要监测对象。基于高速数据采集卡的声发射信号采集...

发表于 2013-08-22 17:16 1090次阅读
预测性维护:从数据采集开始

RIGOL发布M300数据采集/开关系统

近日,北京普源精电科技有限公司(RIGOL)宣布推出数据采集/开关系统---M300系列。这款产品普...

发表于 2013-07-25 11:14 472次阅读
RIGOL发布M300数据采集/开关系统

基于单片机的高精度海量数据采集与存储系统

为满足在某些恶劣实验环境条件下数据的高精度采集。海量存储以便事后分析的需要,设计出了以MSP430F...

发表于 2013-06-08 14:51 748次阅读
基于单片机的高精度海量数据采集与存储系统

基于单片机与PC通信的数据采集控制系统设计研究

在工业控制过程中,需要对被控制对象的实时数据进行采集,并且根据采集数据的实际情况,对其进行实时的监控...

发表于 2013-06-08 14:16 1593次阅读
基于单片机与PC通信的数据采集控制系统设计研究

基于ARM的液压系统智能数据采集终端硬件设计

针对液压系统的特点,设计了基于ARM 的智能数据采集终端系统。该系统通过传感器对油压、流量和温度3 ...

发表于 2013-05-16 13:55 1057次阅读
基于ARM的液压系统智能数据采集终端硬件设计

基于NI PXI Express平台的石油管复合...

石油管复合挤毁试验机用于对油管和套管施加轴向载荷(拉伸或压缩)、侧向弯曲、外压及内压,模拟石油管柱在...

发表于 2013-03-26 13:55 341次阅读
基于NI PXI Express平台的石油管复合...

2013年数据采集技术主要趋势展望

《数据采集技术趋势展望》介绍了以下趋势,海量模拟数据™与数据采集,摩尔定律在数据记录系统中的作用,新...

发表于 2013-03-20 13:48 548次阅读
2013年数据采集技术主要趋势展望

在MCU系统中如何利用ADC技术进行数据采集

嵌入式系统设计人员和MCU厂商关心数据采集系统的三个基本功能:捕获、计算和通信。理解全部功能对设计大...

发表于 2013-03-07 15:24 3320次阅读
在MCU系统中如何利用ADC技术进行数据采集

低成本、16位、250KSPS、8通道隔离数据采...

所示电路是高性价比、高度集成的16位、250 kSPS、8通道数据采集系统,可对±10 V工业级信号...

发表于 2013-01-11 17:03 1632次阅读
低成本、16位、250KSPS、8通道隔离数据采...

ADI实验室电路:超低功耗数据采集系统

电路是超低功耗数据采集系统,使用了 AD7091R 12位、1 MSPS SAR ADC和 AD80...

发表于 2013-01-11 14:11 648次阅读
ADI实验室电路:超低功耗数据采集系统

89S52单片机检测控制温度的监测系统实现

笔者运用D1S18B20采集数字信号,通过蓝牙无线通信技术和USB接口技术。实现由89S52单片机检...

发表于 2013-01-09 10:07 1754次阅读
89S52单片机检测控制温度的监测系统实现

基于FPGA软硬件设计大容量数据采集系统

本文从硬件和软件角度出发,介绍了FPGA与CF卡的接口设计、给出了用双RAM访问CF卡的编程,并且利...

发表于 2013-01-07 09:24 583次阅读
基于FPGA软硬件设计大容量数据采集系统

用S3C2410解决网络式汽车防盗系统三大难题

汽车的普及为人们的生活带来了方便,同时也给人们提出了一大难题——汽车防盗。本设计是为了解决以往汽车防...

发表于 2013-01-07 08:54 620次阅读
用S3C2410解决网络式汽车防盗系统三大难题

航空电子自动测试系统?交给虚拟仪器完成!

PXI模块化仪器相对于GPIB、VXI、RS232等仪器而言,具有速度快、体积小、易扩展等优势,因此...

发表于 2013-01-06 16:38 1043次阅读
航空电子自动测试系统?交给虚拟仪器完成!

基于赛灵思FPGA的空间电场信号采集系统的设计和...

本文提出的基于FPGA的空间电场信号采集系统应用于探空火箭有效载荷——箭载电场仪探头后端信号采集与处...

发表于 2012-12-27 11:39 1597次阅读
基于赛灵思FPGA的空间电场信号采集系统的设计和...

云计算迸发 华为中标中国电信天翼云集采

华为近日宣布中标中国电信2012 年云计算相关产品集中采购项目,包括服务器虚拟化软件、云桌面系统部分...

发表于 2012-12-21 09:10 486次阅读
云计算迸发 华为中标中国电信天翼云集采

位移测试系统设计原理及应用方案

位移测试技术在工业生产中有着广泛的应用。位移检测是机械量检测的基础,将机械量转化成位移量来检测是机电...

发表于 2012-11-21 11:30 1438次阅读
位移测试系统设计原理及应用方案

高交电子新技术、新产品密集发布

第十四届高交会首次开闢专门场地为参展单位举办新技术、新产品信息发佈活动提供平台。从11月17日上午...

发表于 2012-11-20 10:10 296次阅读
高交电子新技术、新产品密集发布

数据采集中毛刺的处理方法

在采集一组并行接口信号时,发现接收到的数据非常不稳定。用示波器测量几个用于同步的控制信号,发现时不时...

发表于 2012-11-13 15:56 5310次阅读
数据采集中毛刺的处理方法

MAX11359A 16位智能数据采集系统(DA...

MAX11359A智能数据采集系统(DAS)基于16位、Σ-Δ模数转换器(ADC),系统支持的功能使...

发表于 2012-10-17 14:19 337次阅读
MAX11359A 16位智能数据采集系统(DA...

借助集中式数据采集,开发在线风电场状态监测系统

使用NI LabVIEW开发应用,进行数据采集、数据管理、为应用提供网络存取功能,并使用NI Com...

发表于 2012-09-26 14:20 329次阅读
借助集中式数据采集,开发在线风电场状态监测系统

夏普GP2D12红外线测距传感器数据采集

这个实验任务是:把GP2D12红外线测距传感器采集的数据,通过Arduino控制器的算式转换为实际距...

发表于 2012-09-24 17:03 590次阅读
夏普GP2D12红外线测距传感器数据采集

NI数据采集家族再添产品明星——独立NI Com...

2012年9月- 美国国家仪器公司(National Instruments, 简称 NI)近日发布...

发表于 2012-09-10 16:46 371次阅读
NI数据采集家族再添产品明星——独立NI Com...