一种信号调理器的截止频率档位快速检测装置的制作方法

本发明属于电子信号监测领域，特别是涉及到风洞测量系统中一种信号调理器的截止频率档位快速检测装置。

背景技术：

在风洞试验中，信号调理器是测量系统的核心设备之一，该设备性能的好坏必然影响风洞试验的结果和质量。由于在使用信号调理器的过程中人为失误或设备自身的异常原因，使其截止频率的工作档位出现异常，从而对待处理的前端信号以错误的方式进行滤波处理，导致后端测量系统采集到大量噪声和干扰数据，破坏风洞试验质量和可靠度。

技术实现要素：

本发明的目的是在上述现有技术的情况下，提供一种信号调理器的截止频率档位快速检测装置，根据被测信号调理设备当前所设置的滤波截止档位，使用本装置在设备前端加载和输入一定幅值和频率的交流电压信号，并自动对信号调理器后端输出的信号进行采集。将采集到的数据按照板载芯片内预设算法进行计算和分析，得出该信号调理设备的截止频率工作档位是否与实际设定档位一致，最后将结果通过对外通信接口输出至风洞测量系统上位机和本装置液晶屏中供风洞试验人员查看。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种信号调理器的截止频率档位快速检测装置，用于对信号调理器工作时的截止频率进行检测，包括信号注入模块、信号测量模块、信号切换模块和中央处理模块，所述信号注入模块用于向信号调理器提供信号源，

所述信号测量模块用于采集信号调理器的输出信号，

所述信号切换模块用于切换信号注入模块与信号调理器之间的不同的输入通道，

所述中央处理器与上述三中模块进行信号交换，并控制信号的测量、加载和激励。

在上述技术方案中，截止频率档位快速检测流程为：

步骤一：信号注入模块接入至信号调理器各个通道输入端，信号调理器输出端接入信号测量模块；

步骤二：通过中央处理器输入输入信号调理器各个通道当前截止频率档位；

步骤三：当装置进入自动快速检测时，由信号注入模块按照一定的电压、频率输出电压信号；

步骤四：信号测量模块在信号注入期间持续采集被测信号调理设备前后端输入和输出信号；

步骤五：停止信号的注入和采集，依照采集到的信号计算和判断当前被测信号调理设备当前通道的实际截止频率档位；

步骤六：将信号调理设备的实际截止频率档位检测结果输出。

在上述技术方案中，如果有多个信号调理设备通道需进行检测，多次重复步骤三至步骤五，完成每个通道的检测。

在上述技术方案中，信号调理器中通道的档位判定由α和β决定；α代表对滤波器第1组加载的信号之后，滤波器前后端信号的滤波系数或者是质量的反映；

β则是代表对滤波器第2组加载的信号之后，滤波器前后端信号的滤波系数或者是质量的反映；

α或者β的值越接近1则代表在当前滤波器设置的滤波档位下对加载的信号无法滤波或滤波效果较差；越接近于0则代表对当前加载的信号已经被滤波器过滤或滤波效果越好；

实际上上述方法是对信号做了均方，开根号即为均方根(rootmeansqure)，也就是求这个交流信号的有效值；

若在滤波器前端的有效值在经过滤波器滤波后有效值变低(后端有效值/前端有效值，即比值小于0.9)，则代表滤波器有做滤波的功能；如果经过滤波器滤波后有效值无变化(后端有效值/前端有效值，即比值大于0.9)，则代表滤波器并未对该信号滤波或者滤波档位过低。

在上述技术方案中，当信号调理设备为低通滤波方式：

如果α≥0.9且β＜0.9，则代表当前信号调理设备截止频率档位处于ai档位上，a为滤波器的档位，i是自然数，一般市面上滤波器都有固定的数个滤波频率档位，如1hz，10hz，100hz等等；

如果α≥0.9且β≥0.9，则代表当前信号调理设备截止频率档位比ai大，即处于aj(j＞i)档位上,假设滤波档位为1，10，100，200，300.当前滤波器档位为100，即为i；

则有j∈[3,4]即aj∈[200,300]；

则有k∈[1,2]即ak∈[1,10]；

如果α、β不处于上述数据区间时，则代表当前信号调理设备截止频率档位比ai小，即处于ak(k＜i)档位上。

在上述技术方案中，当信号调理设备为高通滤波方式：

如果α＜0.9且β≥0.9，则代表当前信号调理设备截止频率档位处于ai档位上；如果α≥0.9且β≥0.9，则代表当前信号调理设备截止频率档位比ai小，即处于aj(j＜i)档位上；

如果α、β不处于上述数据区间时，则代表当前信号调理设备截止频率档位比ai大，即处于ak(k＞i)档位上。

在上述技术方案中，所述α和β由以下过程获得：

步骤一：将当前信号调理器的滤波档位记为ai；下一档滤波档位记为ai+1，提供两个不同频率的交流信号输入；

步骤二：针对第一个交流信号，采集到的信号调理器前端信号记为xi，后端信号记为yi；

针对第二个交流信号，采集到的信号调理器前端信号记为xj，后端信号记为yj，每次采集到的信号的个数限定为n个，n≥200；

步骤三：将步骤二中的四组信号开方并求和，

然后将求和数据分别除以信号的个数n，得出每组信号的均值，

avg1＝s1/n、avg2＝s2/n、avg3＝s3/n、avg4＝s4/n；

α＝avg2/avg1；β＝avg4/avg3。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明装置可在风洞试验前对信号调理设备的截止频率进行检查和确认，避免截止频率档位由于人为原因或设备自身原因的变化导致风洞试验期间测量系统信号无法按照预期档位进行滤波，从而影响试验质量。此外，在该异常发生后，避免了人工复检、排查异常效率低的问题，保障了风洞测量系统数据的质量和试验能力。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明装置内部硬件组成框图；

图2是本发明的使用连接示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

如图1所示，发明装置主要由四个主要模块组成：信号注入模块、信号测量模块、信号切换模块、中央处理模块。

信号注入模块：信号注入模块提供一定指标的电压信号，是风洞测量系统信号调理器前端的信号源；同时信号注入模块可提供其他电信号，可根据需求自选(包括量程、精度要求)；可用函数发生器或标准信号源设备实现信号注入功能。

信号测量模块：信号测量模块可将信号调理设备的输出信号进行采集，并将结果传输至中央处理模块；可使用数字万用表或动态信号采集卡实现信号采集功能。

信号切换模块：由于风洞测量系统内信号调理设备通常具有10个信号输入通道，且每个通道可分别单独设置为不同的滤波截止频率。所以在信号注入过程中，针对不同通道设置的滤波截止频率需注入不同信号进行检测工作，故需配备信号切换模块，将不同的测试信号切换至不同的通道中。本模块需要满足10通道的信号切换功能；为保证测试精度和可靠度，在同一时间只切换一个标准信号注入至被测信号调理设备中；为保证测试精度和可靠度，在同一时间只切换一个信号调理器的输出信号至本装置信号测量模块中；

中央处理模块：该模块可对上述三种模块通过总线、串口、gipb或lan口进行控制，获取相应信号采集结果，并将采集数据进行计算，将分析判断结果通过lan口通知至上位机。上述功能可由嵌入式工控机或控制器实现。该模块获取面板设定的各个通道的滤波截止频率后，加载内置算法，得出信号注入模块所需输出具体电压幅值与频率；控制信号切换模块，将注入信号切换至指定信号调理设备通道和将通道反馈信号切换至信号测量模块；控制信号测量模块对信号进行测量和采集，并从信号测量模块获取测量结果；将获取到的测量结果按照内置算法进行计算和分析，并将结果推送至显示面板或通信接口。

检测装置的连接示意图如图2所示，整个检测流程为：

a)将本装置信号注入接头接入至信号调理器各个通道输入端，信号调理器输出端接入本装置采集测量端；

b)在本装置面板中输入信号调理器各个通道当前截止频率档位；

c)在确认连线和设置完毕后，启动本装置进行自动快速检测；

d)信号注入模块按照一定的电压、频率输出电压信号；

e)信号测量模块在信号注入期间持续采集被测信号调理设备前后端输入和输出信号；

f)停止信号的注入和采集；

g)依照采集到信号计算和判断当前被测信号调理设备当前通道的实际截止频率档位；

h)如有多个信号调理设备通道需进行检测，本装置则自动重复上述步骤d)～g)；

i)将信号调理设备各个通道实际截止频率档位检测结果输出至用户。

对信号调理设备的每一个通道的档位进行如下计算：

1)将当前信号调理器滤波档位集合记为a＝[a1,a2,a3,….am](ai+1滤波频率大于ai滤波频率)

2)将当前信号调理器的滤波档位记为ai；下一档滤波档位记为ai+1；

3)本装置加载的两个交流信号：

·信号1：电压5v，频率ai/2hz；

·信号2：电压5v，频率ai+(ai+1-ai)/2hz；

·注：信号幅度即电压根据采集设备的量程可进行调整；

4)本发明装置采集到的信号的个数限定为n个，n≥200；

5)将本发明装置采集到的信号调理器前端信号1记为xi，后端信号记为yi；采集到的信号调理器前端信号2记为xj，后端信号记为yj；

6)将4组信号开方并求和，即：

·

·

·

·

7)将4个求和数据s1,s2,s3,s4分别除以n，求得4组信号开方后的均值：

·avg1＝s1/n；

·avg2＝s2/n；

·avg3＝s3/n；

·avg4＝s4/n；

8)计算α＝avg2/avg1；β＝avg4/avg3，并在下列判断后得出结论：

·如果α≥0.9且β＜0.9，则代表当前信号调理设备截止频率档位处于ai档位上；

·如果α≥0.9且β≥0.9，则代表当前信号调理设备截止频率档位比ai大，即处于aj(j＞i)档位上；

·如果α、β不处于上述数据区间时，则代表当前信号调理设备截止频率档位比ai小，即处于ak(k＜i)档位上。

9)注：上述判断条件均假设信号调理设备为低通滤波方式。如果设备为高通滤波方式则：

·如果α＜0.9且β≥0.9，则代表当前信号调理设备截止频率档位处于ai档位上；

·如果α≥0.9且β≥0.9，则代表当前信号调理设备截止频率档位比ai小，即处于aj(j＜i)档位上；

·如果α、β不处于上述数据区间时，则代表当前信号调理设备截止频率档位比ai大，即处于ak(k＞i)档位上。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。