【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(jìn)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(jī)軟件和上位機(jī)軟件。為了對裝置性能進(jìn)行測試,本文采用實(shí)驗(yàn)室實(shí)際的音叉樣件進(jìn)行實(shí)驗(yàn),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(dá)到0.2%。這樣的實(shí)驗(yàn)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(xué)報www．chinatransducers．com第27卷4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證用制作好的信號采集裝置進(jìn)行對諧振音叉的頻率進(jìn)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(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)物圖如圖8所示。圖8實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖將實(shí)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(jìn)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(shí)驗(yàn)音叉樣件的一階諧振頻率為7．8kHz，用上位機(jī)MFC界面對經(jīng)FIＲ濾波后的信號進(jìn)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(jī)界面而后又對實(shí)驗(yàn)音叉樣件的二階諧振頻率進(jìn)行測量，測得上位機(jī)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(fù)測量，實(shí)驗(yàn)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(xì)記錄了信號發(fā)生器正弦激振信號頻率值和上位機(jī)界面顯示頻率值還有它們的相對誤差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明掃頻信號能被完整采樣，且精度較高，能夠達(dá)到預(yù)期效果。表1實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果信號發(fā)生器正弦激振信號頻率值/kHz上位機(jī)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證用制作好的信號采集裝置進(jìn)行對諧振音叉的頻率進(jìn)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(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)物圖如圖8所示。圖8實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖將實(shí)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(jìn)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(shí)驗(yàn)音叉樣件的一階諧振頻率為7．8kHz，用上位機(jī)MFC界面對經(jīng)FIＲ濾波后的信號進(jìn)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(jī)界面而后又對實(shí)驗(yàn)音叉樣件的二階諧振頻率進(jìn)行測量，測得上位機(jī)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(fù)測量，實(shí)驗(yàn)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(xì)記錄了信號發(fā)生器正弦激振信號頻率值和上位機(jī)界面顯示頻率值還有它們的相對誤差，，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明掃頻信號能被完整采樣，且精度較高，能夠達(dá)到預(yù)期效果。表1實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果信號發(fā)生器正弦激振信號頻率值/kHz上位機(jī)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(shí)現(xiàn)有效控制與檢測計算，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速
【作者單位】： 北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院;北京航空航天大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國家國際科技合作專項(xiàng)資助(2014DFA31230)
【分類號】：TN911.7

【參考文獻(xiàn)】

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【共引文獻(xiàn)】

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【二級參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2527143