基于FPGA的谐振音叉高速信号采集装置的搭建

发布时间：2019-08-15 18:11

【摘要】：谐振音叉作为一种重要的谐振敏感元件,其输出信号直接体现了其频率特性,且直接决定了谐振式传感器的性能,所以对谐振音叉输出信号的研究具有重要意义。本文搭建了一套基于FPGA的高速信号采集装置来进行音叉信号的采集和处理。该装置由硬件部分和软件部分组成,其中硬件部分主要包括电荷放大、滤波、电平转换、模数转换、FPGA信号解算单元及串口调试单元等;软件部分则包括下位机软件和上位机软件。为了对装置性能进行测试,本文采用实验室实际的音叉样件进行实验,通过对其输出信号的拾取和信号处理,测得该装置测试精度可达到0.2%。这样的实验结果表明该装置可满足谐振音叉在1 kHz~30 kHz范围内频率特性的测量要求,且性能良好。
【图文】：

传感技术学报www．chinatransducers．com第27卷4实验验证用制作好的信号采集装置进行对谐振音叉的频率进行信号采集。将谐振音叉放置于单轴转台T－450上，以减小外界振动对音叉频率特性的影响。实验装置的实物图如图8所示。图8实验装置实物图将实际音叉样件接入测试电路，调节信号发生器输出频率进行扫频，扫频范围从1kHz到30kHz，振幅为180mV。用示波器观察A/D前端输入波形，测得实验音叉样件的一阶谐振频率为7．8kHz，用上位机MFC界面对经FIＲ滤波后的信号进行采集与显示，得到音叉测试样件的一阶谐振频率为7．80996kHz，其相对误差为0．128%。显示界面如图9所示。图9上位机界面而后又对实验音叉样件的二阶谐振频率进行测量，测得上位机界面显示频率与示波器所测A/D前端输入波形频率相对误差为0．13%。经过多次反复测量，实验装置最大相对误差不超过0．2%。具体测量结果如表1所示，表中详细记录了信号发生器正弦激振信号频率值和上位机界面显示频率值还有它们的相对误差，实验结果表明扫频信号能被完整采样，且精度较高，能够达到预期效果。表1实验测试结果信号发生器正弦激振信号频率值/kHz上位机界面显示频率值/kHz相对误差/%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结束语①以FPGA为核心器件搭建的谐振音叉高速信号采集装置，易

4实验验证用制作好的信号采集装置进行对谐振音叉的频率进行信号采集。将谐振音叉放置于单轴转台T－450上，以减小外界振动对音叉频率特性的影响。实验装置的实物图如图8所示。图8实验装置实物图将实际音叉样件接入测试电路，调节信号发生器输出频率进行扫频，扫频范围从1kHz到30kHz，振幅为180mV。用示波器观察A/D前端输入波形，测得实验音叉样件的一阶谐振频率为7．8kHz，用上位机MFC界面对经FIＲ滤波后的信号进行采集与显示，得到音叉测试样件的一阶谐振频率为7．80996kHz，其相对误差为0．128%。显示界面如图9所示。图9上位机界面而后又对实验音叉样件的二阶谐振频率进行测量，测得上位机界面显示频率与示波器所测A/D前端输入波形频率相对误差为0．13%。经过多次反复测量，实验装置最大相对误差不超过0．2%。具体测量结果如表1所示，表中详细记录了信号发生器正弦激振信号频率值和上位机界面显示频率值还有它们的相对误差，，实验结果表明扫频信号能被完整采样，且精度较高，能够达到预期效果。表1实验测试结果信号发生器正弦激振信号频率值/kHz上位机界面显示频率值/kHz相对误差/%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结束语①以FPGA为核心器件搭建的谐振音叉高速信号采集装置，易于实现有效控制与检测计算，提高了系统的响应速
【作者单位】： 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院;北京航空航天大学虚拟现实与系统国家重点实验室;
【基金】：国家国际科技合作专项资助(2014DFA31230)
【分类号】：TN911.7

【参考文献】

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【共引文献】

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本文编号：2527143