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流体脉动高频压力测试系统(信号脉动流体采集系统)

落叶飘零 2024-10-29 11:28:35 0

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01系统组成

1、压阻式高频动态压力传感器

2、信号放大器

流体脉动高频压力测试系统(信号脉动流体采集系统) 99链接平台
(图片来自网络侵删)

3、数据采集仪

4、采集软件及电脑

02压阻式高频动态压力传感器

压阻式高频动态压力传感器:基于当下最先进的微机电(MEMS)技术,在硅片表面刻蚀形成惠斯顿电桥,当受到外界压力时,输出线性对应的电信号从而实现测量。
MEMS技术有助于实现传感器整体的小型化,最小2mm的封装探头便于在各种空间有限的环境下安装;更小的尺寸同时有助于提高传感器的谐振频率,以满足kHz、100kHz甚至MHz频率变化下的数据感应,达到μS(微秒)级别快速响应。

相对于压电式动压传感器,压阻式动态压力传感器不仅能测量瞬态压力(高频信号),亦可测量静态下的稳定压力(低频信号),可实现试验全过程压力数据的连续性!

03信号放大器信号放大器:

主要作用是将传感器输出的原始mV(毫伏)信号放大为0~5V或0~10V标准信号以方便采集,同时内置一些滤波降噪器件以增强抗干扰能力。
“传感器探头+信号放大器”整体(即压力变送器)实物参考下图:

备注:大尺寸传感器可将信号放大器与传感器探头集成为一体,如下图:

04数据采集仪

高频动态信号的采集需要选用高速同步(并行)数据采集仪器,即多个通道同时快速采样。
明确试验工况后,选用采集仪主要关注以下几个参数:

1、数据接口形式:

常见的有USB、PCI、PXI等多种接口,不同的总线接口具有不同的传输速度、电气特性、结构尺寸、配置过程等。

2、采样速率:

系统的采样率取决于ADC芯片变换模拟信号为数字信号的速率,通常单位是SPS(采样点/秒)。
根据奈奎斯特采样理论,采样频率必须是信号中高有效频率的2倍以上,否则会产生混叠导致信号失真,俗称“假频”。
实际工程应用,可能需要仔细观察分析信号的细节,通常建议选用高采样率大于信号高频率分量的5~10倍。

3 分辨率及采样范围(量程)

分辨率越高,输入信号的细分程度就越高,能够识别的信号变化量就越小。
举个实例:一个正弦波信号,采用分辨率为8bit,A/D转换所获得的数字结果相当于把输入范围细分为256份,一些微小细节变化在A/D转换过程中就会丢失,这正是由于分辨率不够高,在还原数据中产生量化噪声造成的。
若采用分辨率为16bit,A/D转换的细分数值就可以从256增加到65536,由理想ADC数据转换器的信噪比SNR值的计算公式:SNR=(6.02N+1.76)dB(其中N为ADC转换器的bit位数)可知量化位数越多信噪比就越高。

采集仪采集范围又称为采集量程,例如采集电压信号,范围为-10V~10V,则系统中传感器输出信号在此范围之内即可适配。
如输入信号0~10V,分辨率16bit,则最小分辨电压值为10V/65536=153μV。

4 其他参数:

输入阻抗、输出阻抗、通道数、信号线数、隔离等技术问题也需要考虑,这些都与传感器和信号调理密切相关,必须结合考虑。

5 选型概述

在上述各指标选定以后,用户可根据“功能够用”的原则,选择符合要求的采集仪。
不要盲目购买价格贵、功能超强的设备。

一般来说当精度要求不是很高、采样频率较低时,选择串行(异步采样)低速数据采集即可;若用于长期监测、工作环境比较恶劣,可以采用“工控机+采集卡”的采集仪;实验室使用,需要考虑便携易于移动,采用USB接口较方便;当采集精度要求较高,采样频率很高,工作环境比较恶劣时优先选用PXI类型的数据采集产品;弹载箭载等高冲击应用,还必须考虑采集仪的坚固性,结构紧凑体积小则是必要的;而在高层建筑、高架桥梁等不易布线的情况,可选用无线传输形式的采集仪。

采集仪器参考下图:

05采集软件及电脑

软件基于主流测试测量平台Labview开发,无需复杂编程即可完成信号采集、存储、回放及分析等功能。

软件基础功能:采集预览、数据采集、数据回放、零位清零!

备注:可扩展诸如时频分析等数据处理功能!

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