[发明专利]一种电荷放大单元校准装置及校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电荷放大单元校准装置及校准方法，尤其涉及一种将电荷源和测量系统整合为一体的电荷放大单元校准装置及校准方法。

背景技术

目前国内外测振系统中所用传感器多为电荷量式的传感器，其敏感元件多为石英晶片或者压电陶瓷片，振动时传感器产生一定量的电荷，通过对产生的电荷进行测量来获取振动时的相关参数。电荷量的测量一般使用电荷放大器完成，电荷放大器将传感器产生的电荷量转变为电压量，通过测量电压量可获得相应电荷量的信息。电荷放大器即电荷放大单元，其核心是将电荷信号转换、放大成易处理的电压信号或电流信号。因此，电荷放大单元的可靠性和精度将直接影响振动参数测试的可靠性和精确度。在电荷放大单元研制过程中，其调试和性能测试多是将传感器置于振动台台体上，对振动台台体施加一定量值的振动，产生相应的电荷量作为电荷放大单元的输入，再对电荷放大单元进行调试和性能测试。对于频率较高或是振动加加速度较大的则多采用冲击的方式来实现。中国国内对电荷放大单元进行检定时，通过标准电容将电压转换成电荷作为电荷源，电荷源和测量系统分立。

上述电荷放大单元的校准设备中，利用振动台和标准传感器实现通用频段和常用振动幅度的电荷放大单元的调较没有问题，但在较低频率（低于10Hz）和较高频段（200kHz）或较大幅值的情况下，该校准方法将受到影响。一般振动台的频率为5Hz～10kHz，比较大型的振动台扫频频率只有5kHz。振动幅度受台体本身的推力和载荷的影响，一般是推力较大时，振动幅度较大，振动频率相对较小。因此振动频率主要是受振动台体的限制，振动幅值除了受台体的限制外还受制于所采用的标准传感器的电荷灵敏度的影响，标准传感器输出的电荷量要达到最大电荷量10⁵PC，最高频率200khz，实现起来比较难。利用冲击的方式对电荷放大单元进行校准，但没法实现对电荷放大单元的低频和高频响应性能进行适时调试测量，且测试的效率较低。目前市场生产的电荷源一般作为静态电荷校准用，电荷源和测量系统分立，而且对高频和低频测量并未有明确的测量方式。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种将电荷源和测量系统整合为一体的电荷放大单元校准装置及校准方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种电荷放大单元校准装置，包括用于将电压信号转换为电荷信号的电荷发生装置，所述电荷发生装置包括用于产生电压信号的电压信号源，所述校准装置还包括转换开关、标准电荷放大单元、数据采集卡、控制卡和计算机，所述电荷发生装置的输出端与所述转换开关的输入端连接，所述转换开关的输出端与所述标准电荷放大单元的输入端或被测电荷放大单元的输入端连接，所述数据采集卡的信号输入端分别与所述标准电荷放大单元的输出端和所述被测电荷放大单元的输出端连接，所述数据采集卡的输出端与所述计算机的信号输入端连接，所述计算机的控制卡控制输出端与所述控制卡的控制输入端连接，所述控制卡的电荷控制输出端与所述电荷发生装置的控制输入端连接，所述控制卡的开关控制输出端与所述转换开关的控制输入端连接，所述计算机的电压控制输出端与所述电压信号源的控制输入端连接。

上述结构中，电荷发生装置产生的电荷经转换开关为标准电荷放大单元或被测电荷放大单元提供电荷，而转换开关由控制卡控制，控制卡由计算机控制，所以最终由计算机控制是标准电荷放大单元还是被测电荷放大单元获取电荷，对应地，由计算机控制当前操作是处于标准校准过程还是测量被测电荷过程；而计算机控制的参考因素又来自于数据采集卡采集到的标准电荷数据，在其满足条件的情况下实现被测电荷放大单元的测量，所以整个装置形成自循环式的自动化操作系统，最终确保测量的准确性。

具体地，所述电荷发生装置还包括增益控制电路、负载驱动电路和积分转换电路，所述增益控制电路用于通过控制增益实现电压输出控制，所述负载驱动电路用于提高电压信号源驱动容性负载的能力，所述积分转换电路用于将电压信号通过积分转换的方式变成电荷信号；所述电压信号源的输出端依次与所述增益控制电路、所述负载驱动电路和所述积分转换电路连接，所述积分转换电路的输出端与所述转换开关的输入端连接；所述控制卡的电荷控制输出端与所述增益控制电路的控制输入端连接。

上述结构中，增益控制电路的增益控制由控制卡实现，而控制卡由计算机控制，计算机的控制参考因素来自于数据采集卡的输出数据，所以形成根据标准电荷放大单元的实际输出数据来确定增益控制电路的增益量的优化模式。负载驱动电路和积分转换电路则用于根据需要而输出适用的电荷。