一种便携式压电检波器多参数测试系统及测试方法
【专利摘要】本发明涉及一种便携式压电检波器多参数测试系统及测试方法，包括待测压电检波器、密闭声压腔、压电检波器测试仪和上位机；其技术特点是：所述压电检波器测试仪由外壳及其内部的测量控制电路构成，所述内部的测量控制电路包括：微机处理器、音频信号产生电路、音响功放电路、信号激励模块、待测压电检波器探头接口电路、信号处理和通道选择电路、A/D转换器和电源供电模块；本发明通过对待测压电检波器的灵敏度、直流电阻、阻尼系数、自然频率、极性等多种技术指标参数的分析，能够全面反映待测压电检波器的性能优劣。
【专利说明】
一种便携式压电检波器多参数测试系统及测试方法
技术领域
[0001] 本发明属于压电检波器技术领域，特别涉及一种便携式压电检波器多参数测试系 统及测试方法。
【背景技术】
[0002] 随着石油勘探领域由陆地向浅海和沼泽地区勘探的发展，压电检波器的市场将逐 渐增长。因此，压电检波器测试仪的需求也越发强烈。
[0003] 压电检波器的技术指标表征了它在实际的石油勘探施工中所起到的作用，也就是 说，压电检波器的技术指标参数会对地震勘探结果产生直接影响。通过压电检波器测试系 统实现对待测压电检波器的技术指标参数的测量，并通过实际的测量值与设计的标称值之 间的对比分析，可以鉴别一个待测压电检波器的性能优劣，而现有的压电检波器测量系统 可以测得的压电检波器技术指标参数单一，一般只可以测量电阻和灵敏度两个参数，不能 够全面反映待测压电检波器的性能优劣。
[0004] 另外，由于现有的压电检波器测试系统内的密闭声压腔体积过大，无法适应石油 勘探的野外需要，导致其不能满足当前的市场需求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理且技术指标参数测量 全面的便携式压电检波器多参数测试系统及测试方法。
[0006] 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0007] -种便携式压电检波器多参数测试系统，包括待测压电检波器、密闭声压腔、压电 检波器测试仪和上位机;所述待测压电检波器安装在密闭声压腔顶部并与所述压电检波器 测试仪的待测压电检波器探头接口相连接;所述密闭声腔的一端内置扬声器，该扬声器与 所述压电检波器测试仪的音频信号输出口相连接;该压电检波器测试仪还与上位机相连 接，将采样数据传输至上位机进行运算分析;所述压电检波器测试仪由外壳及其内部的测 量控制电路构成，所述内部的测量控制电路包括:微机处理器、音频信号产生电路、音响功 放电路、信号激励模块、待测压电检波器探头接口电路、信号处理和通道选择电路、A/D转换 器和电源供电模块;所述微机处理器分别与音频信号产生电路相连接用于控制其产生音频 信号，与音响功放电路相连接用于控制其通断，与信号激励模块相连接并向其输出直流控 制信号，与A/D转换器相连接，与信号处理和通道选择电路相连接并向其输出通道选择控制 信号;所述音频信号产生电路的输出端与音响功放电路相连接，该响功放电路的输出端与 所述扬声器相连接，用于使扬声器产生外部声压激励信号进而测量待测压电检波器的灵敏 度;所述信号激励模块的输出端与待测压电检波器探头接口电路相连接，所述待测压电检 波器探头接口电路与信号处理和通道选择电路相连接，所述信号处理和通道选择电路的输 出端与所述A/D转换器相连接用于将所述压电检波器产生的响应信号进行放大滤波和阻抗 匹配后输出至A/D转换器;所述电源供电模块与所述微机处理器相连接并为测量控制电路 的各个模块供电。
[0008] 而且，所述信号激励模块由直流电压产生电路和脉冲电压产生电路组成，所述直 流电压产生电路和脉冲电压产生电路包括D/A转换器和电压跟随器，所述电压跟随器主要 由运算放大器组成;所述直流电压产生电路产生的直流激励信号用于测量所述待测压电检 波器的直流电阻，所述脉冲电压产生电路产生的脉冲激励信号用于测量所述待测压电检波 器的阻尼系数和自然频率。
[0009] 而且，所述信号处理和通道选择电路的信号处理电路包括两个不同放大系数的差 动放大器和一个运算放大器，所述两个不同放大系数的差动放大器和所述运算放大器连接 在一起组成两路输出的电压跟随电路，实现缓冲和隔离的目的。
[0010] 而且，所述信号处理和通道选择电路的通道选择电路由模拟开关和继电器构成， 用于对所述信号激励模块的输出的直流激励信号和脉冲激励信号以及音频信号产生电路 输出的外部声压激励信号进行分时通断控制。
[0011] 而且，所述微机处理器还分别与扩展液晶屏接口电路和RS232接口电路的一端相 连接，所述RS232接口电路的另一端与USB接口电路相连接，用于用于通过RS232串口转USB 接口的通行方式与上位机进行通信。
[0012] 而且，所述密闭声压腔是用于模拟均匀压力场环境的两端密闭的刚性圆桶，所述 刚性圆桶的一端安装电动式低频扬声器。
[0013] -种便携式压电检波器多参数测试系统的测试方法，包括以下步骤：
[0014] 步骤1、将压电检波器测试仪与上位机握手连接后对压电检波器测试仪进行校准；
[0015] 步骤2、测试待测压电检波器的极性；
[0016] 步骤3、将测试完压电检波器极性的待测压电检波器安装在声压密闭腔顶部的固 定位置，声压检波器测试仪自动测量待测压电检波器的灵敏度、直流电阻、阻尼系数和自然 频率后在上位机软件上显示该测试结果和测试波形，若测试结果不符合相关制造厂家合格 范围则上位机软件会显示相应的指示；
[0017] 步骤4、保存待测压电检波器的测试数据并输出测试报表。
[0018] 而且，所述步骤1的具体方法为:首先将压电检波器测试仪与上位机的通信接口相 连接，然后上位机软件向该压电检波器测试仪发送握手信号，压电检波器测试仪通过串口 接收到该握手信号后发送回复信号，若发送的回复信号与接收的握手信号相符，则压电检 波器测试仪与上位机握手成功;压电检波器测试仪与上位机握手成功后将已知参数的标准 压电检波器安装在密闭声压腔顶部的固定位置后将标准压电检波器与压电检波器测试仪 的测试探头接口相连接，然后在上位机输入该标准压电检波器的技术指标参数，开启仪器 自动校准功能，若校准成功则可以测试待测压电检波器。
[0019] 而且，所述步骤2的具体方法为:将待测压电检波器与压电检波器测试仪的测试探 头接口相连接，上位机发出测试待测压电检波器极性的指令，当听到扬声器的响声后按压 待测压电检波器的敏感部位一定时间，采样待测压电检波器输出的响应波形，并通过上位 机进行显示，分析第一个波峰的极性，如果第一个波峰是正脉冲则被测压电检波器为正极 性，如果为负脉冲则被测压电检波器为负极性。
[0020] 而且，所述步骤4的具体方法为:在上位机数据记录区域输入产品编号，单击记录 数据按钮将当前的测试数据保存在数据记录区域后在上位机报表信息输入框输入测试人 姓名、产品编号后单击报表输出按钮则可以将数据记录区域的历次测试数据已报表形式输 出。
[0021] 本发明的优点和积极效果是：
[0022] 1、本发明通过对待测压电检波器的灵敏度、直流电阻、阻尼系数、自然频率、极性 等多种技术指标参数的分析，能够全面反映待测压电检波器的性能优劣。
[0023] 2、本发明在测量待测检波器灵敏度时采用密闭腔比较法，首先在一个刚性的密闭 腔内建立一个较为均勾的声场环境，将待测压电检波器和标准压电检波器分时放入腔内相 同的位置，分别的测出压电检波器在固定声压下的开路电压，由于在相同的环境下标准压 电检波器的开路电压不会有太大的变化。压电检波器多参数测试系统可以记录该时段内标 准压电检波器的开路电压，为后续继续测量多组待测压电检波器提供对比参数，本发明的 测量待测检波器灵敏度的方法可以节省制作密闭声压腔的体积，大大提高了仪器的便携特 性。
【附图说明】
[0024]图1是本发明的总体结构框图；
[0025] 图2是本发明的压电检波器测试仪的内部测量控制电路框图；
[0026] 图3是本发明的直流电压和脉冲电压的产生电路；
[0027] 图4是本发明的密闭声压腔信号源原理框图；
[0028]图5是本发明的响应信号处理电路原理图；
[0029] 图6是本发明的一种密闭声压腔结构示意图；
[0030] 图7是本发明的上位机功能的组织关系图；
[0031 ]图8是本发明的上位机的测试程序处理流程图；
[0032]图9是本发明的上位机的生成报表程序处理流程图；
[0033]图10是本发明的实物安装图。
[0034] 附图标记说明：
[0035] 1-待测压电检波器;2-密闭声压腔;3-扬声器
【具体实施方式】
[0036] -种便携式压电检波器多参数测试系统，如图10所示，包括待测压电检波器、密闭 声压腔、压电检波器测试仪、上位机和打印机;所述待测压电检波器安装在密闭声压腔顶部 并与所述压电检波器测试仪的待测压电检波器探头接口相连接;所述密闭声腔的一端内置 扬声器，该扬声器与所述压电检波器测试仪的音频信号输出口相连接;该压电检波器测试 仪还与上位机相连接，将采样数据传输至上位机进行运算分析;该上位机系统是一款基于 Windows系统开发的上位机软件，该软件可以对下位机采样数据进行分析和运算，对测试结 果及相应测试波形进行显示保存和打印功能；所述上位机还与打印机相连，用于待测打印 压电检波器测试数据报表。
[0037] 所述密闭声压腔是用于模拟均匀压力场环境，其结构如图6所示，该密闭声压墙是 两端密闭的刚性圆桶，所述刚性圆桶的一端安装电动式低频扬声器。
[0038] 所述压电检波器测试仪由外壳及其内部的测量控制电路构成，所述内部的测量控 制电路如图2所示包括:微机处理器、音频信号产生电路、音响功放电路、信号激励模块、待 测压电检波器探头接口电路、信号处理和通道选择电路、A/D转换器、扩展液晶屏接口电路、 RS232接口电路、USB接口电路和电源供电模块;所述微机处理器分别与音频信号产生电路 相连接用于控制其产生音频信号，与音响功放电路相连接用于控制其通断，与信号激励模 块相连接并向其输出直流控制信号，与A/D转换器相连接，与信号处理和通道选择电路相连 接并向其输出通道选择控制信号；所述音频信号产生电路的输出端与音响功放电路相连 接，该响功放电路的输出端与所述扬声器相连接，用于使扬声器产生外部声压激励信号进 而测量待测压电检波器的灵敏度;所述信号激励模块的输出端与待测压电检波器探头接口 电路相连接，所述待测压电检波器探头接口电路与信号处理和通道选择电路相连接，所述 信号处理和通道选择电路的输出端与所述A/D转换器相连接用于将所述压电检波器产生的 相应信号进行放大滤波和阻抗匹配后输出至A/D转换器;所述微机处理器还分别与扩展液 晶屏接口电路和RS232接口电路的一端相连接，所述RS232接口电路的另一端与USB接口电 路相连接，用于通过RS232串口转USB接口的通行方式与上位机进行通信;所述电源供电模 块与所述微机处理器相连接并为测量控制电路的各个模块供电。
[0039] 下面分别对所述测量控制电路中音频产生电路、信号激励模块、信号处理和通道 选择电路中信号处理电路和通道选择电路的工作原理和作用进行说明：
[0040] (1)音频产生电路:本实施例的音频产生电路产生的音频信号是基于直接数值频 率合成技术(DDS)，采用型号为AD9833的DDS芯片来产生压电检波器测试仪所需的31.5HZ的 正弦波形。如图4所示，将此正弦波信号通过TDA7492功放板进行功率放大，推动密闭声压腔 内的扬声器形成外部声压激励信号，进而测量待测压电检波器的灵敏度。其作用是:使扬声 器产生外部声压激励信号，进而测量待测压电检波器的灵敏度。
[0041] (2)信号激励模块:本实施例的信号激励模块如图3所示，由直流电压产生电路和 脉冲电压产生电路组成，所述直流电压产生电路和脉冲电压产生电路包括D/A转换器和电 压跟随器，所述电压跟随器主要由运算放大器组成;所述D/A转换器采用型号为DAC8562的 D/A转换器芯片，所述运算放大器采用型号为0PA2111的精密运算放大器芯片。其作用是:通 过直流电压产生电路产生的直流激励信号用于测量所述待测压电检波器的直流电阻，通过 脉冲电压产生电路产生的脉冲激励信号用于测量所述待测压电检波器的阻尼系数和自然 频率。
[0042] (3)通道选择电路:本实施例的通道选择电路由模拟开关和继电器构成，由于对待 测压电检波器测试时的激励有三种，分别是测量电阻时的直流激励;测量阻尼和自然频率 的脉冲激励;测量灵敏度时的外部声压激励。各种激励信号都是独立作用于待测压电检波 器，因此需要所述通道选择电路对所述信号激励模块的输出的直流激励信号和脉冲激励信 号以及音频信号产生电路输出的外部声压激励信号进行分时通断控制。本实施例中的模拟 开关为高速模拟开关ADG1436。在所述高速模拟开关和继电器的配合下完成对各种激励信 号进行分时通断控制。所述外部声压激励用来测量待测压电检波器的灵敏度，所述直流电 压激励用来测量待测压电检波器变压器线圈电阻，所述脉冲电压激励用来测量待测压电检 波器的阻尼系数、自然频率。
[0043] (4)信号处理电路:本实施例的信号处理电路如图5所示，包括两个不同放大系数 的差动放大器和一个运算放大器，所述两个不同放大系数的差动放大器和所述运算放大器 连接在一起组成两路输出的电压跟随电路，实现缓冲和隔离的目的。当激励信号输出到压 电检波器之后，压电检波器产生相应的响应信号，在响应信号输入到A/D转换器通道之前需 要对该响应信号进行处理。该信号处理电路主要作用是对响应信号进行放大滤波和阻抗匹 配。其工作原理是：由于A/D转换器的前端电路在测量待测压电检波器的极性、电阻、阻尼系 数和自然频率以及灵敏度时所需的放大倍数是不同的，为了提高A/D转换器的采样精准度， 分别采用了两个不同的放大系数的差动放大器。本发明的信号处理采用INA128差动放大器 芯片，可以滤除共模干扰并进行差动放大。该差动放大器的输出采用一阶低通滤波器，可以 消除响应信号中存在的高频干扰。然后通过运算放大器组成两路输出的电压跟随电路，起 缓冲和隔离的作用。本发明的信号处理电路的运算放大器采用0PA2211运算放大器芯片。 [0044]所述差动放大器芯片INA128的增益为：
(9)：
[0046]其中，Rf=10K，Rf = NC(无连接），由此可知，两路放大信号的放大倍数为6倍和1倍。 [0047]所述电源模块为±12V/±5V/3.3V直流电源供电模块;所述微机处理器采用低功 耗单片机MSP430F5438a最小系统模块芯片;所述A/D转换器采用18位高精度电荷再分配逐 次逼近式高速模数转换器AD7634芯片;所述串口通信电路采用MAX3232芯片构成串口通信 电路;所述USB接口电路采用ZE533C型号的USB转串口数据链接线。
[0048] -种便携式压电检波器多参数测试系统的测试方法，包括以下步骤：
[0049] 步骤1、将压电检波器测试仪与上位机握手连接后对压电检波器测试仪进行校准。 所述步骤1的具体方法为:首先将压电检波器测试仪与上位机的通信接口相连接，然后上位 机软件向该压电检波器测试仪发送握手信号，压电检波器测试仪通过串口接收到该握手信 号后发送回复信号，若发送的回复信号与接收的握手信号相符，则压电检波器测试仪与上 位机握手成功;压电检波器测试仪与上位机握手成功后将已知参数的标准压电检波器安装 在密闭声压腔顶部的固定位置后将标准压电检波器与压电检波器测试仪的测试探头接口 相连接，然后在上位机输入该标准压电检波器的技术指标参数，开启仪器自动校准功能，若 校准成功则可以测试待测压电检波器。
[0050] 步骤2、测试待测压电检波器的极性。所述步骤2的具体方法为:将待测压电检波器 与压电检波器测试仪的测试探头接口相连接，上位机发出测试待测压电检波器极性的指 令，当听到扬声器的响声后按压待测压电检波器的敏感部位一定时间，采样待测压电检波 器输出的响应波形，并通过上位机进行显示，分析第一个波峰的极性，如果第一个波峰是正 脉冲则被测压电检波器为正极性，如果为负脉冲则被测压电检波器为负极性。
[0051] 步骤3、将测试完压电检波器极性的待测压电检波器安装在声压密闭腔顶部的固 定位置，声压检波器测试仪自动测量待测压电检波器的灵敏度、直流电阻、阻尼系数和自然 频率后在上位机软件上显示该测试结果和测试波形，若测试结果不符合相关制造厂家合格 范围则上位机软件会显示相应的指示；
[0052] 步骤4、保存待测压电检波器的测试数据并输出测试报表。所述步骤4的具体方法 为:在上位机数据记录区域输入产品编号，单击记录数据按钮将当前的测试数据保存在数 据记录区域后在上位机报表信息输入框输入测试人姓名、产品编号后单击报表输出按钮则 可以将数据记录区域的历次测试数据已报表形式输出。
[0053]下面分别对步骤3的利用声压检波器测试仪自动测量待测压电检波器的灵敏度、 直流电阻、阻尼系数和自然频率的方法进行具体说明：
[0054] (1)测试被测压电检波器灵敏度
[0055] 根据GB4130-84规定的频率在1Hz~3.15KHZ内的压电检波器灵敏度的校准方法， 根据校准准确度的不同，可以分为一级校准方法和二级校准方法。其中，一级校准的目的是 为了校准标准压电传感器，二级校准的目的是为了校准待测压电检波器。通常校准待测压 电检波器的主要方法包括振动液柱法和密闭声压腔比较法。由于密闭声压腔比较法具有装 置简单便于携带、校准方便、校准精度高和压电检波器测试频率适用性强等优点，本发明中 选用密闭声压腔比较法对待测压电检波器的灵敏度进行测试。
[0056]密闭腔比较法的测试原理，如图1所示，首先在一个刚性的密闭腔内建立一个较为 均匀的声场环境，将待测压电检波器和标准压电检波器分时放入腔内相同的位置，分别的 测出压电检波器在固定声压下的开路电压，由于在相同的环境下标准压电检波器的开路电 压不会有太大的变化。压电检波器多参数测试系统可以记录该时段内标准压电检波器的开 路电压，为后续继续测量多组待测压电检波器提供对比参数，本发明的测量待测检波器灵 敏度的方法可以节省制作密闭声压腔的体积，大大提高了仪器的便携特性。
[0057]待测压电检波器的声压灵敏度计算公式为：
(1)
[0059] 上式中Mx为待测压电检波器的声压灵敏度(iiVAiPa);Ms为标准压电检波器的声压 灵敏度(yV/iiPa) ;Ux为待测压电检波器输出端的开路电压(iiV) ;Us为标准压电检波器输出 端的开路电压(yv)。
[0060] 测量待测压电检波器灵敏度时，所述信号处理和通道选择电路选择相应灵敏度测 量通道，微机处理器控制所述音频信号产生电路产生音频信号(DDS正弦波信号），将该DDS 正弦波信号通过音响功放电路进行功率放大，推动密闭声压腔内的扬声器在密闭声压腔内 形成外部声压激励信号，扬声器发声，激励待测压电检波器输出响应，A/D转换器采样待测 压电检波器的输出响应，通过串口转USB模块传到上位机进行运算分析。
[0061] (2)测试被测压电检波器阻尼系数和自然频率
[0062] 所述信号处理和通道选择电路选择阻尼系数和自然频率测量通道，微机处理器控 制音响功放电路断开，扬声器停止发声;微机处理器控制信号激励模块产生脉冲激励信号 激励待测压电检波器输出响应，A/D转换器采样待测压电检波器的输出响应，通过串口转 USB模块传到上位机进行运算分析。
[0063]其具体测试过程是:微机处理器的通道选择电路将模拟开关切换到测量阻尼系数 和自然频率通道，D/A转换器产生的直流激励电压的大小约为1.4V左右，等检波器电压稳定 后，模拟开关断开激励电压，这样压电检波器的压电陶瓷片和变压器线圈所构成的二阶电 路发生RLC震荡，与此同时开启A/D采样器，采集响应波形，通过上位机计算会得到阻尼系 数、自然频率两项参数。
[0064]根据待测压电检波器的结构分析，可以得出压电检波器的力学结构为二阶力学系 统模型，因此采用的方法是直流激励法，即采样检波器在直流激励作用下的输出响应进行 相关运算。其运动方程和输出方程为： (2)
[0066]上式中，t多0是零输入响应时间;m是压电检波器压电陶瓷片的质量；e(_t)是单位 阶跃函数，t彡0时，e(-t) = l，t彡0时，e(-t)=0;c是压电检波器的阻尼系数;k是压电检波 器的组合刚度;是压电检波器的灵敏度;x是压电陶瓷的形变位移量;1〇是激励电流幅度； e(t)是直流激励时域响应函数;X是x的二阶偏导；i：是x的一阶偏导。
[0067]由上述式(2)可以推导出待测压电检波器的输出方程为：
⑶
[0069] 上式中，m是被测压电检波器压电陶瓷片的质量;cme是压电检波器灵敏度；1〇是加 在压电检波器两端的电流值;B t是压电检波器的相对阻尼系数；coq是压电检波器的固有角 频率;e为自然常数。
[0070] 在压电检波器直流激励响曲线中的Ai、A2分别代表第一个波峰和第二个波谷的幅 度，对公式(3)进行求导并且令Y (t)=0,可以得到下式：
(4)
[0072]其中，exp是以自然常数e为底的指数函数。
[0073]将式(4)进一步化简，可以得到水听器的相对阻尼系数为式：
(5)
[0075]对于自然频率Fn，T是直流激励响曲线的起始点和第一次过零点之间的时间，令e ("=〇,可得到-式2，) = 0 由于T是第一次经过零点的时间，可得出 IT = ;r油此可知自然频率Fn的计算公式为：
[0077]由以上分析推导我们得到了水听器的阻尼系数和自然频率的参数计算方法，通过 式(5)和(6)以及压电检波器直流激励响曲线，在采集水听器的直流激励响应之后，我们提 取出!\^、知三个数据信息，便可以方便地计算出水听器的阻尼和自然频率。
[0078] (3)测试被测压电检波器直流电阻
[0079]所述信号处理和通道选择电路选择直流电阻测量通道，调整信号激励模块内D/A 转换器的激励电压，微机处理器控制音响功放电路断开，扬声器停止发声;微机处理器控制 信号激励模块产生稳定的直流电压激励信号激励待测压电检波器输出响应，A/D转换器采 样待测压电检波器的输出响应，通过串口转USB模块传到上位机进行运算分析。
[0080]本实施例中采用恒压法测量电阻，先采集未接待测压电检波器的电压也就是开路 时恒压源的电压U;再切换模拟开关将待测压电检波器接入电路之中，采集压电检波器两端 的电压u，由于电路中的已知电阻为精密电阻，其阻值为r，因此可以非常容易得到压电检波 器的直流电阻R，其计算公式为：
C7)
[0082] 将式(7)化简得到：
(8)
[0084]本实施例中，上位机功能的组织关系如图7所示，上位机的功能主要以人机接口界 面的形式体现出来，人机界面是用户的操作界面，它可以完整的体现出测试仪的功能，以此 界面为框架来添加相应的算法程序来完成具体的测试功能。测试仪的主界面主要包括：串 口配置，测试值显示区域，测试阈值指示，校准设置，数据记录区域，报表生成设置。
[0085]本实施例中，上位机的处理程序流程如图8和图9所示，开启上位机软件后，首先需 要对相关设置进行初始化，主要包括串口的初始化，校准上位机等。程序主要包括两个部 分:第一部分主要对串口发送过来的相关测试数据进行处理后，对测试值和测试波形进行 显示以及对测试结果进行分析判断。第二部分是保存多组测试结果，按照用户的要求生成 相应的测试报告。初始化上位机后发送测试指令，串口监视器开始工作，当缓冲区字符达到 设定值时产生中断。读取串口发送过来的数据包后发送消息给相应消息处理函数进行数据 的处理和分析，然后在界面上显示出来。如果对数据有保存需要可以将数据保存在数据保 存区域，可以填写用户信息后生成测试报表。
[0086]需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包 括并不限于【具体实施方式】中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案 得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
【主权项】
1. 一种便携式压电检波器多参数测试系统，包括待测压电检波器、密闭声压腔、压电检 波器测试仪和上位机;其特征在于:所述待测压电检波器安装在密闭声压腔顶部并与所述 压电检波器测试仪的待测压电检波器探头接口相连接;所述密闭声腔的一端内置扬声器， 该扬声器与所述压电检波器测试仪的音频信号输出口相连接;该压电检波器测试仪还与上 位机相连接，将采样数据传输至上位机进行运算分析;所述压电检波器测试仪由外壳及其 内部的测量控制电路构成，所述内部的测量控制电路包括:微机处理器、音频信号产生电 路、音响功放电路、信号激励模块、待测压电检波器探头接口电路、信号处理和通道选择电 路、A/D转换器和电源供电模块;所述微机处理器分别与音频信号产生电路相连接用于控制 其产生音频信号，与音响功放电路相连接用于控制其通断，与信号激励模块相连接并向其 输出直流控制信号，与A/D转换器相连接，与信号处理和通道选择电路相连接并向其输出通 道选择控制信号;所述音频信号产生电路的输出端与音响功放电路相连接，该响功放电路 的输出端与所述扬声器相连接，用于使扬声器产生外部声压激励信号进而测量待测压电检 波器的灵敏度;所述信号激励模块的输出端与待测压电检波器探头接口电路相连接，所述 待测压电检波器探头接口电路与信号处理和通道选择电路相连接，所述信号处理和通道选 择电路的输出端与所述A/D转换器相连接用于将所述压电检波器产生的响应信号进行放大 滤波和阻抗匹配后输出至A/D转换器;所述电源供电模块与所述微机处理器相连接并为测 量控制电路的各个模块供电。2. 根据权利要求1所述的一种便携式压电检波器多参数测试系统，其特征在于:所述信 号激励模块由直流电压产生电路和脉冲电压产生电路组成，所述直流电压产生电路和脉冲 电压产生电路包括D/A转换器和电压跟随器，所述电压跟随器主要由运算放大器组成;所述 直流电压产生电路产生的直流激励信号用于测量所述待测压电检波器的直流电阻，所述脉 冲电压产生电路产生的脉冲激励信号用于测量所述待测压电检波器的阻尼系数和自然频 率。3. 根据权利要求1或2所述的一种便携式压电检波器多参数测试系统，其特征在于:所 述信号处理和通道选择电路的信号处理电路包括两个不同放大系数的差动放大器和一个 运算放大器，所述两个不同放大系数的差动放大器和所述运算放大器连接在一起组成两路 输出的电压跟随电路，实现缓冲和隔离的目的。4. 根据权利要求1或2所述的一种便携式压电检波器多参数测试系统，其特征在于:所 述信号处理和通道选择电路的通道选择电路由模拟开关和继电器构成，用于对所述信号激 励模块的输出的直流激励信号和脉冲激励信号以及音频信号产生电路输出的外部声压激 励信号进行分时通断控制。5. 根据权利要求1或2所述的一种便携式压电检波器多参数测试系统，其特征在于:所 述微机处理器还分别与扩展液晶屏接口电路和RS232接口电路的一端相连接，所述RS232接 口电路的另一端与USB接口电路相连接，用于用于通过RS232串口转USB接口的通行方式与 上位机进行通信。6. 根据权利要求1或2所述的一种便携式压电检波器多参数测试系统，其特征在于:所 述密闭声压腔是用于模拟均匀压力场环境的两端密闭的刚性圆桶，所述刚性圆桶的一端安 装电动式低频扬声器。7. -种如权利要求1-6任一项所述的一种便携式压电检波器多参数测试系统的测试方 法，其特征在于包括以下步骤： 步骤1、将压电检波器测试仪与上位机握手连接后对压电检波器测试仪进行校准； 步骤2、测试待测压电检波器的极性； 步骤3、将测试完压电检波器极性的待测压电检波器安装在声压密闭腔顶部的固定位 置，声压检波器测试仪自动测量待测压电检波器的灵敏度、直流电阻、阻尼系数和自然频率 后在上位机软件上显示该测试结果和测试波形，若测试结果不符合相关制造厂家合格范围 则上位机软件会显示相应的指示； 步骤4、保存待测压电检波器的测试数据并输出测试报表。8. 根据权利要求7所述的一种便携式压电检波器多参数测试系统的测试方法，其特征 在于:所述步骤1的具体方法为:首先将压电检波器测试仪与上位机的通信接口相连接，然 后上位机软件向该压电检波器测试仪发送握手信号，压电检波器测试仪通过串口接收到该 握手信号后发送回复信号，若发送的回复信号与接收的握手信号相符，则压电检波器测试 仪与上位机握手成功;压电检波器测试仪与上位机握手成功后将已知参数的标准压电检波 器安装在密闭声压腔顶部的固定位置后将标准压电检波器与压电检波器测试仪的测试探 头接口相连接，然后在上位机输入该标准压电检波器的技术指标参数，开启仪器自动校准 功能，若校准成功则可以测试待测压电检波器。9. 根据权利要求7或8所述的一种便携式压电检波器多参数测试系统的测试方法，其特 征在于:所述步骤2的具体方法为:将待测压电检波器与压电检波器测试仪的测试探头接口 相连接，上位机发出测试待测压电检波器极性的指令，当听到扬声器的响声后按压待测压 电检波器的敏感部位一定时间，采样待测压电检波器输出的响应波形，并通过上位机进行 显示，分析第一个波峰的极性，如果第一个波峰是正脉冲则被测压电检波器为正极性，如果 为负脉冲则被测压电检波器为负极性。10. 根据权利要求7或8所述的一种便携式压电检波器多参数测试系统的测试方法，其 特征在于:所述步骤4的具体方法为:在上位机数据记录区域输入产品编号，单击记录数据 按钮将当前的测试数据保存在数据记录区域后在上位机报表信息输入框输入测试人姓名、 产品编号后单击报表输出按钮则可以将数据记录区域的历次测试数据已报表形式输出。
【文档编号】G01V13/00GK105891907SQ201610223711
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月12日
【发明人】李建良, 李濛, 刘波雨, 曲喆, 李淑清
【申请人】天津科技大学