专利名称：用于测试换能器的系统和方法
技术领域：
本申请涉及用于测试测量设备的系统和方法，所述测量设备例如为用于测量加速 度和/或速度的换能器(transducer)。
背景技术：
加速度计是用于测量加速度的换能器设备，并且常在飞行器上使用。速度换能器 测量速度，并且与加速度计类似，但是加速度信号被积分以表示速度。典型地，使用实验室 环境中的机电摇动器、摇动器控制器、加速度计电源和昂贵的频谱分析仪对加速度计输出 进行测量和特征化，来测试这些类型的换能器设备。该方法由于设备的体积和费用而不适 合于现场测试。
图1示出了加速度计或速度换能器测试系统的示例实施例的视图。图2是图1所示的信号调节器单元的实施例的框图。图3A和图3B是图1和图2所示的信号调节器单元的实施例的示意图。
具体实施例方式参照附图中的图1，图示了包括信号调节器单元102和手动摇动器104的换能器测 试系统100的优选实施例。测试系统100对于测试诸如加速度计和速度换能器之类的换能 器特别有用。例如，测试系统100对于测试诸如在飞行器上使用以便测量低频旋翼(rotor) 振动的那些加速度计的加速度计是有用的。然而，应当认识到，可以使用测试系统100来测 试其它类型的加速度计和速度换能器。以下的详细描述介绍了加速度计108的测试；然而， 应当认识到，可以使用参考速度换能器以相同的方式测试速度换能器。参考加速度计106和测试加速度计108被固定到手动摇动器104上。参考加速度 计106是被测试系统100评估的测试加速度计108的已知的良好版本。手动摇动器104还 包括手柄110，其尺寸和形状被制作为以便适合于抓在进行加速度计测试的诸如技术员之 类的个人手中。手柄110允许技术员同时以预定频率、以如箭头112所指示的上下运动摇 动两个加速度计106和108。信号调节器单元102经由信号电缆114和116分别连接到参考和测试加速度计 106和108。信号调节器单元102包括电源开关120和显示器122。在图示的实施例中，显 示器122包括通过发光二极管(LED) 124、失败LED 126、和超范围LED 128。在优选实施例 中，通过LED、失败LED和超范围LED每个都可以发出独特颜色的光，以便在用户从远处观察 时能够容易地彼此区分开，例如，通过LED 124可以发出绿光，失败LED 126可以发出红光， 超范围LED 128可以发出黄光。信号调节器单元102可以包括诸如电池的内部电源、以及 /或者用于连接到外部电源的电源电路。信号调节器单元102将电力提供给参考加速度计 106和测试加速度计108 二者。
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一旦用户已将加速度计106和108附加到摇动器104上，在信号调节器102与加 速度计106和108之间连接了电缆114和116，并且进行了用于将电力提供给信号调节器 102的任何必要连接，用户就可以使用电源开关120打开信号调节器102并且开始测试加速 度计108的测试。然后，用户通过手柄110抓住摇动器104，并且开始以如箭头102指示的 上下运动来摇动两个加速度计106和108。两个加速度计106和108的振动输出信号经过 相应的信号电缆114和116被提供给信号调节器102，在信号调节器102中，两个信号被缓 冲、滤波并且彼此相减。所得到的信号是两个加速度计106和108的误差信号。将该误差 信号与正负可调阈值二者相比较。如果超过了任一阈值，则失败LED 126被点亮。如果误 差信号处于正阈值和负阈值之间，则通过LED124被点亮。
用户可以以低幅度、中等幅度或高幅度来摇动。如果用户摇动加速度计过猛，则超 范围LED 128将点亮。可以使用手动摇动器104来测试低频和中频。输入频率限制是人体 的输入频率限制，因为这是手动摇动器。所关心的频率典型地处于1至7赫兹的范围内。输 出DC偏置电压也在两个加速度计106和108之间进行比较，因为这也是适当的加速度计操 作的重要指示(indicator)。所说明的信号调节器102的该实施例还包括多个任选的测试点，所述测试点包括 参考加速度计输出(“REF”)130、测试中的加速度计输出(“UUT”)132、正跳变(trip)阈 值(“PT”)134、负跳变(trip)阈值(“NT”)136、以及超范围跳变阈值(“OUT”)138。REF 测试点130允许用户使用示波器等监视参考加速度计106的输出。UUT测试点132允许用 户使用示波器等监视测试加速度计108的输出。PT测试点134允许使用电压计等监视正失 败跳变阈值。NT测试点136允许用户使用电压计等监视负失败跳变阈值。OUT测试点138 允许用户使用电压计等监视超范围阈值。注意，测试点130-138每个包括相应的信号输出 和信号地连接点。接下来转到图2，示出了信号调节器单元200的框图，信号调节器单元200构成图 1所示的信号调节器单元102的实施例。当例如在诸如图1所示的手动摇动器104之类的 摇动器上摇动参考加速度计106和测试加速度计108时，信号调节器单元200接收来自参 考加速度计106和测试加速度计108的信号。从参考加速度计106和测试加速度计108接 收的信号每个都在相应的缓冲器202和204中被缓冲，然后在相应的滤波器206和208中 被滤波。滤波器206和208可以包括用于滤除高频噪声的低通滤波器。来自参考加速度计 106的滤波后的参考信号REF和来自测试加速度计108的滤波后的测试信号UUT都被提供 给信号比较器210。缓冲器202和204使得REF信号和UUT信号到信号比较器210的定时 表示与参考和测试加速度计106和108被摇动基本相同的时间点，从而信号比较器210可 以进行对于参考加速度计106和测试加速度计108的输出信号的准确比较。信号比较器 210确定REF和UUT信号之间的差，并且将该差作为误差信号ERR输出到通过/失败鉴别器 212。鉴别器212将误差信号ERR与一个或多个阈值进行比较，以便确定误差信号ERR是否 超过这样的阈值。所述阈值可以根据进行测试的特定加速度计(测试加速度计108)中的 预定的允许容限而被预先编程或者由用户手动调节。然后，显示器214向用户提供关于测试加速度计108是通过测试还是未通过测试 的可视指示。替换实施例可以包括附加的或替换的指示，例如诸如代表通过或失败状态的 语音或音调之类的可听信号。如图1所示，显示器可以包括诸如LED之类的一个或多个灯，其提供通过或失败指示。替换实施例可以包括任何类型的显示器和/或用于连接和控制外 部显示器的设备。信号调节器单元200的替换实施例可以包括用于对信号调节器单元200 编程的装置，例如以便允许用户调节通过/失败鉴别器212使用的阈值或者从要由通过/ 失败鉴别器212使用的一个或多个预编程的阈值的列表中选择。图3A和图3B示出了信号调节器228的示意图，信号调节器228构成信号调节 器102的实施例。信号调节器228包括任选的测试点，所述测试点包括参考加速度计输出 (“REF”)230、测试中的加速度计输出(“UUT”)232、正跳变阈值(“PT”)234、负跳变阈值 (“NT”)236、以及超范围跳变阈值(“0UT”)238。参考加速度计106将信号提供给输入 240，而测试加速度计108将信号提供给输入242。在比较器部分244处将所述信号与可调 阈值进行比较。如果来自参考和测试加速度计106和108的信号之间的差处于容限内，则 通过部分246将“通过”信号提供给警告设备，例如通过LED 124。另一方面，如果来自参考 和测试加速度计106和108的信号之间的差不在容限内，则失败部分248将“失败”信号提 供给警告设备，例如失败LED 126。在图示实施例中，信号调节器228包括电源适配器250， 其允许信号调节器228接收来自外部电源的电力。信号调节器228的替换实施例可以包括 用于电池的设备，所述电池可以用来将电力提供给信号调节器228。还使用来自参考加速度计106的信号来确定信号电平是否例如由于用户以过大 的幅度摇动所述摇动器104以至于使加速度计106饱和而超范围。超范围测试部分252将 参考信号与范围阈值信号进行比较。在图示的实施例中，可以通过调节电位计254来调节 范围阈值信号。如果参考信号电平超过范围阈值信号，则例如通过点亮超范围LED 128来 警告用户。包括使用换能器测试系统100来评估测试加速度计108的工作状态的测试规程的 示例可以如下进行。首先检查测试加速度计108，包括检查任何连接器部件的损坏。然后， 例如使用异丙醇和软毛刷来清洁加速度计连接部件。该清洁过程可以包括重复将连接引脚 浸没在异丙醇中、用刷子刷被浸没的引脚、然后通过白布使酒精倒出的步骤，直到酒精看起 来干净为止。然后，对加速度计连接部件进行干燥或者允许其干燥。然后，将测试加速度计 108安装到摇动器104上，并且经由信号电缆116连接到信号调节器102。如果尚未安装参 考加速度计106，则将参考加速度计106也安装到摇动器104上，并且经由信号电缆114连 接到信号调节器102。根据特定实施例，信号调节器102连接到外部电源，或者，如果内部电 池尚未就位则安装内部电池。然后，用户抓住摇动器104的手柄110，优选地，其拇指位于摇 动器顶部、手柄110与加速度计106和108交叉的位置附近。在一些实施例中，摇动器104 可以包括指示手、手指和/或拇指的适当放置的标记。电源开关120被移动到“开”位置， 并且用户观察LED 124-128的加电序列(如果有的话)。例如，在一些实施例中，通过LED 124在加电序列期间将被间歇地点亮，然后被连续点亮。然后，用户使用摇动器104以上下 运动摇动加速度计106和108。优选地，用户将以大约每秒一个往复(cycle)的缓慢频率 开始，然后增大频率，直到达到大约每秒7个往复为止。期望以多个频率(例如，以1赫兹、 3赫兹和6赫兹)来测试所述测试加速度计108。如果超范围LED 128闪烁，则用户应当减 小摇动运动的幅度。通过LED 124在摇动测试期间应当保持连续接通，而失败LED 126不 应当闪烁。理想地，摇动幅度应当在略小于使超范围LED 128发光的阈值的水平上。在通 过LED 124连续接通的若干秒摇动之后，测试加速度计108通过了该测试。然而，如果失败
6LED 126间歇地或连续地闪烁，则测试加速度计108未通过该测试。上述换能器测试系统可以用来测试其状态未知或被怀疑超出容限的加速度计的 工作状态。与现有的测试系统相比，换能器测试系统100提供紧凑的和相对廉价的装置。有 利地，换能器测试系统100可以由第一线的技术员(例如，在飞行器上工作的航空电子设备 技术员)使用，而不是将加速度计或速度换能器送回制造商或实验室来评估。这允许在时 间(例如，在对诸如飞行器之类的较大系统进行故障检修时)和费用两方面相当大的节省， 因为可以避免对于换能器的不必要的更换。因此，对于现场测试低频加速度计而言，所述换 能器测试系统是简单、廉价和准确的。所述换能器测试系统消除了对于用于评估换能器性 能的昂贵和庞大的机电摇动器和频率分析仪的需要。上面公开的特定实施例仅仅是说明性的，因为也可以以对于受益于这里的教导的 本领域技术人员显而易见的、不同的但是等效的方式来修改和实践本发明。因此，显而易见 的是，可以更改或修改上面公开的特定实施例，并且所有这样的变化都被视为处于本发明 的范围和精神内。相应地，在这里寻求的保护如说明书中阐述的那样。显然，已经描述和图 示了具有显著优点的发明。尽管以有限数目的形式示出了本发明，但是本发明不仅仅限于 这些形式，而是可以修改为各种改变和修改而不背离其精神。
权利要求
一种换能器测试系统，包括手动摇动器，用于支撑测试换能器和参考换能器；以及信号调节器单元，用于接收来自参考换能器的参考输出信号和来自测试换能器的测试输出信号，该信号调节器包括信号比较器，用于将测试输出信号与参考输出信号进行比较，从而产生代表测试输出信号和参考输出信号之间的差的误差信号；鉴别器，用于接收所述误差信号，并且确定所述误差信号是否超过预定阈值；以及显示器，用于提供关于所述误差信号是否超过所述预定阈值的可视指示，其中，所述信号调节器单元在所述手动摇动器被手动摇动时接收所述参考输出信号和测试输出信号。
2.如权利要求1所述的换能器测试系统，其中，所述手动摇动器包括适合于抓住和摇 动手动摇动器的手柄。
3.如权利要求1所述的换能器测试系统，其中，所述信号调节器还包括用于缓冲测试 输出信号的第一缓冲器和用于缓冲参考输出信号的第二缓冲器。
4.如权利要求1所述的换能器测试系统，其中，所述信号调节器还包括用于对测试输 出信号进行滤波的第一滤波器和用于对参考输出信号进行滤波的第二滤波器。
5.如权利要求1所述的换能器测试系统，其中，所述测试输出信号代表来自测试换能 器的测试输出电压，所述参考输出信号代表来自参考换能器的参考输出电压。
6.如权利要求1所述的换能器测试系统，其中，所述信号调节器还包括超范围测试部 分，用于确定所述参考信号是否超过范围阈值。
7.如权利要求6所述的换能器测试系统，其中，所述范围阈值能够通过调节电位计来 调节。
8.如权利要求1所述的换能器测试系统，其中，所述显示器包括通过指示器、失败指示 器和超范围指示器中的至少一个。
9.如权利要求1所述的换能器测试系统，其中，所述信号调节器还包括参考换能器输 出测试点、测试换能器输出测试点、正跳变阈值测试点、负跳变阈值测试点以及超范围跳变 阈值测试点中的至少一个。
10.如权利要求1所述的换能器测试系统，其中，所述测试换能器是测试加速度计，所 述参考换能器是参考加速度计。
11.如权利要求1所述的换能器测试系统，其中，所述测试换能器是测试速度换能器， 所述参考换能器是参考速度换能器。
12.—种对测试换能器进行测试的方法，包括使用支撑测试换能器和参考换能器的手动摇动器同时手动地摇动测试换能器和参考 换能器，从而使测试换能器输出测试输出信号，并且使参考换能器输出参考输出信号； 将从测试换能器接收的测试输出信号与从参考换能器接收的参考输出信号进行比较；产生代表测试输出信号和参考输出信号之间的差的误差信号； 确定该误差信号是否超过预定阈值；以及 提供关于该误差信号是否超过所述预定阈值的指示。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述手动摇动包括以预定频率手动摇动测试换 能器。
14.如权利要求12所述的方法，还包括在将测试输出信号与参考输出信号进行比较 之前缓冲测试输出信号和参考输出信号。
15.如权利要求12所述的方法，还包括在将测试输出信号与参考输出信号进行比较 之前对测试输出信号和参考输出信号进行滤波。
16.如权利要求12所述的方法，其中，所述测试输出信号代表来自测试换能器的测试 输出电压，所述参考输出信号代表来自参考换能器的参考输出电压。
17.如权利要求12所述的方法，其中，还包括确定所述参考信号是否超过范围阈值。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述范围阈值能够通过调节电位计来调节。
19.如权利要求12所述的方法，其中，所述测试换能器是测试加速度计，所述参考换能 器是参考加速度计。
20.如权利要求12所述的方法，其中，所述测试换能器是测试速度换能器，所述参考换 能器是参考速度换能器。
全文摘要
一种用于测试加速度计或速度换能器的换能器测试系统，包括信号调节器和可以在现场环境中例如由飞行器上的航空电子设备技术员使用的摇动器。测试换能器和作为测试换能器的已知良好版本的参考换能器被安装到摇动器上，并且电连接到信号调节器。技术员通过手动摇动所述摇动器来同时摇动这两个换能器。信号调节器接收和比较从测试换能器和参考换能器输出的信号，以便确定测试换能器的工作状态。
文档编号G01M7/02GK101939630SQ200980104116
公开日2011年1月5日 申请日期2009年1月29日 优先权日2008年2月4日
发明者加里·弗罗曼, 基思·黑尔 申请人:贝尔直升机泰克斯特龙公司