專利名稱：用于測試換能器的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及用于測試測量設(shè)備的系統(tǒng)和方法，所述測量設(shè)備例如為用于測量加速 度和/或速度的換能器(transducer)。
背景技術(shù)：
加速度計是用于測量加速度的換能器設(shè)備，并且常在飛行器上使用。速度換能器 測量速度，并且與加速度計類似，但是加速度信號被積分以表示速度。典型地，使用實驗室 環(huán)境中的機電搖動器、搖動器控制器、加速度計電源和昂貴的頻譜分析儀對加速度計輸出 進行測量和特征化，來測試這些類型的換能器設(shè)備。該方法由于設(shè)備的體積和費用而不適 合于現(xiàn)場測試。


圖1示出了加速度計或速度換能器測試系統(tǒng)的示例實施例的視圖。圖2是圖1所示的信號調(diào)節(jié)器單元的實施例的框圖。圖3A和圖3B是圖1和圖2所示的信號調(diào)節(jié)器單元的實施例的示意圖。
具體實施例方式參照附圖中的圖1，圖示了包括信號調(diào)節(jié)器單元102和手動搖動器104的換能器測 試系統(tǒng)100的優(yōu)選實施例。測試系統(tǒng)100對于測試諸如加速度計和速度換能器之類的換能 器特別有用。例如，測試系統(tǒng)100對于測試諸如在飛行器上使用以便測量低頻旋翼(rotor) 振動的那些加速度計的加速度計是有用的。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可以使用測試系統(tǒng)100來測 試其它類型的加速度計和速度換能器。以下的詳細描述介紹了加速度計108的測試；然而， 應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可以使用參考速度換能器以相同的方式測試速度換能器。參考加速度計106和測試加速度計108被固定到手動搖動器104上。參考加速度 計106是被測試系統(tǒng)100評估的測試加速度計108的已知的良好版本。手動搖動器104還 包括手柄110，其尺寸和形狀被制作為以便適合于抓在進行加速度計測試的諸如技術(shù)員之 類的個人手中。手柄110允許技術(shù)員同時以預(yù)定頻率、以如箭頭112所指示的上下運動搖 動兩個加速度計106和108。信號調(diào)節(jié)器單元102經(jīng)由信號電纜114和116分別連接到參考和測試加速度計 106和108。信號調(diào)節(jié)器單元102包括電源開關(guān)120和顯示器122。在圖示的實施例中，顯 示器122包括通過發(fā)光二極管(LED) 124、失敗LED 126、和超范圍LED 128。在優(yōu)選實施例 中，通過LED、失敗LED和超范圍LED每個都可以發(fā)出獨特顏色的光，以便在用戶從遠處觀察 時能夠容易地彼此區(qū)分開，例如，通過LED 124可以發(fā)出綠光，失敗LED 126可以發(fā)出紅光， 超范圍LED 128可以發(fā)出黃光。信號調(diào)節(jié)器單元102可以包括諸如電池的內(nèi)部電源、以及 /或者用于連接到外部電源的電源電路。信號調(diào)節(jié)器單元102將電力提供給參考加速度計 106和測試加速度計108 二者。
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一旦用戶已將加速度計106和108附加到搖動器104上，在信號調(diào)節(jié)器102與加 速度計106和108之間連接了電纜114和116，并且進行了用于將電力提供給信號調(diào)節(jié)器 102的任何必要連接，用戶就可以使用電源開關(guān)120打開信號調(diào)節(jié)器102并且開始測試加速 度計108的測試。然后，用戶通過手柄110抓住搖動器104，并且開始以如箭頭102指示的 上下運動來搖動兩個加速度計106和108。兩個加速度計106和108的振動輸出信號經(jīng)過 相應(yīng)的信號電纜114和116被提供給信號調(diào)節(jié)器102，在信號調(diào)節(jié)器102中，兩個信號被緩 沖、濾波并且彼此相減。所得到的信號是兩個加速度計106和108的誤差信號。將該誤差 信號與正負可調(diào)閾值二者相比較。如果超過了任一閾值，則失敗LED 126被點亮。如果誤 差信號處于正閾值和負閾值之間，則通過LED124被點亮。
用戶可以以低幅度、中等幅度或高幅度來搖動。如果用戶搖動加速度計過猛，則超 范圍LED 128將點亮?？梢允褂檬謩訐u動器104來測試低頻和中頻。輸入頻率限制是人體 的輸入頻率限制，因為這是手動搖動器。所關(guān)心的頻率典型地處于1至7赫茲的范圍內(nèi)。輸 出DC偏置電壓也在兩個加速度計106和108之間進行比較，因為這也是適當(dāng)?shù)募铀俣扔嫴?作的重要指示(indicator)。所說明的信號調(diào)節(jié)器102的該實施例還包括多個任選的測試點，所述測試點包括 參考加速度計輸出(“REF”)130、測試中的加速度計輸出(“UUT”)132、正跳變(trip)閾 值(“PT”)134、負跳變(trip)閾值(“NT”)136、以及超范圍跳變閾值(“OUT”)138。REF 測試點130允許用戶使用示波器等監(jiān)視參考加速度計106的輸出。UUT測試點132允許用 戶使用示波器等監(jiān)視測試加速度計108的輸出。PT測試點134允許使用電壓計等監(jiān)視正失 敗跳變閾值。NT測試點136允許用戶使用電壓計等監(jiān)視負失敗跳變閾值。OUT測試點138 允許用戶使用電壓計等監(jiān)視超范圍閾值。注意，測試點130-138每個包括相應(yīng)的信號輸出 和信號地連接點。接下來轉(zhuǎn)到圖2，示出了信號調(diào)節(jié)器單元200的框圖，信號調(diào)節(jié)器單元200構(gòu)成圖 1所示的信號調(diào)節(jié)器單元102的實施例。當(dāng)例如在諸如圖1所示的手動搖動器104之類的 搖動器上搖動參考加速度計106和測試加速度計108時，信號調(diào)節(jié)器單元200接收來自參 考加速度計106和測試加速度計108的信號。從參考加速度計106和測試加速度計108接 收的信號每個都在相應(yīng)的緩沖器202和204中被緩沖，然后在相應(yīng)的濾波器206和208中 被濾波。濾波器206和208可以包括用于濾除高頻噪聲的低通濾波器。來自參考加速度計 106的濾波后的參考信號REF和來自測試加速度計108的濾波后的測試信號UUT都被提供 給信號比較器210。緩沖器202和204使得REF信號和UUT信號到信號比較器210的定時 表示與參考和測試加速度計106和108被搖動基本相同的時間點，從而信號比較器210可 以進行對于參考加速度計106和測試加速度計108的輸出信號的準(zhǔn)確比較。信號比較器 210確定REF和UUT信號之間的差，并且將該差作為誤差信號ERR輸出到通過/失敗鑒別器 212。鑒別器212將誤差信號ERR與一個或多個閾值進行比較，以便確定誤差信號ERR是否 超過這樣的閾值。所述閾值可以根據(jù)進行測試的特定加速度計(測試加速度計108)中的 預(yù)定的允許容限而被預(yù)先編程或者由用戶手動調(diào)節(jié)。然后，顯示器214向用戶提供關(guān)于測試加速度計108是通過測試還是未通過測試 的可視指示。替換實施例可以包括附加的或替換的指示，例如諸如代表通過或失敗狀態(tài)的 語音或音調(diào)之類的可聽信號。如圖1所示，顯示器可以包括諸如LED之類的一個或多個燈，其提供通過或失敗指示。替換實施例可以包括任何類型的顯示器和/或用于連接和控制外 部顯示器的設(shè)備。信號調(diào)節(jié)器單元200的替換實施例可以包括用于對信號調(diào)節(jié)器單元200 編程的裝置，例如以便允許用戶調(diào)節(jié)通過/失敗鑒別器212使用的閾值或者從要由通過/ 失敗鑒別器212使用的一個或多個預(yù)編程的閾值的列表中選擇。圖3A和圖3B示出了信號調(diào)節(jié)器228的示意圖，信號調(diào)節(jié)器228構(gòu)成信號調(diào)節(jié) 器102的實施例。信號調(diào)節(jié)器228包括任選的測試點，所述測試點包括參考加速度計輸出 (“REF”)230、測試中的加速度計輸出(“UUT”)232、正跳變閾值(“PT”)234、負跳變閾值 (“NT”)236、以及超范圍跳變閾值(“0UT”)238。參考加速度計106將信號提供給輸入 240，而測試加速度計108將信號提供給輸入242。在比較器部分244處將所述信號與可調(diào) 閾值進行比較。如果來自參考和測試加速度計106和108的信號之間的差處于容限內(nèi)，則 通過部分246將“通過”信號提供給警告設(shè)備，例如通過LED 124。另一方面，如果來自參考 和測試加速度計106和108的信號之間的差不在容限內(nèi)，則失敗部分248將“失敗”信號提 供給警告設(shè)備，例如失敗LED 126。在圖示實施例中，信號調(diào)節(jié)器228包括電源適配器250， 其允許信號調(diào)節(jié)器228接收來自外部電源的電力。信號調(diào)節(jié)器228的替換實施例可以包括 用于電池的設(shè)備，所述電池可以用來將電力提供給信號調(diào)節(jié)器228。還使用來自參考加速度計106的信號來確定信號電平是否例如由于用戶以過大 的幅度搖動所述搖動器104以至于使加速度計106飽和而超范圍。超范圍測試部分252將 參考信號與范圍閾值信號進行比較。在圖示的實施例中，可以通過調(diào)節(jié)電位計254來調(diào)節(jié) 范圍閾值信號。如果參考信號電平超過范圍閾值信號，則例如通過點亮超范圍LED 128來 警告用戶。包括使用換能器測試系統(tǒng)100來評估測試加速度計108的工作狀態(tài)的測試規(guī)程的 示例可以如下進行。首先檢查測試加速度計108，包括檢查任何連接器部件的損壞。然后， 例如使用異丙醇和軟毛刷來清潔加速度計連接部件。該清潔過程可以包括重復(fù)將連接引腳 浸沒在異丙醇中、用刷子刷被浸沒的引腳、然后通過白布使酒精倒出的步驟，直到酒精看起 來干凈為止。然后，對加速度計連接部件進行干燥或者允許其干燥。然后，將測試加速度計 108安裝到搖動器104上，并且經(jīng)由信號電纜116連接到信號調(diào)節(jié)器102。如果尚未安裝參 考加速度計106，則將參考加速度計106也安裝到搖動器104上，并且經(jīng)由信號電纜114連 接到信號調(diào)節(jié)器102。根據(jù)特定實施例，信號調(diào)節(jié)器102連接到外部電源，或者，如果內(nèi)部電 池尚未就位則安裝內(nèi)部電池。然后，用戶抓住搖動器104的手柄110，優(yōu)選地，其拇指位于搖 動器頂部、手柄110與加速度計106和108交叉的位置附近。在一些實施例中，搖動器104 可以包括指示手、手指和/或拇指的適當(dāng)放置的標(biāo)記。電源開關(guān)120被移動到“開”位置， 并且用戶觀察LED 124-128的加電序列(如果有的話)。例如，在一些實施例中，通過LED 124在加電序列期間將被間歇地點亮，然后被連續(xù)點亮。然后，用戶使用搖動器104以上下 運動搖動加速度計106和108。優(yōu)選地，用戶將以大約每秒一個往復(fù)(cycle)的緩慢頻率 開始，然后增大頻率，直到達到大約每秒7個往復(fù)為止。期望以多個頻率(例如，以1赫茲、 3赫茲和6赫茲)來測試所述測試加速度計108。如果超范圍LED 128閃爍，則用戶應(yīng)當(dāng)減 小搖動運動的幅度。通過LED 124在搖動測試期間應(yīng)當(dāng)保持連續(xù)接通，而失敗LED 126不 應(yīng)當(dāng)閃爍。理想地，搖動幅度應(yīng)當(dāng)在略小于使超范圍LED 128發(fā)光的閾值的水平上。在通 過LED 124連續(xù)接通的若干秒搖動之后，測試加速度計108通過了該測試。然而，如果失敗
6LED 126間歇地或連續(xù)地閃爍，則測試加速度計108未通過該測試。上述換能器測試系統(tǒng)可以用來測試其狀態(tài)未知或被懷疑超出容限的加速度計的 工作狀態(tài)。與現(xiàn)有的測試系統(tǒng)相比，換能器測試系統(tǒng)100提供緊湊的和相對廉價的裝置。有 利地，換能器測試系統(tǒng)100可以由第一線的技術(shù)員(例如，在飛行器上工作的航空電子設(shè)備 技術(shù)員)使用，而不是將加速度計或速度換能器送回制造商或?qū)嶒炇襾碓u估。這允許在時 間(例如，在對諸如飛行器之類的較大系統(tǒng)進行故障檢修時)和費用兩方面相當(dāng)大的節(jié)省， 因為可以避免對于換能器的不必要的更換。因此，對于現(xiàn)場測試低頻加速度計而言，所述換 能器測試系統(tǒng)是簡單、廉價和準(zhǔn)確的。所述換能器測試系統(tǒng)消除了對于用于評估換能器性 能的昂貴和龐大的機電搖動器和頻率分析儀的需要。上面公開的特定實施例僅僅是說明性的，因為也可以以對于受益于這里的教導(dǎo)的 本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的、不同的但是等效的方式來修改和實踐本發(fā)明。因此，顯而易見 的是，可以更改或修改上面公開的特定實施例，并且所有這樣的變化都被視為處于本發(fā)明 的范圍和精神內(nèi)。相應(yīng)地，在這里尋求的保護如說明書中闡述的那樣。顯然，已經(jīng)描述和圖 示了具有顯著優(yōu)點的發(fā)明。盡管以有限數(shù)目的形式示出了本發(fā)明，但是本發(fā)明不僅僅限于 這些形式，而是可以修改為各種改變和修改而不背離其精神。
權(quán)利要求
一種換能器測試系統(tǒng)，包括手動搖動器，用于支撐測試換能器和參考換能器；以及信號調(diào)節(jié)器單元，用于接收來自參考換能器的參考輸出信號和來自測試換能器的測試輸出信號，該信號調(diào)節(jié)器包括信號比較器，用于將測試輸出信號與參考輸出信號進行比較，從而產(chǎn)生代表測試輸出信號和參考輸出信號之間的差的誤差信號；鑒別器，用于接收所述誤差信號，并且確定所述誤差信號是否超過預(yù)定閾值；以及顯示器，用于提供關(guān)于所述誤差信號是否超過所述預(yù)定閾值的可視指示，其中，所述信號調(diào)節(jié)器單元在所述手動搖動器被手動搖動時接收所述參考輸出信號和測試輸出信號。
2.如權(quán)利要求1所述的換能器測試系統(tǒng)，其中，所述手動搖動器包括適合于抓住和搖 動手動搖動器的手柄。
3.如權(quán)利要求1所述的換能器測試系統(tǒng)，其中，所述信號調(diào)節(jié)器還包括用于緩沖測試 輸出信號的第一緩沖器和用于緩沖參考輸出信號的第二緩沖器。
4.如權(quán)利要求1所述的換能器測試系統(tǒng)，其中，所述信號調(diào)節(jié)器還包括用于對測試輸 出信號進行濾波的第一濾波器和用于對參考輸出信號進行濾波的第二濾波器。
5.如權(quán)利要求1所述的換能器測試系統(tǒng)，其中，所述測試輸出信號代表來自測試換能 器的測試輸出電壓，所述參考輸出信號代表來自參考換能器的參考輸出電壓。
6.如權(quán)利要求1所述的換能器測試系統(tǒng)，其中，所述信號調(diào)節(jié)器還包括超范圍測試部 分，用于確定所述參考信號是否超過范圍閾值。
7.如權(quán)利要求6所述的換能器測試系統(tǒng)，其中，所述范圍閾值能夠通過調(diào)節(jié)電位計來 調(diào)節(jié)。
8.如權(quán)利要求1所述的換能器測試系統(tǒng)，其中，所述顯示器包括通過指示器、失敗指示 器和超范圍指示器中的至少一個。
9.如權(quán)利要求1所述的換能器測試系統(tǒng)，其中，所述信號調(diào)節(jié)器還包括參考換能器輸 出測試點、測試換能器輸出測試點、正跳變閾值測試點、負跳變閾值測試點以及超范圍跳變 閾值測試點中的至少一個。
10.如權(quán)利要求1所述的換能器測試系統(tǒng)，其中，所述測試換能器是測試加速度計，所 述參考換能器是參考加速度計。
11.如權(quán)利要求1所述的換能器測試系統(tǒng)，其中，所述測試換能器是測試速度換能器， 所述參考換能器是參考速度換能器。
12.—種對測試換能器進行測試的方法，包括使用支撐測試換能器和參考換能器的手動搖動器同時手動地搖動測試換能器和參考 換能器，從而使測試換能器輸出測試輸出信號，并且使參考換能器輸出參考輸出信號； 將從測試換能器接收的測試輸出信號與從參考換能器接收的參考輸出信號進行比較；產(chǎn)生代表測試輸出信號和參考輸出信號之間的差的誤差信號； 確定該誤差信號是否超過預(yù)定閾值；以及 提供關(guān)于該誤差信號是否超過所述預(yù)定閾值的指示。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述手動搖動包括以預(yù)定頻率手動搖動測試換 能器。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括在將測試輸出信號與參考輸出信號進行比較 之前緩沖測試輸出信號和參考輸出信號。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括在將測試輸出信號與參考輸出信號進行比較 之前對測試輸出信號和參考輸出信號進行濾波。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述測試輸出信號代表來自測試換能器的測試 輸出電壓，所述參考輸出信號代表來自參考換能器的參考輸出電壓。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，還包括確定所述參考信號是否超過范圍閾值。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述范圍閾值能夠通過調(diào)節(jié)電位計來調(diào)節(jié)。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述測試換能器是測試加速度計，所述參考換能 器是參考加速度計。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述測試換能器是測試速度換能器，所述參考換 能器是參考速度換能器。
全文摘要
一種用于測試加速度計或速度換能器的換能器測試系統(tǒng)，包括信號調(diào)節(jié)器和可以在現(xiàn)場環(huán)境中例如由飛行器上的航空電子設(shè)備技術(shù)員使用的搖動器。測試換能器和作為測試換能器的已知良好版本的參考換能器被安裝到搖動器上，并且電連接到信號調(diào)節(jié)器。技術(shù)員通過手動搖動所述搖動器來同時搖動這兩個換能器。信號調(diào)節(jié)器接收和比較從測試換能器和參考換能器輸出的信號，以便確定測試換能器的工作狀態(tài)。
文檔編號G01M7/02GK101939630SQ200980104116
公開日2011年1月5日 申請日期2009年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月4日
發(fā)明者加里·弗羅曼, 基思·黑爾 申請人:貝爾直升機泰克斯特龍公司