噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法技术

本发明专利技术提供一种噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法，包括以下步骤：获取待测加速度传感器系统的电噪声频率谱；获取所述待检测加速度传感器系统的冲击频率谱；依据所述冲击频率谱及所述电噪声频率谱确定所述加速度传感器的共振频率。本发明专利技术采用两步测试法，分别得到电噪声频率谱和冲击频率谱，通过对电噪声频率谱的识别，可以较为准确地确定加速度传感器的共振频率；本发明专利技术在测试的过程中，采用金属杆自由落体与地面金属砧相互碰撞的方法获取较高的加速度，具有操作简单方便的特点；本发明专利技术即可以确定加速度传感器的共振频率，又可以确定加速度传感器系统的电噪声。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微传感器的力学测试分析领域，特别是涉及一种噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法。
技术介绍
高量程加速度传感器，比如量程在10万g(1g＝9.8m/s2)或者高于10万g的加速度传感器，有两个重要参数需要确定。一个是灵敏度，另一个是一阶模态共振频率的测试。一般来说，加速度传感器的灵敏度和一阶共振频率平方的乘积是一个常数。就是说，如果灵敏度大，那么共振频率就小；灵敏度小，共振频率就很高。高量程加速度传感器的灵敏度很小，通常在微伏量级，这样共振频率就会很高，因此，对共振频率的测试就困难，对测试系统要求就很高。除了灵敏度需要确定外，加速度传感器的一阶共振频率是一个重要参数，它决定了加速度传感器的工作带宽范围，因此，需要对一阶共振频率进行确定。对于基于硅压阻型加速度传感器，单端固支悬臂梁型的加速度传感器，其一阶共振频率在几十KHz到几百KHz。而对于双端固支的加速度传感器其共振频率可达几百KHz，甚至到MHz量级。同时，由于其灵敏度低，这样其共振峰信号就很小。当在高冲击测试下时，其共振峰信号将与典型的背景噪声信号混叠在一起，尤其是高频的电噪声信号及其谐波信号有很强的共振信号峰，这些信号同加速度传感器的机械共振信号一同出现在频谱中，难以区分和识别，这样就很难确定其一阶机械共振频率。简而言之，在冲击测试中，由于系统带来电噪声信号的干扰，高量程加速度传感器的一阶高频共振信号难以识别和提取，因此需要排除、降低或者识别典型的噪声谱，才能确定加速度传感器的固有共振频率。高量程加速度传感器一般采用冲击法来提取灵敏度和共振频率等参数。冲击过程中会产生几千g，甚至几万g的加速度输入信号，同时采用放大器进行信号放大，然后对采集到的信号进行波形分析和计算，以获取典型参数。在自由落杆冲击测试系统中，固定加速度传感器的金属杆从一定高度自由落下与地面上放置的金属砧发生碰撞，在几十微秒的时间内将产生几千到几万g的加速度。自由落杆冲击测试系统包括四个部分：自由落杆冲击发生装置，传感器前端，传感器放大电路，计算机控制的数据采集、存储和显示系统。传感器背景噪声信号主要来自于计算机本机系统的固有电噪声信号，如相位噪声的存在，以及放大电路的固有噪声、外界干扰噪声和加速度传感器的噪声等，这些信号在某一固有频率处会有明显的电共振信号峰及其谐波信号噪声，极大地妨碍了对加速度传感器固有共振频率峰位的识别和确认。冲击过程中，加速度传感器一阶固有机械共振信号会与这些信号混叠在一起，需要将其与噪声信号分开。虽然可以通过机械或者电滤波等方式来降低噪声或消除噪声，但这样同样会极大地降低甚至削弱加速度传感器的固有信号大小，因此是不利的。在其他专利中，譬如，《一种高量程压阻加速度传感器共振频率的测试方法-CN101354284》，《压阻加速度传感器的模态共振频率的半桥测试方法-CN101539588》，并不涉及到噪声对信号的干扰问题。专利CN101354284描述了利用自由落杆金属碰撞产生的脉冲信号作为高量程压阻加速度传感器共振频率激发源的测试方法，主要是利用金属端面之间碰撞产生较高的加速度和频率成份分布丰富的波作为激励源，当激励源中某些频率的波与高量程压阻加速度传感器的固有模态的频率等于或者接近时，器件高量程压阻加速度传感器发生共振，利用共振激发的方式以获得高量程压阻加速度传感器的共振频率。专利CN101539588中描述了利用半桥输出形式测试共振频率的方法，主要为在保持压阻加速度传感器原有全桥电路连接结构的基础上，利用金属碰撞冲击产生丰富的频谱作为激励源，通过适当的外接电路，采用半桥输出的形式，以获得加速度传感器模态的共振频率信息，利用获得的原始数据进行频谱分析，获得微结构的模态共振频率。由于测试范围、器件结构和灵敏度等问题，这两个专利中均不涉及噪声干扰问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法，用于解决现有技术中加速度传感器共振频率的测试方法中由于无法排除系统带来电噪声信号的干扰，高量程加速度传感器的一阶高频共振信号难以识别和提取的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法，所述噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法至少包括以下步骤：获取待测加速度传感器系统的电噪声频率谱；获取所述待检测加速度传感器系统的冲击频率谱；依据所述冲击频率谱及所述电噪声频率谱确定所述加速度传感器的共振频率。作为本专利技术的噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法的一种优选方案，获取所述待测加速度传感器系统的电噪声频率谱包括以下步骤：将所述待检测加速度传感器安装在具有一定长径比的金属杆上；直接记录电噪声随时间变化的第一系列输出波形；将所述第一系列输出波形进行傅里叶变换得到相应的频率谱；确定所述频率谱中高频电噪声共振信号峰的位置，即得到所述待测加速度传感器系统的电噪声频率谱。作为本专利技术的噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法的一种优选方案，将所述待检测加速度传感器安装在具有一定长径比的金属杆上之后，将所述待检测加速度传感器的输入端短路，利用多通道数据采集方式直接记录电噪声随时间变化的所述第一系列输出波形。作为本专利技术的噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法的一种优选方案，电噪声随时间变化的第一系列输出波形包括电噪声电压幅值随时间的变化曲线，将所述电噪声电压幅值随时间的变化曲线进行傅里叶变换得到相应的频率谱。作为本专利技术的噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法的一种优选方案，获取所述待检测加速度传感器系统的冲击频率谱包括以下步骤：将所述待检测加速度传感器安装在具有一定长径比的金属杆上；将安装有所述待检测加速度传感器的所述金属杆自一定的高度自由落下与地面上放置的金属砧发生碰撞，以产生高幅值的冲击加速度；利用多通道数据采集方式直接记录所述加速度传感器在冲击碰撞过程中随时间变化的第二系列输出波形；将所述第二系列输出波形进行傅里叶变换得到相应的频率谱；确定所述频率谱中包括高频电噪声共振信号峰在内的加速度传感器固有共振频率峰的位置，即得到所述待测加速度传感器的冲击频率谱。作为本专利技术的噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法的一种优选方案，所述加速度传感器在冲击碰撞过程中随时间变化的第二系列输出波形包括电压幅值随时间的变化曲线，将所述电压幅值随时间的变化曲线进行傅里叶变换得到相应的频率谱。作为本专利技术的噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法的一种优选方案，所述待检测加速度传感器沿敏感方向安装在所述金属杆上。作为本专利技术的噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法的一种优选方案，所述待检测加速度传感器沿交叉轴方向安装在所述金属杆上。作为本专利技术的噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法的一种优选方案，依据所述冲击频率谱及所述电噪声频率谱确定所述加速度传感器的共振频率的具体方法为：依据所述电噪声频率谱，去除所述冲击频率谱中的与所述电噪声频率谱相同的电信号共振峰，即得到所述加速度传感器的共振频率。作为本专利技术的噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法的一种优选方案，所述加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法，其特征在于，至少包括以下步骤：获取待测加速度传感器系统的电噪声频率谱；获取所述待检测加速度传感器系统的冲击频率谱；依据所述冲击频率谱及所述电噪声频率谱确定所述加速度传感器的共振频率。

【技术特征摘要】
1.一种噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法，其特征在于，至少包括以下步骤：获取待测加速度传感器系统的电噪声频率谱；获取所述待检测加速度传感器系统的冲击频率谱；依据所述冲击频率谱及所述电噪声频率谱确定所述加速度传感器的共振频率。2.根据权利要求1所述的噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法，其特征在于：获取所述待测加速度传感器系统的电噪声频率谱包括以下步骤：将所述待检测加速度传感器安装在具有一定长径比的金属杆上；直接记录电噪声随时间变化的第一系列输出波形；将所述第一系列输出波形进行傅里叶变换得到相应的频率谱；确定所述频率谱中高频电噪声共振信号峰的位置，即得到所述待测加速度传感器系统的电噪声频率谱。3.根据权利要求2所述的噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法，其特征在于：将所述待检测加速度传感器安装在具有一定长径比的金属杆上之后，将所述待检测加速度传感器的输入端短路，利用多通道数据采集方式直接记录电噪声随时间变化的所述第一系列输出波形。4.根据权利要求2所述的噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法，其特征在于：电噪声随时间变化的第一系列输出波形包括电噪声电压幅值随时间的变化曲线，将所述电噪声电压幅值随时间的变化曲线进行傅里叶变换得到相应的频率谱。5.根据权利要求1所述的噪声可识别的高量程加速度传感器共振频率的提取方法，其特征在于：获取所述待检测加速度传感器系统的冲击频率谱包括以下步骤：将所述待检测加速度传感器安装在具有一定长径比的金属杆上；将安装有所述待检...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍海飞，宋朝辉，李昕欣，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31