一种单轴加速度传感器的标定装置及标定方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种单轴加速度传感器的标定装置及标定方法，包括柔性悬臂梁、激光位移传感器、压电驱动器、加速度传感器、电荷放大器、压电放大器、信号发生器、A/D转换数据采集卡及计算机；通过信号发生器产生的激振信号经过压电放大器后输出到压电驱动器，激励柔性悬臂梁第一阶模态振动，将加速度传感器和激光位移传感器分别检测的振动信号经过运动控制卡进行A/D转换后输入计算机。根据位移和加速度的关系，解算得出加速度传感器测量的电压信号与实际加速度值之间的对应关系。

【技术实现步骤摘要】
一种单轴加速度传感器的标定装置及标定方法
本专利技术涉及柔性结构振动分析领域，具体涉及一种单轴加速度传感器的标定装置及标定方法。
技术介绍
加速度传感器在柔性结构的振动测量与控制，结构动力学分析等领域应用广泛。采用加速度传感器测量信号进行反馈控制和动力学分析的情况非常普遍。在反馈控制和动态分析中，采用的加速度传感器有压电式，压阻式，电容式等等。他们检测信号要么经过电荷放大器放大，要么经过内置或外延放大电路放大后得到的是模拟量电压信号。如果需要精确知道电压信号对应实际加速度的测量值，现有技术需要专门的加速度传感器标定装置，这样就需要专门购买加速度传感器的标定装置。标定装置应用的情况不多，把加速度传感器标定后就不用了，还需要存放、维护和保养等。所以一般购买加速度传感器进行实验研究的单位不购买加速度传感器标定装置。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种单轴加速度传感器的标定装置及标定方法。本专利技术采用如下技术方案：一种单轴加速度传感器的标定装置，包括柔性悬臂梁、激光位移传感器、压电驱动器、加速度传感器、电荷放大器、压电放大器、信号发生器、A/D转换数据采集卡及计算机；所述柔性悬臂梁一端与基座固定称为固定端，另一端为自由端，所述加速度传感器及激光位移传感器安装在柔性梁相对的两个侧面上，所述压电驱动器粘贴在柔性悬臂梁靠近固定端的位置，将信号发生器的激励信号通过压电放大器输出到压电驱动器上，所述加速度传感器测量的柔性悬臂梁的加速度信号经过电荷放大器放大后输出到A/D转换数据采集卡转换后输入计算机，所述激光位移传感器检测柔性悬臂梁相应点的横向振动位移信号经过A/D转换数据采集卡转换后输入计算机。激光位移传感器的安装初始位置对准加速度传感器的测量轴线，即测量方向的几何中心。所述加速度传感器为压电式传感器或电容式传感器。所述压电驱动器至少由两片压电陶瓷片构成。一种应用单轴加速度传感器的标定装置的标定方法，包括如下步骤：第一步，辨识得到该柔性悬臂梁的第一阶振动模态频率；第二步，信号发生器产生信号频率与第一阶振动模态频率相同，经过压电放大器后驱动压电驱动器，激励柔性悬臂梁的第一阶模态的振动；第三步，加速度传感器检测柔性悬臂梁振动的加速度信息经过电荷放大器及A/D转换数据采集卡进行转换后输入计算机，同时激光位移传感器检测柔性悬臂梁相应点的横向振动位移信息经过A/D转换数据采集卡输入计算机；第四步，根据柔性悬臂梁测量点的横向位移和加速度信号之间的关系，得到加速度信号的电压值与测量加速度之间的对应关系，从而完成加速度传感器的标定。所述第四步中根据柔性悬臂梁测量点的横向位移和加速度信号之间的关系，得到加速度信号的电压值与测量加速度之间的对应关系，具体为：激光位移传感器测量的振动横向位移信号：式中t代表时间变量，代表相位角，ω1是柔性梁的第一阶振动模态频率，A1是横向振动位移信号的幅值，单位是“米(m)”；加速度传感器测量的振动加速度信号：式中t代表时间变量，代表相位角，ω1是柔性梁的第一阶振动模态频率，A2是横向振动加速度信号的幅值，模拟电压信号，单位是“伏特(V)”；由于测量的柔性悬臂梁上同一个点的位移和加速度信息，频率ω1都是柔性梁的第一阶振动模态频率；位移和加速度信号二者是二阶微分关系，所以也就是说，单位是“伏特(V)”；对位移信号两次微分处理得到的加速度信号：则系数KAV就是单位电压对应时间的加速度信息，从而对加速度传感器的测量值进行标定。本专利技术的有益效果：(1)不需要专门购买加速度传感器的标定装置，节省了成本和存放及维护加速度传感器标定装置的花费；(2)该装置仅仅需要一个简单的压电柔性悬臂梁装置，激光位移传感器、加速度传感器和计算机采集控制系统就可以对加速度传感器进行标定，装置简单，容易搭建；(3)通过激励柔性梁模态振动，测量加速度传感器检测的模拟量信号和激光位移传感器检测的横向位移信号，根据位移和加速度之间的二次微分关节，建立方程式，就可以很容易得到加速度传感器测量的电压值对应的实际的加速度信息了。附图说明图1是本专利技术的一种单轴加速度传感器的标定装置的结构示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1所示，一种单轴加速度传感器的标定装置，包括柔性悬臂梁4、激光位移传感器3、压电驱动器1、加速度传感器2、电荷放大器9、压电放大器5、信号发生器6、A/D转换数据采集卡8及计算机7；所述柔性悬臂梁4的一端与基座固定称为固定端，另一端自由振动称为自由端。压电驱动器1至少由两片压电陶瓷片构成，对称粘贴在柔性悬臂梁靠近固定端的位置，在柔性悬臂梁中间的某个位置的表面安装一个加速度传感器2，在其相对的一侧安装激光位移传感器3，调整安装激光位移传感器，保证其测量距离与测量点，用于测量加速度传感器测量加速度的几何中心点处的振动横向位移，具体是激光位移传感器的安装初始位置对准加速度传感器的测量轴线，即测量方向的几何中心，测量横向振动位移正好是测量振动加速度的位置，这样就会精确地标定加速度传感器测量的电压与实际加速度之间的关系。将信号发生器的激励信号通过压电放大器输出到压电驱动器上，所述加速度传感器测量的柔性悬臂梁的加速度信号经过电荷放大器放大后输出到A/D转换数据采集卡转换后输入计算机，所述激光位移传感器检测柔性悬臂梁相应点的横向振动位移信号经过A/D转换数据采集卡转换后输入计算机。所述加速度传感器为压电式传感器或电容式传感器或其他传感器都可以。一种单轴加速度传感器的标定方法，包括：先辨识得到建立的柔性悬臂梁的第一阶模态振动的频率ω1，将信号发生器的激励信号设定为频率为ω1的正弦输出信号，振动幅值调整到适当即可；信号发生器输出信号经过压电放大器放大后输出到压电驱动器，通过压电驱动器激励柔性悬臂梁的第一阶模态的振动，通过加速度传感器检测柔性悬臂梁振动的加速度信息经过电荷放大器后输出到A/D转换数据采集卡经过转换后输入计算机，同时将激光位移传感器检测柔性梁相应点的横向振动位移信息经过A/D转换后输入计算机；激光位移传感器测量的横向振动位移信号是模拟量电压信号，激光位移传感器输出的模拟量信号很容易对应出实际位移的测量值；而加速度传感器经过电荷放大器后，输出得到的也是模拟量电压信号，而加速度模拟量信号很难对应实际的加速度，所以通过如下标定方法得到：装置中激光位移传感器测量的振动横向位移信号：式中t代表时间变量，代表相位角，ω1是柔性梁的第一阶振动模态频率，A1是横向振动位移信号的幅值，单位是“米(m)”；装置中加速度传感器测量的振动加速度信号：式中t代表时间变量，代表相位角，ω1是柔性梁的第一阶振动模态频率，A2是横向振动加速度信号的幅值，模拟电压信号，单位是“伏特(V)”；由于测量的是柔性梁上一个点的位移和加速度信息，频率ω1都是柔性梁的第一阶振动模态频率；位移和加速度信号二者是二阶微分关系，所以也就是说，单位是“伏特(V)”；对位移信号两次微分处理得到的加速度信号：振动幅值的单位是“米/秒2(m/s2)”；所以有，系数KAV就是单位电压对应时间的加速度信息，单位是这样，就可以通过加速度传感器测量的信号经过电荷放大器放大后，经过A/D采集得到的电压信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单轴加速度传感器的标定装置，其特征在于，包括柔性悬臂梁、激光位移传感器、压电驱动器、加速度传感器、电荷放大器、压电放大器、信号发生器、A/D转换数据采集卡及计算机；所述柔性悬臂梁一端与基座固定称为固定端，另一端为自由端，所述加速度传感器及激光位移传感器安装在柔性梁相对的两个侧面上，所述压电驱动器粘贴在柔性悬臂梁靠近固定端的位置，将信号发生器的激励信号通过压电放大器输出到压电驱动器上，所述加速度传感器测量的柔性悬臂梁的加速度信号经过电荷放大器放大后输出到A/D转换数据采集卡转换后输入计算机，所述激光位移传感器检测柔性悬臂梁相应点的横向振动位移信号经过A/D转换数据采集卡转换后输入计算机。

【技术特征摘要】
1.一种单轴加速度传感器的标定装置，其特征在于，包括柔性悬臂梁、激光位移传感器、压电驱动器、加速度传感器、电荷放大器、压电放大器、信号发生器、A/D转换数据采集卡及计算机；所述柔性悬臂梁一端与基座固定称为固定端，另一端为自由端，所述加速度传感器及激光位移传感器安装在柔性梁相对的两个侧面上，所述压电驱动器粘贴在柔性悬臂梁靠近固定端的位置，将信号发生器的激励信号通过压电放大器输出到压电驱动器上，所述加速度传感器测量的柔性悬臂梁的加速度信号经过电荷放大器放大后输出到A/D转换数据采集卡转换后输入计算机，所述激光位移传感器检测柔性悬臂梁相应点的横向振动位移信号经过A/D转换数据采集卡转换后输入计算机。2.根据权利要求1所述的一种单轴加速度传感器的标定装置，其特征在于，激光位移传感器的安装初始位置对准加速度传感器的测量轴线，即测量方向的几何中心。3.根据权利要求1所述的一种单轴加速度传感器的标定装置，其特征在于，加速度传感器为压电式传感器或电容式传感器。4.根据权利要求1所述的一种单轴加速度传感器的标定装置，其特征在于，所述压电驱动器至少由两片压电陶瓷片构成。5.一种应用权利要求1-4任一项所述的单轴加速度传感器的标定装置的标定方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，辨识得到该柔性悬臂梁的第一阶振动模态频率；第二步，信号发生器产生信号频率与第一阶振动模态频率相同，经过...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱志成，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44