一种热真空条件下振动传感器激光校准装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种热真空条件下振动传感器激光校准装置及方法，装置包括振动台(8)、热真空系统、激光测振仪(2)及数据处理系统；被校传感器(27)位于真空腔(7)内；通过设定的真空度和温度，热真空系统获得校准所需要的温度和真空度条件。激光测振仪的出射光通过真空腔顶部光学窗口(5)内的角锥棱镜(3)入射至被校传感器(27)上的靶点(26)，激光经靶点(26)反射再次通过角锥棱镜(3)回至激光测振仪(2)，激光测振仪(2)对被校传感器(27)振动量进行采集。本发明专利技术能够在试验现场模拟温度和真空度变化对传感器性能影响，消除了现有传感器校准环境与使用环境不同所引起的测量误差，提高了校准精度。

【技术实现步骤摘要】
一种热真空条件下振动传感器激光校准装置及方法
本专利技术属于计量校准器具领域，涉及一种校准装置和方法，具体涉及一种热真空条件下振动传感器校准装置以及方法。
技术介绍
在机械制造业飞速发展的今天，高速、高效、高精度和大型化已经成为机械发展的关键，而由于机械振动严重影响机器性能和寿命，所以考核和评估机械振动效应成为设计机械仪器设备性能一项重要的指标。利用振动测试可以获取机械设备和结构的动力学参数，为解决振动问题提供科学依据。振动测试是通过传感器将机械的振动量转化为电信号参数，然后对转换过的电信号进行测量和分析，最终给出振动性能指标的结论。在振动测试环节中，传感器是测量过程中的重要一环，其测量性能将直接影响到测量数值的精确度，所以在传感器测量之前，需要对传感器进行校准，而校准的精确度将直接影响到传感器的性能，所以如何将校准的准确度提高，减少外界环境(尤其是环境温度和真空度)对校准精度的影响，这是一个值得解决的问题。现有的国家及国际标准对振动传感器的校准，都是建立在160Hz常温(25℃)条件下建立的，计量单位也是在此条件下建立的校准装置，目前国内没有在校准时能够模拟外界环境变化，对振动传感器进行校准的装置，而实际的情况是，在很多情况下，振动传感器都是在环境温度剧烈变化条件下进行测量的，这就会带来较大的测量误差。为此，如何建立一个模拟温度与真空度变化的校准环境，并在此条件下对振动传感器进行校准，进而提高传感器校准的精度，是校准领域一个急需解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，建立一个模拟温度与真空度变化的校准环境，进而提高传感器校准精度，本专利技术提出了一种热真空条件下振动传感器激光校准装置以及方法。本专利技术的技术方案是：一种在热真空条件下进行振动传感器校准的装置，包括振动台，所述振动台用于为被校传感器提供振动，其特殊之处在于：所述装置还包括热真空系统、激光测振仪及数据处理系统；所述热真空系统包括真空组件及温控组件；所述真空组件包括真空度可调节的真空腔，所述真空腔的顶部设置有光学窗口；所述温控组件用于对真空腔进行温度控制；所述被校传感器位于真空腔内；所述光学窗口内还设置有角锥棱镜；所述激光测振仪的出射光通过角锥棱镜入射至被校传感器上的靶点，激光经靶点反射再次通过角锥棱镜回至激光测振仪，激光测振仪对传感器振动量进行采集；所述数据处理系统对传感器的测量信号及激光测振仪的测量信号进行比较，从而校准传感器。进一步地，为了实现温度、真空度、振动台以及激光测振仪的同步控制，本专利技术的真空腔室内还设置有温度传感器及真空度传感器；所述数据处理系统包括上位机；所述上位机包括信号采集控制单元及信号调理集成采集卡；所述信号采集控制单元通过信号调理集成采集卡对被校传感器的测量信号、温度传感器的测量信号、真空度传感器的测量信号及激光测振信号进行采集；所述信号采集控制单元对采集到的电压信号进行物理量数值转换，即把电压量信号转换成代表实际物理量的温度、真空度及振动值；所述信号采集控制单元内部设定有振动台工作频率与幅值、温度值、真空度值及振动值，所述信号采集控制单元将设定的振动台工作频率与幅值转化为控制振动台信号的电压输入到振动控制系统中，控制振动台的工作；所述信号采集控制单元将采集到的温度、真空度及被校振动传感器的振动值与设定的数值进行对比，如果实际值与设定值有差异，则调节相应的温控组件、真空组件及振动控制系统，直至两者相等。进一步地，所述信号采集控制单元还具有数据存储单元及数据显示单元。进一步地，为了消除温度对振动台的影响，本专利技术的被校传感器通过隔热连接件安装在振动台上。进一步地，为可尽可能减少各部分的相互干扰，所述装置还包括隔振地基和隔振沟，隔振沟设置在相邻两块隔振地基之间；所述激光测振仪通过激光测振仪基础安装在隔振地基上；所述振动台通过隔振台面放置在隔振地基上；所述真空系统的真空泵放置在隔振地基上。进一步地，所述激光测振仪基础与隔振地基之间还设置有隔振阻尼机构。进一步地，所述真空腔的顶盖和真空室为一体的圆筒结构，底部与隔振台密封连接，容器的外表面喷砂处理。同时，本专利技术还提供了一种利用上述校准装置进行传感器校准的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：1)将真空室抽到需要校准的真空度；2)启动温控组件使被校传感器周围温度升到需要校准的温度值，并保持温度与真空度相对的稳定一段时间后，使激光测振仪所发出来的激光束通过光学窗口的角锥棱镜直接射到被测传感器的靶点；3)启动振动台，使被校振动传感器在任何时刻都经受同一时刻的冲击激励，此时被校传感器所获取的信号与激光测振仪所获取的信号同时进入信号采集控制单元中；4)信号采集控制单元根据两者所获取到的振动值，用激光测振仪得到的振动数值修正被校准传感器所获得的数值，进而获取到在某一温度和真空度下该被校传感器灵敏度系数。本专利技术与现有技术相比，优点是：1、本专利技术能够在试验现场模拟温度和真空度变化对传感器性能影响，填补试验现场无此装置的空白。2、本专利技术在同一软件环境下，实现了温度、真空度、振动台以及激光测振仪的同步控制，自动完成振动传感器灵敏度修正与获取，使得原有在实验室的振动校准，可以较方便的移到试验现场。附图说明图1为本专利技术一种热真空条件下振动传感器激光校准装置实施例的结构示意图；图2为使用本专利技术时的减振垫铺设结构图；图3为本专利技术的温控组件系统框图；图4为角锥棱镜测量原理图；图5为上位机控制原理图。其中附图标记为：1-激光光源、2-激光测振仪、3-角锥棱镜、4-隔热连接件、5-光学窗口、6-加热笼、7-真空腔、8-振动台、9-隔振台面、10-激光测振仪基础、11-隔振阻尼机构、12-隔振沟、13-隔振地基、15-真空泵组、16-温控组件、17-上位机、18-干涉条纹计数器、19-示波器、20-电荷放大器、21-功率放大器、22-信号发生器、23-频率计、24-数据采集系统、25-失真度仪、26-靶点、27-被校传感器、28-减振垫。具体实施方式以下结合附图对本专利技术进行详细说明。图1所示为热真空条件下振动传感器激光校准装置实施例的结构示意图，该装置包括振动台8、激光测振仪及热真空系统，真空系统和温控组件16构成热真空系统，振动台8作为振动激励源系统被安装在可进行抽真空的真空腔7内，通过功率放大器21和信号发生器22控制振动台8激励信号的输出。被校传感器27通过隔热连接件4安装在振动台8上，传感器被加热笼6包围，通过设定的真空度和温度，热真空系统获得校准所需要的温度和真空度条件。热真空系统留有特定的光学窗口5，光学窗口5内还设置有角锥棱镜3，由振动激励源系统产生振动，激光测振仪2的出射光通过角锥棱镜3入射至被校传感器27上的靶点26，激光经靶点26反射再次通过角锥棱镜3回至激光测振仪2，激光测振仪2对传感器振动量进行采集，通过激光绝对法和被校准传感器同时测振动，以激光绝对法测量的振动量值为标准对被校准传感器进行校准。图4为角锥棱镜测量原理图，经激光系统的出射光经过角锥棱镜之后以垂直于激光原出射光的方向射向靶点，经靶点的反射再次原路返回至激光系统。为尽可能减少各部分的相互干扰，热真空条件下振动传感器激光校准装置还包括隔振地基13和隔振沟12，隔振沟12设置在相邻两块隔振地基13之间；激光测振仪2通过激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热真空条件下振动传感器激光校准装置，包括振动台(8)，所述振动台(8)用于为被校传感器(27)提供振动，其特征在于：还包括热真空系统、激光测振仪(2)及数据处理系统；所述热真空系统包括真空组件及温控组件(16)，所述真空组件包括真空度可调节的真空腔(7)，所述真空腔(7)的顶部设置有光学窗口(5)；所述温控组件(16)用于对真空腔进行温度控制；所述被校传感器(27)位于真空腔(7)内；所述光学窗口(5)内还设置有角锥棱镜(3)；所述激光测振仪(2)的出射光通过角锥棱镜(3)入射至被校传感器(27)上的靶点(26)，激光经靶点(26)反射再次通过角锥棱镜(3)回至激光测振仪(2)，激光测振仪(2)对被校传感器(27)振动量进行采集；所述数据处理系统对被校传感器(27)的测量信号及激光测振仪(2)的测量信号进行比较，从而校准传感器。

【技术特征摘要】
1.一种热真空条件下振动传感器激光校准装置，包括振动台(8)，所述振动台(8)用于为被校传感器(27)提供振动，其特征在于：还包括热真空系统、激光测振仪(2)及数据处理系统；所述热真空系统包括真空组件及温控组件(16)，所述真空组件包括真空度可调节的真空腔(7)，所述真空腔(7)的顶部设置有光学窗口(5)；所述温控组件(16)用于对真空腔进行温度控制；所述被校传感器(27)位于真空腔(7)内；所述光学窗口(5)内还设置有角锥棱镜(3)；所述激光测振仪(2)的出射光通过角锥棱镜(3)入射至被校传感器(27)上的靶点(26)，激光经靶点(26)反射再次通过角锥棱镜(3)回至激光测振仪(2)，激光测振仪(2)对被校传感器(27)振动量进行采集；所述数据处理系统对被校传感器(27)的测量信号及激光测振仪(2)的测量信号进行比较，从而校准传感器。2.根据权利要求1所述的热真空条件下振动传感器激光校准装置，其特征在于：所述真空腔(7)室内还设置有温度传感器及真空度传感器；所述数据处理系统包括上位机(17)；所述上位机(17)包括信号采集控制单元及信号调理集成采集卡；所述信号采集控制单元通过信号调理集成采集卡对被校传感器的测量信号、温度传感器的测量信号、真空度传感器的测量信号及激光测振信号进行采集；所述信号采集控制单元对采集到的电压信号进行物理量数值转换，即把电压量信号转换成代表实际物理量的温度、真空度及振动值；所述信号采集控制单元内部设定有振动台工作频率与幅值、温度值、真空度值及振动值；所述信号采集控制单元将设定的振动台工作频率与幅值转化为控制振动台信号的电压输入到振动控制系统中，控制振动台的工作；所述信号采集控制单元将采集到的温度、真空度及被校振动传感器的振动值与设定的数值进行对比，如果实际值与设定值有差异，则调节相应的温控组件(16)、真空组件及振动控制系统，直至两者相等。3.根据权利要求2所述的热真空条...

【专利技术属性】
技术研发人员：邝奇，陈海峰，张少博，董冬，陈聪，左明聪，白文义，邹伟龙，赵纳，赵涛，朱小江，李谦，
申请(专利权)人：西安航天动力试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61