谐振式传感器振型测试仪制造技术

本发明专利技术涉及一种用于检测谐振式传感器振型的测试仪，主要由计算机、激励信号源、激光测振仪、数据采集卡组成，计算机控制激励信号源，以与被测谐振式传感器一个模态所对应的固有频率一致的激励信号，激励被测谐振式传感器，使之处于受迫振动状态，计算机通过其中的数据采集卡控制激光测振仪对被测谐振式传感器的振动元件进行空间扫描，测出被测谐振式传感器振动元件表面各点的振动信号，通过数据采集卡将激励信号和激光测振仪测出的振动信号采集到计算机中，计算出振动信号与激励信号的幅度和相位差，解算并绘制出被测谐振式传感器该模态对应的振型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于检测谐振式传感器振型的测试仪。
技术介绍
谐振式传感器是一种工作在以其某一阶模态或者某几阶模态组合的振动状态下的传感器，通过理论计算和有限元仿真分析的方法可以近似地算出谐振式传感器的一些模态所对应的振型，但由于材料特性、加工工艺等因素的影响，其结果往往与传感器的真实振型有一定的误差。测量谐振式传感器的振型，就必须测出其振动元件表面一些点振动信号的幅值，对于振动元件较大的传感器，例如科里奥利质量流量计，可以采用电容、电磁等位移传感器。但对于振动元件较小的传感器，例如硅微机械谐振式传感器，其结构尺寸在微米级，电容、电磁等，目前的位移传感器无法测得其振动表面多个点的振动信号，激光测振仪却具备测量这种微小结构尺寸振动信号的能力。目前，对于谐振式传感器的振型通常采用理论分析和有限元仿真的方法来进行分析和仿真，还没有专利或其它公开发表的文献阐述关于谐振式传感器振型测试方面的研究成果。对谐振式传感器振型的测试是谐振式传感器研制中的一个重要需求，通过精确地测量谐振式传感器的振型，对谐振式传感器的研究有着指导性的帮助。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种能够测量谐振式传感器振型的谐振式传感器振型测试仪。本专利技术的技术解决方案谐振式传感器振型测试仪，其特征在于包括计算机、激励信号源、被测谐振式传感器、激光测振仪、数据采集卡，激励信号源的输入端通过串行接口与计算机连接，其输出端与被测谐振式传感器连接，在计算机的控制下产生与被测谐振式传感器模态所对应的固有频率一致的激励信号，通过数据采集卡采集该激励信号后送至计算机；激光测振仪与被测的被测谐振式传感器输出端相接，测量被测谐振式传感器振动元件的振动信号，该振动信号通过数据采集卡采集后送至计算机中；计算机通过计算激励信号和振动信号的幅度和相位差，解算和绘制出被测谐振式传感器对应模态的振型。本专利技术的原理计算机控制激励信号源，以与被测谐振式传感器一个模态所对应的固有频率一致的激励信号，激励被测谐振式传感器，使之处于受迫振动状态，计算机通过其中的数据采集卡控制激光测振仪对被测谐振式传感器的振动元件表面进行空间扫描，测出被测谐振式传感器振动元件表面各点的振动信号，通过数据采集卡将激励信号和激光测振仪测出的振动信号采集到计算机中，通过算出振动信号与激励信号的幅度和相位差，解算并绘制出被测谐振式传感器该模态对应的振型。本专利技术与现有技术相比的优点由于利用计算机将测量谐振式传感器振型的仪器连接到了一起，通过软件设计，实现了对谐振式传感器振型的自动化测量；通过测量谐振式传感器激励信号和振动信号相位差的方法，能够精确地确定谐振式传感器振型的节点。相对于采用理论分析和有限元仿真的方法，本专利技术能够精确地测出的谐振式传感器的实际振型。附图说明图1为谐振式传感器振型测试仪的结构示意图；图2为本专利技术自动测试谐振式传感器振型的软件流程图；图3为本专利技术计算机中的测试软件的界面图；图4为本专利技术所述的谐振式传感器振型测试仪所测得的一个振膜谐振式传感器固有频率为21566.9Hz的模态所对应的振型。具体实施例方式如图1所示，本专利技术由计算机1、激励信号源2、被测谐振式传感器3、激光测振仪4、数据采集卡5，激励信号源2通过串行接口与计算机1连接，激励信号源2的输入端通过串行接口与计算机1连接，其输出端与被测谐振式传感器连接，在计算机1的控制下产生与被测谐振式传感器3模态所对应的固有频率一致的激励信号，通过数据采集卡5采集该激励信号后送至计算机；激光测振仪4与被测的被测谐振式传感器3输出端相接，测量被测谐振式传感器3振动元件的振动信号，该振动信号通过数据采集卡5采集后送至计算机中；计算机1通过计算激励信号和振动信号的幅度和相位差，解算和绘制出被测谐振式传感器3对应模态的振型。通过激励信号和被测谐振式传感器3振动元件上各点振动信号的幅度，计算出被测谐振式传感器3振动元件上各点振动信号和激励信号的幅度比，通过激励信号和被测谐振式传感器3振动元件上各点振动信号的相位差的变化确定出被测谐振式传感器3振型的节点，从而唯一的解算出被测谐振式传感器3对应模态的振型，然后将其绘制显示在显示器上。数据采集卡5选用NI PCI-6111E数据采集卡，激励信号源2采用了HP 33120A信号发生器，激光测振仪4是Polytec激光多普勒测振仪。本专利技术的谐振式传感器振型测试仪的具体测试功能由计算机中1通过软件来实现的，计算机1中通过软件由数据采集卡5向激光测振仪4发送坐标信息，控制激光测振仪4对被测谐振式传感器3振动元件的表面进行空间扫描。为了灵活、高效地测试，根据不同的测试目的，本专利技术主要提供两种控制模式，第一种是手动扫描控制模式。在该模式下可以通过软件提供的控制面板，将激光束定位于一点，测试该点振动的振动参数。第二种是自动扫描模式，用于自动测试谐振式传感器的振型，软件流程如图2所示，通过图3所示的人机交互界面，输入扫描范围和扫描步长，并确定扫描的起始位置，选择开始扫描，在计算机控制下，在选定的扫描范围内，以选定的扫描步长，逐点进行空间扫描，测出被测谐振式传感器3对应模态的振型，然后在显示器上显示出来。计算机1中的测试软件通过对采集到的激励信号和振动信号进行一定的滤波处理，算出振动信号的幅值和振动信号与激励信号的相位差，然后解算出被测谐振式传感器3的相应振型，并在计算机1的屏幕上显示出来，如图3所示。图4是本专利技术所述的谐振式传感器振型测试仪所测得的一个振膜谐振式传感器固有频率为21566.9Hz的模态所对应的振型。图4中(a)为该传感器振膜振动的振幅，(b)为振膜振动信号和激励信号的相位差，(c)为由(a)和(b)分析得出的该振膜谐振式传感器固有频率为21566.9Hz的模态所对应的振型。权利要求1.谐振式传感器振型测试仪，其特征在于包括计算机(1)、激励信号源(2)、被测谐振式传感器(3)、激光测振仪(4)、数据采集卡(5)，激励信号源(2)的输入端通过串行接口与计算机(1)连接，其输出端与被测谐振式传感器连接，在计算机(1)的控制下产生与被测谐振式传感器(3)模态所对应的固有频率一致的激励信号，通过数据采集卡(5)采集该激励信号后送至计算机；激光测振仪(4)与被测的被测谐振式传感器(3)输出端相接，测量被测谐振式传感器(3)振动元件的振动信号，该振动信号通过数据采集卡(5)采集后送至计算机中；计算机(1)通过计算激励信号和振动信号的幅度和相位差，解算和绘制出被测谐振式传感器(3)对应模态的振型。全文摘要本专利技术涉及一种用于检测谐振式传感器振型的测试仪，主要由计算机、激励信号源、激光测振仪、数据采集卡组成，计算机控制激励信号源，以与被测谐振式传感器一个模态所对应的固有频率一致的激励信号，激励被测谐振式传感器，使之处于受迫振动状态，计算机通过其中的数据采集卡控制激光测振仪对被测谐振式传感器的振动元件进行空间扫描，测出被测谐振式传感器振动元件表面各点的振动信号，通过数据采集卡将激励信号和激光测振仪测出的振动信号采集到计算机中，计算出振动信号与激励信号的幅度和相位差，解算并绘制出被测谐振式传感器该模态对应的振型。文档编号G01H9/00GK1834597SQ20061001168公开日2006本文档来自技高网...

【技术保护点】
谐振式传感器振型测试仪，其特征在于包括：计算机（１）、激励信号源（２）、被测谐振式传感器（３）、激光测振仪（４）、数据采集卡（５），激励信号源（２）的输入端通过串行接口与计算机（１）连接，其输出端与被测谐振式传感器连接，在计算机（１）的控制下产生与被测谐振式传感器（３）模态所对应的固有频率一致的激励信号，通过数据采集卡（５）采集该激励信号后送至计算机；激光测振仪（４）与被测的被测谐振式传感器（３）输出端相接，测量被测谐振式传感器（３）振动元件的振动信号，该振动信号通过数据采集卡（５）采集后送至计算机中；计算机（１）通过计算激励信号和振动信号的幅度和相位差，解算和绘制出被测谐振式传感器（３）对应模态的振型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：樊尚春，蔡晨光，邢维巍，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]