一种振动传感器灵敏度高温校准方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种振动传感器灵敏度高温校准方法及装置，该方法包括：使用振动传感器灵敏度校准专用支撑框将灵敏度温度校准所需的振动激励装置、温度场环境控制装置、激光干涉测量及信号处理装置组合成一个系统，确保传感器校准时可同时实现激光干涉测量和温度环境场可控制；提供振动激励，采集传感器输出电压信号；采集外差激光干涉信号，利用相位展开法提取干涉信号相位；最后利用正弦逼近法拟合激光干涉信号相位和电压输出信号，实现振动传感器灵敏度幅值和相位校准，解决了现有振动传感器高温灵敏度校准精度不高的问题，该装置技术校准精度高、校准过程操作简单。校准过程操作简单。校准过程操作简单。

【技术实现步骤摘要】
一种振动传感器灵敏度高温校准方法及装置


[0001]本专利技术涉及振动传感器灵敏度高温校准
，具体是一种振动传感器灵敏度高温校准方法及装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国在太空技术、航空航发技术、核电技术等研究领域上的不断进步与发展，对精密仪器自动控制及监控、检测的要求也不断的提高，传感器能更好的克服外界环境因素的影响变得越来越重要。高温振动传感器是一种在高温环境下工作的振动测试仪器，它广泛的应用在高温环境下的冲击振动测试以及高温燃气涡轮发动机、飞机燃气涡轮机振动测试等领域。在传感器的使用过程当中，为了保证测量结果的正确性与统一性，确保高温环境下传感器能够精确测量，根据国家计量检定规程(JJG233
‑
2008、JJG 134
‑
2003)要求，必须定期对传感器灵敏度进行相应校准。但由于高温振动传感器工作环境的特殊性，在对其进行校准时不单要对其灵敏度进行精确测量，还要求对温度场环境进行控制，多重因素的影响增加了测量难度和装置成本。因此，国内大多数工厂及检测单位多采用成本较低的比较法进行振动传感器灵敏度高温振动校准。采用比较法进行振动校准的不确定度要比采用激光干涉绝对法振动校准大，并且由于比较法振动校准装置中温度试验箱和振动台振动延伸杆摩擦容易产生偏差，若使用高精度的振动台进行比较法振动校准则会导致振动校准实现成本过高，实现难度较大。
[0003]因此，针对目前高温振动传感器灵敏度校准精度不高、容易产生误差、实现成本高、实现难度大的不足，本专利技术提出一种校准精度较高、校准过程操作简便的振动传感器灵敏度高温校准方法及装置。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种振动传感器灵敏度高温校准方法及装置，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种振动传感器灵敏度高温校准方法，所述校准方法包括以下步骤：
[0007]S1：使用振动传感器灵敏度校准专用支撑框架将灵敏度温度校准所需的振动激励装置、温度场环境控制装置、激光干涉测量及信号处理装置组合成一个系统，确保传感器在校准时能够同时实现激光干涉测量和温度环境场灵活可控制；
[0008]S2:使用振动台产生振动激励，被校振动传感器敏感振动输出电压信号，使用高速数据采集卡采集传感器输出电压信号；
[0009]S3:使用外差式激光干涉测振仪测量被校振动传感器振动信息，输出干涉信号光，利用相位展开法提取出干涉信号相位；
[0010]S4:利用正弦逼近法拟合激光干涉信号相位和电压输出信号，计算出被校振动传感器灵敏度幅值和相移。
[0011]作为本专利技术再进一步的方案：所述振动激励装置包括信号发生器、功率放大器、振动台、陶瓷传递杆和镀金膜反射镜，信号发生器发生稳定正弦信号,经功率放大器放大后驱动振动台产生振动。所述振动台、陶瓷传递杆和镀金膜反射镜螺纹连接，陶瓷传递杆与振动台连接，镀金膜反射镜固定在传递陶瓷杆表面，陶瓷传递杆不仅将振动台产生的振动传递给固定在其表面的被校传感器，也将被校传感器置入温度场环境中心位置处。
[0012]作为本专利技术再进一步的方案：所述温度场环境控制装置包括智能温度控制器、半开式圆形温度腔、硅酸铝棉、密封钢圈、入射孔玻璃、加热丝和热电偶温度传感器组，智能温度控制器控制半开式圆形温度腔内温度场环境，所述智能温度控制器与加热丝、热电偶温度传感器接线柱连接，加热丝分别固定在半开式圆形温度腔内壁以及密封钢圈表面上，热电偶温度传感器悬置于半开式圆形温度腔内部，硅酸铝棉填充到半开式圆形温度腔内部形成保温层，入射孔玻璃固定在半开式圆形温度腔顶部通孔中，密封钢圈覆盖住底部支撑架顶端通孔并和陶瓷传递杆形成小间隙，利用空气本身具有良好的绝热性这一特点，使小间隙起到绝热密封作用。
[0013]作为本专利技术再进一步的方案：所述激光干涉测量及信号处理装置包括外差式激光干涉测振仪、被校振动传感器、信号处理器、高速数据采集卡和计算机，通过高速数据采集卡同步采集外差式激光干涉测振仪输出干涉信号光和被校振动传感器输出电压信号，使用计算机计算处理，所述被校传感器与信号处理器连接，信号处理器和外差式激光干涉测振仪与高速数据采集卡同步连接，高速数据采集卡与计算机连接。
[0014]作为本专利技术再进一步的方案：所述专用支撑框架包括底部支撑架、支撑立柱、顶部横梁、测振仪固定台、定滑轮、钢丝绳、可固定滑套、铅块、半开式圆形温度腔和升降手柄组成，所述底部支撑架与支撑立柱固定焊接，支撑立柱与顶部横梁固定焊接，顶部横梁与测振仪固定台固定连接，定滑轮螺纹固定在支撑立柱顶端，可固定滑套套在支撑立柱上并与半开式圆形温度腔固定在一起，固定滑套与钢丝绳一端连接，钢丝绳另一端连接铅块并通定滑轮悬置在支撑立柱中间，升降手柄固定在半开式圆形温度腔腔体上，并且此结构框架中底部支撑架设计为顶端为圆盘形并且在中心处留通孔，目的是为了与半开式圆形温度腔组成封闭温度场，同时将陶瓷传递杆上的被校振动传感器置入温度场环境中心位置。
[0015]作为本专利技术再进一步的方案：使用基于香农采样定理的采集方法——NS采集法直接采集高载波频率激光干涉信号，其中高载波频率是由外差式激光干涉仪中对参考光束加装布拉格盒进行调制实现的，调制后的参考光束与通过振动台反射回来的测量光束干涉产生携带振动信息的干涉信号光，使用光电信号接收器接收干涉信号光。使用高速数据采集卡直接采取被校振动传感器的电压输出信号，同时通过高速数据采集卡同步采集干涉信号。
[0016]作为本专利技术再进一步的方案：通过光电探测器转化激光干涉信号为电信号，使用标准正余弦正交基将干涉信号转换为两路相互正交的信号，使用的相位展开法对式两路干涉信号的相位进行提取，得到相位表达式。
[0017]作为本专利技术再进一步的方案：利用正弦逼近法对相位表达式进行拟合，构建矛盾方程组，使用最小二乘法解矛盾方程组得到振动位移表达式，对振动位移表达式进行微分得到被校振动传感器的振动速度以及加速度，利用正弦逼近法拟合被校准传感器输出电压信号得到电压信号幅值和初相，计算得到振动传感器灵敏度幅值和相移。
[0018]进一步的，所述使用正弦逼近法处理采集到的干涉信号相位以及电压输出信号具体为：
[0019]①
通过光电探测器转化激光干涉信号为电信号，由于振动台以正弦信号驱动产生激励，故接收器对采集的干涉信号描述为U
R
(t)：
[0020][0021]其中u
p
、λ分别为干涉信号峰值、初相以及波长；v
p
、s
p
为振动速度以及位移峰值；f
v
、为振动频率和初相。
[0022]②
利用标准正余弦正交基将干涉信号U
R
(t)转换为两路相互正交的信号,经过数字滤波后描述为：
[0023][0024]式中t
i
为采样时间,i＝0,1,2,
…
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种振动传感器灵敏度高温校准方法，其特征在于：所述校准方法包括以下步骤：S1：使用振动传感器灵敏度校准专用支撑框架将灵敏度温度校准所需的振动激励装置、温度场环境控制装置、激光干涉测量及信号处理装置组合成一个系统，确保传感器在校准时能够同时实现激光干涉测量和温度环境场灵活可控制；S2:使用振动台产生振动激励，被校振动传感器敏感振动输出电压信号，使用高速数据采集卡采集传感器输出电压信号；S3:使用外差式激光干涉测振仪测量被校振动传感器振动信息，输出干涉信号光，利用相位展开法提取出干涉信号相位；S4:利用正弦逼近法拟合激光干涉信号相位和电压输出信号，计算出被校振动传感器灵敏度幅值和相移。2.根据权利要求1所述的一种振动传感器灵敏度高温校准装置，其特征在于：所述振动激励装置包括振动信号发生器、功率放大器、振动台、陶瓷传递杆和镀金膜反射镜，振动信号发生器发生稳定正弦信号,经功率放大器放大后驱动振动台产生振动，所述振动台、陶瓷传递杆和镀金膜反射镜螺纹连接，陶瓷传递杆与振动台连接，镀金膜反射镜固定在传递陶瓷杆表面，陶瓷传递杆不仅将振动台产生的振动传递给固定在其表面的被校传感器，也将被校传感器置入温度场环境中心位置处。3.根据权利要求1所述的一种振动传感器灵敏度高温校准装置，其特征在于：所述温度场环境控制装置包括智能温度控制器、半开式圆形温度腔、硅酸铝棉、密封钢圈、入射孔玻璃、加热丝和热电偶温度传感器组，智能温度控制器控制半开式圆形温度腔内温度场环境，所述智能温度控制器与加热丝、热电偶温度传感器接线柱连接，加热丝分别固定在半开式圆形温度腔内壁以及密封钢圈表面上，热电偶温度传感器悬置于半开式圆形温度腔内部，硅酸铝棉填充到半开式圆形温度腔内部形成保温层，入射孔玻璃固定在半开式圆形温度腔顶部通孔中，密封钢圈覆盖住底部支撑架顶端通孔并和陶瓷传递杆形成小间隙，利用空气本身具有良好的绝热性这一特点，使小间隙起到绝热密封作用。4.根据权利要求1所述的一种振动传感器灵敏度高温校准装置，其特征在于：所述激光干涉测量及信号处理装置包括外差式激光干涉测振仪、被校振动传感器、信号处理器、高速数据采集卡和计算机，通过高速数据采集卡同步采集外差式激光干涉测振仪输出干涉信号光和被校振动传感器输出电压信号，使用计算机计算处理，所述被校传感器与信号处理器连接，信号处理器和外差式激光干涉测振仪与高速数据采集卡同步连接，高速数据采集卡与计算机连接。5.根据权利要求1所述的一种振动传感器灵敏度高温校准装置，其特征在于：所述专用支撑框架包括底部支撑架、支撑立柱、顶部横梁、测振仪固定台、定滑轮、钢丝绳、可固定滑套、铅块、半开式圆形温度腔和升降手柄组成，所述底部支撑架与支撑立柱固定焊接，支撑立柱与顶部横梁固定焊接，顶部横梁与测振仪固定台固定连接，定滑轮螺纹固定在支撑立柱顶端，可固定滑套套在支撑立柱上并与半开式圆形温度腔固定在一起，固定滑套与钢丝绳一端连接，钢丝绳另一端连接铅块...

【专利技术属性】
技术研发人员：左爱斌，王佳豪，刘爱东，杨丽峰，徐强，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：