一种基于相位共振的单传感器高加速度振动传感器校准方法技术

本发明专利技术公开了一种基于相位共振的单传感器高加速度振动传感器校准方法，属于振动传感器计量领域。主要包括：利用谐振放大机构生成具有高加速度幅值的正弦振动信号；采集被校准传感器的信号相位，并通过相位共振方法追踪维持谐振峰值；最后基于精确的外差激光干涉方法测量被校传感器的精确加速度幅值，结合传感器回传。回传。回传。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相位共振的单传感器高加速度振动传感器校准方法


[0001]本专利技术属于振动传感器计量领域，更为具体地讲，尤其涉及高加速度的振动传感器计量。

技术介绍

[0002]高加速度传感器作为监测振动和冲击必不可缺的重要组件，在载具和工业中有着广泛应用。高加速度振动指的是物体结构的剧烈和持续的振动。通常高加速度的振动会对物体中某些薄板结构造成结构损坏。例如，在飞行载具和宇航器的工作过程中，某些部件和发动机的一些薄板结构会因高加速度振动的激发而发生疲劳形变，甚至直接被破坏，从而将影响载具的正常运行。为了确认加速度传感器的性能，必须通过振动台来对传感器的性能进行校准。随着人类在太空探索和飞行技术上的不断进步，开发一种高精度、适用的振动校准方法，准确地确定高加速传感器的性能尤为重要。
[0003]目前，使用谐振放大机构的高加速度振动传感器校准方法需要进行谐振驻留。基于相位共振原理的谐振驻留法具有抗干扰能力强、动态性能好、测量频率范围宽等优势，能够实现高精度的高加速度振动控制测量，但其测量系统复杂、成本高、灵活性较差，且难以用于大质量振动传感器的校准。单传感器方法具有高效、灵活、高精度与低成本等优势。由于激励信号相位不变特性，故可通过被校传感器配合发生信号对其自身进行谐振驻留，因此提出单传感器校准方法在提高测量精度的同时降低测量系统复杂度与成本，且提高灵活性。
[0004]因此，针对目前谐振式高加速度仿生装置为解决谐振驻留，需要使用多个标准传感器进行校准，存在的系统复杂、成本高、灵活性差、测量精度有限的问题，本专利技术提供了一种高效、灵活、准确的基于相位共振的单传感器高加速度振动传感器校准方法，本专利技术方法通过对被校传感器的信号相位进行测量，简化了校准装置和所需设备。下面结合附图和具体的实施实例对本专利技术做出详细描述。

技术实现思路

[0005]针对目前谐振式高加速度振动台为解决频率偏移问题进行反馈控制，进而使用过多的标准传感器。测量系统成本高、灵活性差、测量人为误差大、对校准环境要求高等不足；
[0006]本专利技术提供了一种高效、灵活、准确的基于相位共振的单传感器高加速度振动传感器校准方法，包括：
[0007]使用被校传感器信号的振动控制方法：进行高幅值的振动校准涉及到使用谐振放大装置，必然需要对谐振进行控制保证振动幅值的稳定性，原有控制方法需要在谐振放大机构和振动台台面安装标准传感器，监测振动状态，进而维持振动幅值。本专利技术基于被校传感器相位趋势不变的特性，将被校传感器振动信号的相位与激励信号的相位进行计算，得到的相位差作为控制激励信号的参考量；
[0008]振动台与谐振放大机构的统合控制：由于振动信号相位的一致性，在实际的振动
试验中，振动控制可将振动台视为黑箱结构，并不关心其系统方程的具体形式。所以本方法利用相位共振方，可将电磁振动台的台面与线圈结构视为谐振放大机构的一部分进行控制，同样不涉及振动台传递函数的具体形式。
[0009]本方法利用激励信号作为传递函数输入端对振动台与谐振结构进行统合控制；
[0010]一种基于相位共振的单传感器高加速度振动传感器校准方法，所述测量方法包括以下步骤，
[0011]S1：在支撑机构
‑
谐振梁组成的谐振放大机构上安装被校传感器，信号源发出振动信号至功率放大器，使振动台处于正常工作的状态；
[0012]S2：实时采集被校传感器的振动信号和信号源的振动信号，根据两个振动信号之间的相位差搜寻共振激励点，并记录和储存扫频频响数据；
[0013]S3：逐渐加大信号源激励信号功率，并通过调节信号源激励信号频率维持谐振放大机构的相位共振状态，使谐振梁达到所需加速度；
[0014]S4：使用激光干涉仪测量被校准传感器的速度信号，解算得出其振动相位与实际加速度，并与被校传感器的回传电压信号对比，得到被校传感器灵敏度与相位偏移测量结果。
[0015]所述维持谐振放大机构相位共振状态，具体包括：
[0016](1)信号相位的采集；
[0017]进行反馈补偿的相位差是通过采集和分析被校传感器和激励信号源的波形信号，计算它们的相位的差值得到；
[0018](2)调节频率锁定相位差；
[0019]谐振放大机构共振状态的维持，即谐振驻留，是通过对相位差信号的锁定跟踪，并反馈调节信号源的激励频率实现。
[0020]校准过程中对振动台和谐振放大机构的控制与调节，其反馈信号均是通过被校传感器或信号源自身发出得到的，并未借助其他标准传感器或测量方法与装置。
[0021]最终校准传感器的灵敏度与相位通过激光干涉法进行，并得到溯源。另外当不需要进行溯源校准时，其亦可由其余测量法，例如标准传感器得到最终校准数据，但此标准传感器可不参与振动控制。
[0022]基于相位共振的单传感器高加速度振动传感器校准使用的校准装置，该装置主要包括：谐振放大机构、振动台、功率放大器、激光干涉仪、信号调理仪、信号源、控制电脑或示波采集装置。
[0023]谐振放大机构由支撑机构和谐振梁组成，固定在振动台的台面上；被校传感器固定在谐振梁上的安装位置；信号源的输出信号通过功率放大器控制振动台，同时接入控制电脑或示波采集装置；激光干涉仪的激光信号对准振动台的振动轴向，测量被校传感器，其输出信号接入数据储存器进行解算；控制电脑或示波采集装置对信号调理仪处理的被校传感器信号与信号源激励信号进行比较分析，借此调节或控制信号源信号，并最终保存与显示校准结果。
[0024]本专利技术平面运动位移及轨迹测量方法具有如下优势：
[0025]⑴
本专利技术方法稳定、可靠、实用，可同时适用于不同频率与加速度范围的振动传感器校准。
[0026]⑵
本专利技术方法校准过程简单、灵活、高效、系统成本低，对于不同频率范围的高加速度校准无需标准传感器。
[0027]⑶
本专利技术方法通过对激励信号和被校传感器的相位监测实现高精度的谐振稳定控制。
[0028]⑷
本专利技术方法属于振动传感器校准方法，能够实现一定频率范围内的高加速度振动幅值稳定与校准。
[0029]⑸
本专利技术方法将被校准传感器的信号进行利用，在保证校准精度的前提下，简化控制系统，降低成本，同时提高了谐振放大机构的最大载重，为更大质量的传感器校准提供一种行之有效的途径。
附图说明
[0030]附图1为本专利技术方法具体实施实例装置示意图。
[0031]附图2为基于相位共振的单传感器高加速度振动传感器校准流程图。
[0032]附图3为无标准传感器的谐振驻留控制流程图。
具体实施方式
[0033]为解决现有校准方法需要使用多个标准传感器进行谐振驻留，存在的系统复杂、成本高、灵活性差、测量精度有限的问题，本专利技术提供了一种高效、灵活、准确的基于相位共振的单传感器高加速度振动传感器校准方法，本专利技术方法通过对被校传感器的信号相位进行测量，简化了校准装置和所需设备。下面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相位共振的单传感器高加速度振动传感器校准方法，其特征在于所述测量方法包括以下步骤，S1：在支撑机构
‑
谐振梁组成的谐振放大机构上安装被校传感器，信号源发出振动信号至功率放大器，使振动台处于正常工作的状态；S2：实时采集被校传感器的振动信号和信号源的振动信号，根据两个振动信号之间的相位差搜寻共振激励点，并记录和储存扫频频响数据；S3：逐渐加大信号源激励信号功率，并通过调节信号源激励信号频率维持谐振放大机构的相位共振状态，使谐振梁达到所需加速度；S4：使用激光干涉仪测量被校准传感器的速度信号，解算得出其振动相位与实际加速度，并与被校传感器的回传电压信号对比，得到被校传感器灵敏度与相位偏移测量结果。2.根据权利要求1所述的一种基于相位共振的单传感器高加速度振动传感器校准方法，其特征在于：所述维持谐振放大机构相位共振状态，具体包括：(1)信号相位的采集；进行反馈补偿的相位差是通过采集和分析被校传感器和激励信号源的波形信号，计算它们的相位的差值得到；(2)调节频率锁定相位差；谐振放大机构共振状态的维持，即谐振驻留，是通过对相位差信号的锁定跟踪，并反馈调节信号源的激励频率实...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕琦，程然，蔡晨光，刘志华，翟国栋，夏岩，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：