[發(fā)明專(zhuān)利]一種單軸加速度傳感器的標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710169274.7
• 申請(qǐng)日: 2017-03-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107064561A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱志成
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01P21/00
• 分類(lèi)號(hào): G01P21/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 王東東

1.一種單軸加速度傳感器的標(biāo)定裝置，其特征在于，包括柔性懸臂梁、激光位移傳感器、壓電驅(qū)動(dòng)器、加速度傳感器、電荷放大器、壓電放大器、信號(hào)發(fā)生器、A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集卡及計(jì)算機(jī)；

所述柔性懸臂梁一端與基座固定稱(chēng)為固定端，另一端為自由端，所述加速度傳感器及激光位移傳感器安裝在柔性梁相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面上，所述壓電驅(qū)動(dòng)器粘貼在柔性懸臂梁靠近固定端的位置，將信號(hào)發(fā)生器的激勵(lì)信號(hào)通過(guò)壓電放大器輸出到壓電驅(qū)動(dòng)器上，所述加速度傳感器測(cè)量的柔性懸臂梁的加速度信號(hào)經(jīng)過(guò)電荷放大器放大后輸出到A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)，所述激光位移傳感器檢測(cè)柔性懸臂梁相應(yīng)點(diǎn)的橫向振動(dòng)位移信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)；

激光位移傳感器的安裝初始位置對(duì)準(zhǔn)加速度傳感器的測(cè)量軸線，即測(cè)量方向的幾何中心；

加速度傳感器為壓電式傳感器或電容式傳感器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單軸加速度傳感器的標(biāo)定裝置，其特征在于，所述壓電驅(qū)動(dòng)器至少由兩片壓電陶瓷片構(gòu)成。

3.一種應(yīng)用權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的單軸加速度傳感器的標(biāo)定裝置的標(biāo)定方法，其特征在于，包括如下步驟：

第一步，辨識(shí)得到該柔性懸臂梁的第一階振動(dòng)模態(tài)頻率；

第二步，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)頻率與第一階振動(dòng)模態(tài)頻率相同，經(jīng)過(guò)壓電放大器后驅(qū)動(dòng)壓電驅(qū)動(dòng)器，激勵(lì)柔性懸臂梁的第一階模態(tài)的振動(dòng)；

第三步，加速度傳感器檢測(cè)柔性懸臂梁振動(dòng)的加速度信息經(jīng)過(guò)電荷放大器及A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)，同時(shí)激光位移傳感器檢測(cè)柔性懸臂梁相應(yīng)點(diǎn)的橫向振動(dòng)位移信息經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集卡輸入計(jì)算機(jī)；

第四步，根據(jù)柔性懸臂梁測(cè)量點(diǎn)的橫向位移和加速度信號(hào)之間的關(guān)系，得到加速度信號(hào)的電壓值與測(cè)量加速度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而完成加速度傳感器的標(biāo)定。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的標(biāo)定方法，其特征在于，所述第四步中根據(jù)柔性懸臂梁測(cè)量點(diǎn)的橫向位移和加速度信號(hào)之間的關(guān)系，得到加速度信號(hào)的電壓值與測(cè)量加速度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，具體為：

激光位移傳感器測(cè)量的振動(dòng)橫向位移信號(hào)：

式中t代表時(shí)間變量，代表相位角，ω₁是柔性梁的第一階振動(dòng)模態(tài)頻率，A₁是橫向振動(dòng)位移信號(hào)的幅值，單位是“米(m)”；

加速度傳感器測(cè)量的振動(dòng)加速度信號(hào)：式中t代表時(shí)間變量，代表相位角，ω₁是柔性梁的第一階振動(dòng)模態(tài)頻率，A₂是橫向振動(dòng)加速度信號(hào)的幅值，模擬電壓信號(hào)，單位是“伏特(V)”；

由于測(cè)量的柔性懸臂梁上同一個(gè)點(diǎn)的位移和加速度信息，頻率ω₁都是柔性梁的第一階振動(dòng)模態(tài)頻率；位移和加速度信號(hào)二者是二階微分關(guān)系，所以也就是說(shuō)，單位是“伏特(V)”；

對(duì)位移信號(hào)兩次微分處理得到的加速度信號(hào)：

則

系數(shù)K_AV就是單位電壓對(duì)應(yīng)時(shí)間的加速度信息，從而對(duì)加速度傳感器的測(cè)量值進(jìn)行標(biāo)定。