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

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• 申請日: 2017-03-21
• 公開（公告）號: CN107064561A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱志成
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G01P21/00
• 分類號: G01P21/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 王東東

本發(fā)明公開了一種單軸加速度傳感器的標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法，包括柔性懸臂梁、激光位移傳感器、壓電驅(qū)動器、加速度傳感器、電荷放大器、壓電放大器、信號發(fā)生器、A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集卡及計(jì)算機(jī)；通過信號發(fā)生器產(chǎn)生的激振信號經(jīng)過壓電放大器后輸出到壓電驅(qū)動器，激勵柔性懸臂梁第一階模態(tài)振動，將加速度傳感器和激光位移傳感器分別檢測的振動信號經(jīng)過運(yùn)動控制卡進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)。根據(jù)位移和加速度的關(guān)系，解算得出加速度傳感器測量的電壓信號與實(shí)際加速度值之間的對應(yīng)關(guān)系。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及柔性結(jié)構(gòu)振動分析領(lǐng)域，具體涉及一種單軸加速度傳感器的標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

加速度傳感器在柔性結(jié)構(gòu)的振動測量與控制，結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。采用加速度傳感器測量信號進(jìn)行反饋控制和動力學(xué)分析的情況非常普遍。在反饋控制和動態(tài)分析中，采用的加速度傳感器有壓電式，壓阻式，電容式等等。他們檢測信號要么經(jīng)過電荷放大器放大，要么經(jīng)過內(nèi)置或外延放大電路放大后得到的是模擬量電壓信號。

如果需要精確知道電壓信號對應(yīng)實(shí)際加速度的測量值，現(xiàn)有技術(shù)需要專門的加速度傳感器標(biāo)定裝置，這樣就需要專門購買加速度傳感器的標(biāo)定裝置。標(biāo)定裝置應(yīng)用的情況不多，把加速度傳感器標(biāo)定后就不用了，還需要存放、維護(hù)和保養(yǎng)等。所以一般購買加速度傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的單位不購買加速度傳感器標(biāo)定裝置。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供一種單軸加速度傳感器的標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種單軸加速度傳感器的標(biāo)定裝置，包括柔性懸臂梁、激光位移傳感器、壓電驅(qū)動器、加速度傳感器、電荷放大器、壓電放大器、信號發(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的兩個側(cè)面上，所述壓電驅(qū)動器粘貼在柔性懸臂梁靠近固定端的位置，將信號發(fā)生器的激勵信號通過壓電放大器輸出到壓電驅(qū)動器上，所述加速度傳感器測量的柔性懸臂梁的加速度信號經(jīng)過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柔性懸臂梁相應(yīng)點(diǎn)的橫向振動位移信號經(jīng)過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準(zhǔn)加速度傳感器的測量軸線，即測量方向的幾何中心。

所述加速度傳感器為壓電式傳感器或電容式傳感器。

所述壓電驅(qū)動器至少由兩片壓電陶瓷片構(gòu)成。

一種應(yīng)用單軸加速度傳感器的標(biāo)定裝置的標(biāo)定方法，包括如下步驟：

第一步，辨識得到該柔性懸臂梁的第一階振動模態(tài)頻率；

第二步，信號發(fā)生器產(chǎn)生信號頻率與第一階振動模態(tài)頻率相同，經(jīng)過壓電放大器后驅(qū)動壓電驅(qū)動器，激勵柔性懸臂梁的第一階模態(tài)的振動；

第三步，加速度傳感器檢測柔性懸臂梁振動的加速度信息經(jīng)過電荷放大器及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)，同時激光位移傳感器檢測柔性懸臂梁相應(yīng)點(diǎn)的橫向振動位移信息經(jīng)過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)柔性懸臂梁測量點(diǎn)的橫向位移和加速度信號之間的關(guān)系，得到加速度信號的電壓值與測量加速度之間的對應(yīng)關(guān)系，從而完成加速度傳感器的標(biāo)定。

所述第四步中根據(jù)柔性懸臂梁測量點(diǎn)的橫向位移和加速度信號之間的關(guān)系，得到加速度信號的電壓值與測量加速度之間的對應(yīng)關(guān)系，具體為：

激光位移傳感器測量的振動橫向位移信號：

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