[發明專利]一種傳感器頻響的拓寬方法有效

申請號：	202010986577.X	申請日：	2020-09-18
公開（公告）號：	CN112097895B	公開（公告）日：	2022-07-05
發明（設計）人：	陳泳;焦亮;王江波	申請（專利權）人：	江蘇東華測試技術股份有限公司
主分類號：	G01H17/00	分類號：	G01H17/00
代理公司：	南京眾聯專利代理有限公司 32206	代理人：	許小莉
地址：	214500 江蘇省泰州市靖江***	國省代碼：	江蘇;32
權利要求書：	查看更多	說明書：	查看更多
摘要：
搜索關鍵詞：	一種傳感器拓寬方法
鉆瓜網技術展會專利詞庫專利權人專利榜在售專利公布日期熱門專利

【說明書】：

本發明提供一種傳感器頻響的拓寬方法，該方法獲得傳感器頻響特性后，計算得到頻響修正系數，對其進行最小二乘法擬合，根據擬合后的多項式設計對應的任意頻率響應濾波器，獲得濾波器權系數，將濾波器權系數寫入DSP數字信號處理器中，對傳感器響應的數據進行時處理，實現傳感器的頻率響應范圍拓寬。本方法僅使用DSP數字信號處理器實時計算的方法就可以實現傳感器頻響的修正計算，根據擬合后的多項式設計對應的任意頻率響應濾波器，通過設計的任意頻率響應濾波器對傳感器響應的數據進行實時處理，此方法省去了常規修正所需的硬件電路，節約了成本。

技術領域：

本發明涉及一種傳感器頻響的拓寬方法，屬于傳感器測量技術領域。

背景技術：

傳感器頻響：傳感器的頻率響應特性，能夠正確測量的頻率范圍，在該頻率范圍內能夠保證采集的信號不失真。對于傳感器測量系統，可以理解為就是一個單自由度系統，從設計原理上決定了傳感器的頻響特性。常規的傳感器頻響拓展方法是在傳感器內部增加力反饋測量裝置，是通過反饋力(或力矩)與輸入力(或力矩)間的伺服平衡來測量輸入力，通過力的反饋可進一步的提高傳感器的頻率響應范圍，這種方法需要大量的機械結構與硬件電路實現。近年來，隨著工業物聯網、工業4.0、新基建等產業的快速發展，對于傳感器的需求也日益增多，但隨著越來越多的大型土木結構的出現，結構頻率越來越低，傳感器的頻域響應范圍將不足以滿足其測量需求，因此本技術發明在傳感器自身頻響范圍特性基礎上可進一步拓寬，提高傳感器頻響的適應性。

發明內容：

本發明的目的是針對上述存在的問題提供一種傳感器頻響的拓寬方法，獲得傳感器的頻率響應特性后，計算得到頻響修正系數，通過最小二乘算法對其進行多項式擬合，然后根據擬合后的多項式設計對應的任意頻率響應濾波器，通過設計的任意頻率響應濾波器，獲得濾波器的權系數，將濾波器權系數寫入DSP數字信號處理器中，對傳感器響應的數據進行實時處理，從而進一步拓寬傳感器的頻率響應范圍。

上述的目的通過以下的技術方案實現：

一種傳感器頻響的拓寬方法，該方法包括如下步驟：

步驟一：獲取傳感器頻響特性；

步驟二：計算修正系數：得到傳感器頻響特性后，對其進行倒數運算，得到對應頻率點的修正系數；

步驟三：進行最小二乘多項式擬合：得到各頻率點修正系數后，通過誤差的平方最小的方法，尋找對應修正系數的最佳函數匹配；

步驟四：設計任意頻率響應濾波器：得到修正系數擬合后的多項式，采用自適應模擬方法，設計任意頻率響應濾波器，使濾波器在特性頻率范圍內具有給定的幅頻響應和相位響應，設計出與修正系數擬合后的多項式匹配的濾波器，并獲得其濾波器權系數W；

步驟五：DSP實時處理：將計算得到的濾波器權系數W寫入DSP數字信號處理器中進行實時處理，通過DSP數字信號處理器實現傳感器頻響的實時修正與拓寬。

所述的傳感器頻響的拓寬方法，步驟一的具體方法是：

將傳感器剛性地安裝在振動臺臺面中心，在被測傳感器工作頻率范圍內，均勻地選擇7個頻率點，保持振動速度恒定進行激勵，分別測量各頻率點的輸出電壓值，計算出各點的速度靈敏度，根據公式計算得到與參考書讀靈敏度的相對偏差，即為傳感器的頻響特性，計算公式如下：

式中：e_fg為第g個頻率點的速度靈敏度與參考速度靈敏度的相對偏差；

S_g為第g個頻率點的速度靈敏度；

S_v為參考速度靈敏度。