振动位移传感器静态校准系统及其校准方法与流程

本发明涉及机械振动测量技术领域，特别是涉及一种振动位移传感器静态校准系统及校准方法。

背景技术：

振动位移传感器是振动测量中的重要测量元件，被广泛应用于各领域的监控和测量。但是，振动位移传感器在制造过程中和使用一段时间后要对其输出灵敏度进行标定，通常采用振动位移传感器校准装置对振动位移传感器进行校准。

如图1所示，现有的振动位移传感器校准装置主要包括基座01、数字万用表02、前置放大器03、直流稳压电源04、被校准位移传感器05、固定卡套06、测砧07、数显螺旋测微器08。

校准前将数显螺旋测微器08和被校准位移传感器05固定好，将测砧07固定在数显螺旋测微器08的测杆上；校准时，使用稳压电源04为被校准位移传感器05供电，数字万用表02测量其输出信号；将数显螺旋测微器08旋转至与被校准位移传感器05相接触的位置，按下数显螺旋测微器08的归零按钮，并读出数字万用表02的输出值，此时数字万用表02的输出值为零位输出值；按照规定的间隔调整数显螺旋测微器08的行程，并逐点记录数字万用表02的输出值，待所有测量点输出值记录完毕后，对数据进行计算处理。

使用现有的振动位移传感器校准装置进行校准，需要校准人员手动调整数显螺旋测微器08的位移值、手动记录数字万用表02的输出值并处理数据，效率低；在调整零位和每个校准点时，每个独立测量循环或者不同的校准员进行操作时，会引入偏差，精度低，且其数据处理计算采用最小二乘法，计算过程复杂，若稍有疏忽，容易出现错误，不能满足实际的需求。

因此，如何提高振动位移传感器的校准精度是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的是提供一种振动位移传感器静态校准系统及校准方法，可以提高对振动位移传感器进行校准时的效率和校准精度。

本申请提供了一种振动位移传感器校准系统，包括：安装于基座的光栅式位移校准器，所述光栅式位移校准器包括测杆、光栅尺、板卡，所述测杆暴露于所述光栅式位移校准器的外部的端部为第一端，所述测杆置于所述光栅式位移校准器的内部的端部为第二端，所述压电元件设置于所述测杆的第一端，所述光栅尺设置于所述测杆的第二端，与所述电压元件相连接的导线和与所述光栅尺相连接的导线均与所述板卡相连接，所述板卡与所述计算机设备相通信连接；用于与被校准振动位移传感器相接触的测砧，所述测砧安装于所述测杆的第一端，且所述测砧与所述压电元件相电连接；用于安装被校准振动位移传感器的夹持架，所述夹持架设置于所述基座且与所述测杆的第一端相对设置，所述测杆能够沿着朝向靠近或远离所述夹持架的方向运动；数据采集器，所述数据采集器的信号输入端用于与被校准振动位移传感器相电连接；所述数据采集器的信号输出端与所述计算机设备的信号输入端相电连接；计算机设备，所述计算机设备与所述数据采集器的信号输出端相电连接，同时，所述计算机设备与所述位移校准器相通信连接。

优选地，所述光栅式位移校准器还设置有导轨，所述测杆沿着所述导轨朝向靠近或远离所述夹持架的方向运动。

优选地，所述光栅式位移校准器还包括电机和与所述电机相连接的传动副，所述电机与所述计算机设备通信连接，所述传动副与所述测杆的第二端相连接，所述电机用于驱动所述传动副转动，所述传动副带动所述测杆沿着朝向靠近或远离所述夹持架的方向运动。

优选地，所述基座还设置有导轨槽，所述夹持架能够沿着所述导轨槽朝向或靠近所述位移校准器的方向运动；所述夹持架还设置有锁紧机构，所述锁紧机构用于将所述夹持架紧固于所述导轨槽。

优选地，所述基座还设置有多个调整件，多个所述调整件均置于所述基座的底部。

优选地，所述测杆的第一端设置有内槽，所述压电元件设置于所述内槽且与所述压电元件相连接的导线贯穿所述测杆并穿过所述测杆的第二端与所述板卡相连接。

优选地，所述测砧为盘式测砧。

同时，本申请还提供了一种振动位移传感器校准系统的校准方法，所述振动位移传感器校准系统的校准方法使用如上所述的振动位移传感器校准系统，包括如下步骤：步骤一：将被校准震动位移传感器安装于所述夹持架，并将所述测砧安装于所述测杆的第一端，待所述计算机设备出现所述压电元件的跳变信号时，所述测砧安装到位，并将所述压电元件的跳变信号复位；步骤二：所述计算机设备向所述光栅式位移校准器发送信号，所述光栅式位移校准器接收到信号后，所述测杆朝向靠近所述被校准振动位移传感器的方向运动，使得所述测砧与被校准振动位移传感器相接触，所述压电元件触发跳变信号，所述计算机设备接收到此跳变信号，此时，所述光栅式位移校准器接收到所述计算机设备发出信号，所述测杆停止运动，所述数据采集器测出被校准振动位移传感器的零位输出信号并将该零位输出信号传输至所述计算机设备，同时所述光栅尺读数复位；步骤三：所述计算机设备向所述光栅式位移校准器发送信号，所述光栅式位移校准器接收到信号后，所述测杆朝向远离所述被校准振动位移传感器的方向运动，当所述光栅尺测得所述测杆的位移与被校准震动位移的满量程相同时，所述光栅式位移校准器接收到来自所述计算机设备的信号，所述测杆停止运动，所述数据采集器测出被校准振动位移传感器的满量程输出信号并将该满量程输出信号传输至计算机设备，所述计算机设备通过计算，得到被校准振动位移传感器的零值误差，完成零值误差校准；步骤四：待完成零值误差校准后，根据被校准振动位移传感器的量程设置多个测量点，通过所述计算机设备的控制，改变所述光栅式位移校准器的测量距离，所述数据采集器可以依次得到各个测量点的输出信号，所述计算机设备接收并记录各个测量点的输出信号并根据测得的数据进行计算，得到被校准振动位移传感器的静态灵敏度、静态幅值线性度、回程误差和幅值重复性。

优选地，在步骤四中，包括被校准振动位移传感器的上限值点和下限制点在内，根据被校准振动位移传感器的量程共分为十一个测量点。

优选地，多次重复步骤四。

本申请所提供的一种振动位移传感器校准系统，包括：安装于基座的光栅式位移校准器，光栅式位移校准器包括测杆、光栅尺、板卡，测杆暴露于光栅式位移校准器的外部的端部为第一端，测杆置于所述光栅式位移校准器的内部的端部为第二端，压电元件设置于所述测杆的第一端，光栅尺设置于所述测杆的第二端，与电压元件相连接的导线和与光栅尺相连接的导线均与板卡相连接，板卡与计算机设备相通信连接；用于与被校准振动位移传感器相接触的测砧，测砧安装于所述测杆的第一端，且测砧与压电元件相电连接；用于安装被校准振动位移传感器的夹持架，夹持架设置于所述基座且与测杆的第一端相对设置，测杆能够沿着朝向靠近或远离夹持架的方向运动；数据采集器，数据采集器的信号输入端用于与被校准振动位移传感器相电连接；数据采集器的信号输出端与计算机设备的信号输入端相电连接；计算机设备，计算机设备与数据采集器的信号输出端相电连接，同时，计算机设备与位移校准器相通信连接。与现有技术相比，通过利用计算机设备控制光栅式位移校准器的测杆的行程并利用光标尺测量测杆的行程，从而可以对被校准振动位移传感器的测量点进行测量，并且每次测量时，数据采集器均会将采集的测量数据传输至计算机设备，计算机设备将相应的数据信号进行记录，并预先在计算机设备中输入相应的算法，计算机设备将数据根据算法进行计算，即可得到被校准振动位移传感器的相应的标准值，从而，可以提高对振动位移传感器进行校准时的效率和校准精度。

同时，本申请还提供了一种振动位移传感器校准系统的校准方法，振动位移传感器校准系统的校准方法使用如上所述的振动位移传感器校准系统，包括如下步骤：步骤一：将被校准震动位移传感器安装于夹持架，并将测砧安装于测杆的第一端，待计算机设备出现压电元件的跳变信号时，测砧安装到位，并将压电元件的跳变信号复位；步骤二：计算机设备向光栅式位移校准器发送信号，光栅式位移校准器接收到信号后，测杆朝向靠近被校准振动 位移传感器的方向运动，使得测砧与被校准振动位移传感器相接触，压电元件触发跳变信号，计算机设备接收到此跳变信号，此时，光栅式位移校准器接收到计算机设备发出信号，测杆停止运动，数据采集器测出被校准振动位移传感器的零位输出信号并将该零位输出信号传输至计算机设备，同时光栅尺读数复位；步骤三：计算机设备向光栅式位移校准器发送信号，光栅式位移校准器接收到信号后，测杆朝向远离被校准振动位移传感器的方向运动，当光栅尺测得测杆的位移与被校准震动位移的满量程相同时，光栅式位移校准器接收到来自计算机设备的信号，测杆停止运动，数据采集器测出被校准振动位移传感器的满量程输出信号并将该满量程输出信号传输至计算机设备，计算机设备通过计算，得到被校准振动位移传感器的零值误差，完成零值误差校准；步骤四：待完成零值误差校准后，根据被校准振动位移传感器的量程设置多个测量点，通过计算机设备的控制，改变光栅式位移校准器的测量距离，数据采集器可以依次得到各个测量点的输出信号，计算机设备接收并记录各个测量点的输出信号并根据测得的数据进行计算，得到被校准振动位移传感器的静态灵敏度、静态幅值线性度、回程误差和幅值重复性。与现有技术相比，通过利用计算机设备控制光栅式位移校准器的测杆的行程并利用光标尺测量测杆的行程，从而可以对被校准振动位移传感器的测量点进行测量，并且每次测量时，数据采集器均会将采集的测量数据传输至计算机设备，计算机设备将相应的数据信号进行记录，并预先在计算机设备中输入相应的算法，计算机设备将数据根据算法进行计算，即可得到被校准振动位移传感器的相应的标准值，从而，可以提高对振动位移传感器进行校准时的效率和校准精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中振动位移传感器校准装置的结构示意图；

图2为本申请所提供的具体实施方式中振动位移传感器静态校准系统的结构示意图；

图3为图2所示振动位移传感器静态校准系统中光栅式位移校准器的结构示意图；

其中，图1中：

01基座、02数字万用表、03前置放大器、04直流稳压电源、05被校准位移传感器、06固定卡套、07测砧、08数显螺旋测微器；

图2至图3中：

1光栅式位移校准器、2压电元件、2-1电机、2-2传动副、2-3导轨、2-4测杆、2-5光栅尺、2-6板卡、3测砧、4锁紧机构、5被校准振动位移传感器、6基座、7数据采集器、8夹持架、9紧固件、10计算机设备、11调整件。

具体实施方式

本发明公开了一种振动位移传感器静态校准系统及校准方法，可以提高对振动位移传感器进行校准时的效率和校准精度。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图2和图3，其中图2为为本申请所提供的具体实施方式中振动位移传感器静态校准系统的结构示意图，图3为图2所示振动位移传感器静态校准系统中光栅式位移校准器的结构示意图。

在本具体实施方式中，一种振动位移传感器校准系统，包括：光栅式位移校准器1、基座6、测砧3、夹持架8、数据采集器7和计算机设备10，其中，光栅式位移校准器1和夹持架8安装于基座6。

光栅式位移校准器1包括测杆2-4、光栅尺2-5、压电元件2和板卡2-6，测杆2-4暴露于光栅式位移校准器1的外部的端部为第一端，测杆2-4置于光栅式位移校准器1的内部的端部为第二端，压电元件2设置于测杆2-4的第一 端，光栅尺2-5设置于测杆2-4的第二端，与电压元件相连接的导线和与光栅尺2-5相连接的导线均与板卡2-6相连接，板卡2-6与计算机设备10相通信连接；测杆2-4能够沿着朝向靠近或远离夹持架8的方向运动；测砧3安装于测杆2-4的第一端，且测砧3与压电元件2相电连接，测砧3用于与被校准振动位移传感器5相接触；被校准振动位移传感器5安装于夹持架，夹持架设置于基座6且夹持架与测杆2-4的第一端相对设置；数据采集器7的信号输入端用与被校准振动位移传感器5相电连接；数据采集器7的信号输出端与所述计算机设备10相电连接；计算机设备10与数据采集器7的信号输出端相电连接，同时，计算机设备10与光栅式位移校准器1相通信连接。

如此设置，当对被校准振动位移传感器5进行校准时，将被校准振动位移传感器5安装于夹持架8，计算设备控制测杆2-4沿着朝向夹持架8的方向运动，当设置于测杆2-4的第一端的测砧3与被校准振动位移传感器5相接触，使得动压电元件2触发跳变信号，计算机设备10接收到压电元件2的跳变信号时，会在计算机设备10的屏幕中显现，此时数据采集器7可以根据设定进行数据采集，并将数据信号传递至计算机设备10，计算机设备10将接收来自数据采集器7的数据信号，并将数据信号进行记录。根据被校准振动位移传感器5的满量程来设定测量点，光标尺用于测定测杆2-4的具体行程，通过计算机设备10控制，可以改变测杆2-4的行程，从而可以对测量点进行依次测量，每次测量时，数据采集器7均会将相应的数据传输至计算机设备10，计算机设备10记录相应的数据，然后计算机设备10根据所记录的数据通过算法，可以得到被校准振动位移传感器5的零值误差、静态灵敏度、静态幅值线性度、回程误差和幅值重复性等数据。

与现有技术相比，通过利用计算机设备10控制光栅式位移校准器1的测杆2-4的行程并利用光标尺测量测杆2-4的行程，从而可以对被校准振动位移传感器5的测量点进行测量，并且每次测量时，数据采集器7均会将采集的测量数据传输至计算机设备10，计算机设备10将相应的数据信号进行记录，并预先在计算机设备10中输入相应的算法，计算机设备10将数据根据算法进行计算，即可得到被校准振动位移传感器5的相应的标准值，从而，可以提高对振动位移传感器进行校准时的效率和校准精度。

需要说明的是，在本具体实施方式中，为了便于描述对测杆2-4的两个端部进行再命名，其中，测杆2-4置于光栅式位移校准器1的外部的端部为第一端，测杆2-4置于光栅式位移校准器1的内部的端部为第二端，当然，也不排除采用的命名方式，对测杆端部的再命名不能作为限定保护范围的依据。

还需要说明的是，在本具体实施方式中，由于被校准振动位移传感器5安装于夹持架8，测杆2-4朝向靠近加持件的方向运动即测杆2-4朝向靠近被校准振动位移传感器5的方向运动，反之依然。

需要进一步说明的是，在本具体实施方式中，测砧3为盘式测砧，根据被校准振动位移传感器5的具体测量材料选择相应的盘式测砧，当然，也不排除采用其他形式的测砧。

在进一步的方案中，光栅式位移校准器1还设置有导轨2-3，测杆2-4沿着导轨2-3朝向靠近或远离夹持架8的方向运动。如此，通过设置导轨2-3，保证测杆2-4沿着导轨2-3进行运动，可以保证测杆2-4在运动过程中的稳定性，从而可以提高测量结果的准确性。

需要说明的是，在本具体实施方式中，导轨2-3的具体形状和尺寸是根据光栅式振动位移传感器的具体尺寸以及测杆的具体尺寸进行限定的。

此外，光栅式位移校准器1还包括电机2-1和与电机2-1相连接的传动副2-2，电机2-1与计算机设备10通信连接，传动副2-2与测杆2-4的第二端相连接，电机2-1用于驱动传动副2-2转动，传动副2-2带动测杆2-4沿着朝向靠近或远离夹持架8的方向运动。如此，传动副2-2可以将光标尺的角位移量转换为线位移量，使得光栅式位移校准器1以光栅尺2-5测得的实际位移量作为反馈信号传输至计算机设备10，如此可以在进行测量时，通过计算机设备10控制电机2-1的转动方向以及开启或停止，从而可以控制测杆2-4的运动方向和行程，进而可以准确地对测杆2-4进行控制，可以进一步提高测量结果的精确性。

需要说明的是，在本具体实施方式中，当电机2-1正转，传动副2-2带动测杆2-4朝向靠近夹持架8的方向运动；当电机2-1反转，传动副2-2带动测杆2-4朝向远离夹持架8的方向运动，当然，也不排除采用其它的控制方式来控制测杆2-4的运动方向。

还需要说明的是，在本具体实施方式中，传动副2-2为精密丝杆传动副，如此可以保证测杆2-4行程的准确性，当然，也不排除采用其他形式的传动副。

此外，为了便于安装，测杆2-4的第一端设置有内槽，压电元件2设置于内槽且与压电元件2相连接的导线贯穿测杆2-4并穿过测杆2-4的第二端与板卡2-6相连接。如此，可以避免导线对测杆2-4的运动造成影响，保证测杆2-4运动的准确性，从而可以提高测量结果的准确性。

在更进一步的方案中，为了便于安装被校准振动位移传感器5，基座6还设置有导轨槽，夹持架8能够沿着导轨槽朝向或靠近光栅式位移校准器1的方向运动；夹持架8还设置有锁紧机构4，锁紧机构4用于将夹持架8紧固于导轨槽。如此设置，当需要安装被校准振动位移传感器5时，放松锁紧机构4，并将夹持架8沿着导轨槽朝向远离光栅式位移校准器1的方向移动，如此可以增大夹持架8与光栅式位移校准器1之间的距离，增大安装空间，便于将被校准振动位移传感器5安装于夹持架8，当安装完毕后，将夹持架8沿着导轨槽朝向靠近光栅式位移校准器1的方向运动，待运动到位后，锁紧锁紧机构4，使得夹持架8紧固于导轨槽，防止由于夹持架8非必要的位移而造成测量结果不准确，从而可以保证测量结果的精确度。

需要说明的是，在本具体实施方式中，为了保证安装的稳固性，被校准振动位移传感器5和测砧3均通过相应的紧固件进行固定安装，如此，可以保证在测量过程中，被校准振动位移传感器5和测砧3的安装位置的准确性。

还需要说明的是，在本具体实施方式中，导轨槽为燕尾槽，当然，也不排除采用其他形式的导轨槽。

此外，为了保证基座6在进行测量是处于水平状态，基座6还设置有多个调整件11，多个调整件11均置于基座6的底部。如此，通过调整调整件11，可以保证基座6处于水平状态，从而进一步保证测量结果的精确性。

需要说明的是，在本具体实施方式中，调整件11为螺栓，基座6的底部设置有多个用于安装螺栓的螺纹孔，通过调节螺栓置于螺纹孔内的长度，即可改变基座6与水平面或测量平台之间的距离，从而可以保证基座6位于水平状态，提高测量结果的精确性。当然，也不排除采用其他的调整件，如基座的底部设置安装孔，调整件为堵塞件，堵塞件一端卡置于安装孔内，另一 端与水平面或测量平台相接触，通过采用不同长度的堵塞件，来保证基座处于水平状态。

需要说明的是，在本具体实施方式中，基座6设置有六个螺纹孔，六个螺纹孔均匀地分布于基座6的底部，每个螺纹孔均安装有相对应的螺栓，当然，在保证基座6平稳性的情况下，也不排除设置其他数目的螺纹孔和螺栓。

同时，在本具体实施方式中还提供了一种振动位移传感器校准系统的校准方法，振动位移传感器校准系统的校准方法使用如上所述的振动位移传感器校准系统，包括如下步骤：

步骤一：将被校准震动位移传感器通过紧固件9安装于夹持架8，并将测砧3通过相应的紧固件安装于测杆2-4的第一端，待计算机设备10出现压电元件2的跳变信号时，测砧3安装到位，此时将压电元件2的跳变信号复位；

步骤二：计算机设备10向光栅式位移校准器1发送信号，光栅式位移校准器1接收到信号后，电机2-1转动，传动副2-2带动测杆2-4朝向靠近被校准振动位移传感器5的方向运动，使得测砧3与被校准振动位移传感器5相接触，压电元件2触发跳变信号，计算机设备10接收到此跳变信号，此时，计算机设备10发出信号，电机2-1接收到信号后，停止转动，从而测杆2-4停止运动，数据采集器7测出被校准振动位移传感器5的零位输出信号并将该零位输出信号传输至计算机设备10，同时光栅尺2-5读数复位；

步骤三：计算机设备10向光栅式位移校准器1发送信号，光栅式位移校准器1接收到信号后，电机2-1转动，传动副2-2带动测杆2-4朝向远离被校准振动位移传感器5的方向运动，当光栅尺2-5测得测杆2-4的位移与被校准震动位移的满量程相同时，计算机设备10向电机2-1发出信号，电机2-1接收到信号后，测杆2-4停止运动，数据采集器7测出被校准振动位移传感器5的满量程输出信号并将该满量程输出信号传输至计算机设备10，所述计算机设备10通过计算，得到被校准振动位移传感器5的零值误差(零位输出新号与满量程输出信号之比即为零值误差)，完成零值误差校准；

步骤四：待完成零值误差校准后，根据被校准振动位移传感器5的量程设置多个测量点，通过计算机设备10的控制，改变光栅式位移校准器1的测量距离，数据采集器7可以依次得到各个测量点的输出信号，计算机设备10 接收并记录各个测量点的输出信号并根据接收到的输出信号进行计算，得到被校准振动位移传感器5的静态灵敏度、静态幅值线性度、回程误差和幅值重复性。

优选地，在步骤四中，包括被校准振动位移传感器5的上限值点和下限值点在内，根据被校振动位移传感器的量程共分为十一个测量点，即测杆2-4单次的运动行程为被校准振动位移传感器5满量程值的10％，当然，也不排除采用其他的测量方式。

此外，为了减小误差，可以采用多次重复步骤四的方法进行测量，以完成11个测量点的测量为测量循环，可以重复进行三次测量循环，当然，也可以根据实际的测量情况采用其他测量方式。

需要说明的是，在本具体实施方式中，数据采集器7所采集的测量数据位被校准振动位移传感器5在测量点的输出值U_i，光标尺的数据为被校准振动位移传感器5的移动距离L_i，计算机设备10接收到相关的信号并进行计算得到相应的测量数据结果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。