一种加速度传感器检定系统及方法与流程

本发明属于加速度传感器检定技术领域，尤其涉及一种加速度传感器检定系统及方法。

背景技术：

加速度传感器也称加速度计，其为传感器分支。随着汽车电子、航空航天、机械故障诊断等行业的飞速发展，加速度传感器的应用越来越广泛，对其精度和快速响应的要求也越来越高。加速度传感器作为一个计量工具，在出厂前必须经过检定(也称标定)合格后才可以投入使用。

目前，加速度传感器主要有两种检定方法：绝对法和比较法。其中，比较法包含的硬件：频率发生器、激励器、振动台、标准传感器、被测传感器、数字电压表、相位计、示波器、频率计记录仪等设备；比较法具体过程：标准传感器和被测传感器都安装于振动台、通过频率发生器产生振动函数，经由激励器激励振动台振动，标准传感器(其精度高于被测传感器的精度一个数量级)和被测传感器电信号输入数字电压表、相位计、示波器、频率计中进行数据比对来计算单点的加速度幅值与相差，对多个检测点进行同样操作，最终计算灵敏度、合成幅频曲线、相频曲线、共振曲线。

但是，比较法无法同时保证振动台的振动范围和振动精度，由于元器件繁多，频率发生器、数字电压表、相位计、示波器、频率计记录仪等元器件无法处于同一时间基准，影响测量精度和数据统计回溯。

因此，如何提高加速度传感器检定的精度是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种加速度传感器检定系统及方法，能够提高加速度传感器检定的精度。

第一方面，本发明实施例提供了一种加速度传感器检定系统，包括：

振动台，用于产生振动信号；

标准加速度传感器，标准加速度传感器安装于振动台，用于采集振动信号，输出标准电信号；

待测加速度传感器，待测加速度传感器安装于振动台，用于采集振动信号，输出待测电信号；

数据采集卡，分别与振动台、标准加速度传感器、待测加速度传感器连接，用于产生激励信号以驱动振动台产生振动信号，并采集标准电信号和待测电信号；

计算设备，计算设备与数据采集卡连接，用于根据标准电信号和待测电信号检定待测加速度传感器。

可选地，该加速度传感器检定系统还包括：

功率放大器或线圈，功率放大器或线圈分别与数据采集卡和振动台连接，用于对激励信号进行功率放大。

可选地，功率放大器或线圈还包括：

功率放大调节装置，用于调节功率放大倍率。

可选地，该加速度传感器检定系统还包括：信号调理器，信号调理器分别与标准加速度传感器、待测加速度传感器和数据采集卡连接，用于转换标准电信号、待测电信号的电压类型和电压范围。

可选地，标准加速度传感器和/或待测加速度传感器分别为电压式加速度传感器，或电容式加速度传感器，或电荷式加速度传感器，或压电集成电路加速度传感器。

可选地，计算设备用于根据标准电信号和待测电信号计算待测加速度传感器的灵敏度和/或幅频响应和/或相频响应和/或共振频率以检定待测加速度传感器。

可选地，该加速度传感器检定系统还包括：显示器，显示器与计算设备连接，用于显示灵敏度和/或幅频响应曲线和/或相频响应曲线和/或共振频率曲线。

可选地，数据采集卡包括：函数发生器，用于产生激励信号。

可选地，计算设备为电脑主机。

第二方面，本发明实施例提供了一种加速度传感器检定方法，包括：

利用振动台产生振动信号；

利用标准加速度传感器和待测加速度传感器分别采集振动信号，分别输出标准电信号和待测电信号；其中，标准加速度传感器和待测加速度传感器均安装于振动台；

利用数据采集卡产生激励信号以驱动振动台产生振动信号，并采集标准电信号和待测电信号；其中，数据采集卡分别与振动台、标准加速度传感器、待测加速度传感器连接；

利用计算设备根据标准电信号和待测电信号检定待测加速度传感器；其中，计算设备与数据采集卡连接。

本发明实施例的加速度传感器检定系统及方法，能够提高加速度传感器检定的精度。该加速度传感器检定系统中的数据采集卡能够产生激励信号以驱动振动台产生振动信号，并采集标准电信号和待测电信号，其能够避免现有技术中由于元器件繁多而导致频率发生器、数字电压表、相位计、示波器、频率计记录仪等元器件无法处于同一时间基准的问题，实现信号的相位不发生偏差，进而能够提高加速度传感器检定的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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是本发明实施例提供的一种加速度传感器检定系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种加速度传感器检定系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种加速度传感器检定方法的流程图；

附图中：

10-标准加速度传感器；11-待测加速度传感器；12-振动台；13-功率放大器；14-信号调理器；15-函数发生器；16-数据采集卡；

17-计算设备；171-电脑主机；

18-显示器。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

目前，加速度传感器主要有两种检定方法：绝对法和比较法。其中，比较法包含的硬件：频率发生器、激励器、振动台12、标准传感器、被测传感器、数字电压表、相位计、示波器、频率计记录仪等设备；比较法具体过程：标准传感器和被测传感器都安装于振动台12、通过频率发生器产生振动函数，经由激励器激励振动台12振动，标准传感器(其精度高于被测传感器的精度一个数量级)和被测传感器电信号输入数字电压表、相位计、示波器、频率计中进行数据比对来计算单点的加速度幅值与相差，对多个检测点进行同样操作，最终计算灵敏度、合成幅频曲线、相频曲线、共振曲线。

但是，比较法无法同时保证振动台12的振动范围和振动精度，由于元器件繁多，频率发生器、数字电压表、相位计、示波器、频率计记录仪等元器件无法处于同一时间基准，影响测量精度和数据统计回溯。

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种加速度传感器检定系统及方法。图1是本发明实施例提供的一种加速度传感器检定系统的结构示意图。如图1所示，该加速度传感器检定系统，可以包括：

振动台12，用于产生振动信号；

标准加速度传感器10，标准加速度传感器10安装于振动台12，用于采集振动信号，输出标准电信号；

待测加速度传感器11，待测加速度传感器11安装于振动台12，用于采集振动信号，输出待测电信号；

数据采集卡16，分别与振动台12、标准加速度传感器10、待测加速度传感器11连接，用于产生激励信号以驱动振动台12产生振动信号，并采集标准电信号和待测电信号；

计算设备17，计算设备17与数据采集卡16连接，用于根据标准电信号和待测电信号检定待测加速度传感器11。

其中，标准加速度传感器10为已经经过检定的加速度传感器，在一个实施例中，标准加速度传感器10的精度高于待测加速度传感器11的精度一个数量级。在一个实施例中，标准加速度传感器10和/或待测加速度传感器11分别为电压式加速度传感器，或电容式加速度传感器，或电荷式加速度传感器，或压电集成电路(integralelectronicpiezoelectric，iepe)加速度传感器。

在一个实施例中，数据采集卡16可以包括函数发生器15，用于产生激励信号。

在一个实施例中，计算设备17为电脑主机171。在一个实施例中，采用一张带波形输出口的数据采集卡16，搭配电脑主机171及软件，利用虚拟仪器技术使波形输出，加速度传感器信号回采都处于同一时间基准，使采集的各个数据在实时性上消除了系统误差，并且波形输出和加速度传感器输入位于同一时间基准可以高精度的实现标准振动信号的实时闭环控制，搭配电脑软件实现全自动化标定。

在一个实施例中，计算设备17用于根据标准电信号和待测电信号计算待测加速度传感器11的灵敏度和/或幅频响应和/或相频响应和/或共振频率以检定待测加速度传感器11。

在一个实施例中，该加速度传感器检定系统还包括：

显示器18，显示器18与计算设备17连接，用于显示灵敏度和/或幅频响应曲线和/或相频响应曲线和/或共振频率曲线。

在一个实施例中，该加速度传感器检定系统还可以包括：功率放大器13或线圈，功率放大器13或线圈分别与数据采集卡16和振动台12连接，用于对激励信号进行功率放大。可选地，在一个实施例中，该功率放大器13或线圈还可以包括：功率放大调节装置，用于调节功率放大倍率。

在一个实施例中，功率放大器13可以不失真的对数据采集卡16上的波形输出口产生的函数波形进行功率放大，从而产生更加有力的激励信号去驱动振动台12，由于功率放大器13的放大倍率是可以进行调节的，这样即可以降低对函数发生器15的功率需求，且可以输出范围更大的功率，也即对应着振动台12振动的幅值范围更大，以适应不同量程的加速度传感器标定，且保证各个器件均不超出各自的工作上下限，可以保证更高的振动台12输出精度。

在一个实施例中，该加速度传感器检定系统还可以包括：信号调理器14，信号调理器14分别与标准加速度传感器10、待测加速度传感器11和数据采集卡16连接，用于转换标准电信号、待测电信号的电压类型和电压范围。信号调理器14可以将各种信号类型的传感器的输出，统一的转换成数据采集卡16可以接收的电压类型和电压范围，从而可以适应不同信号类型的传感器标定。

在一个实施例中，基于该加速度传感器检定系统的加速度传感器检定方法，可以包括以下步骤：

(1)先将标准加速度传感器10和待测加速度传感器11安装于振动台12。

(2)信号调理器14接收不同信号类型的加速度传感器传回的模拟信号。数据采集卡16于同一时间基准接收两路加速度传感器信号。

(3)数据采集卡16上的波形输出口产生不同激励信号，并通过功率放大器13激励振动台12产生振动信号。

(4)通过信号调理器14采集两路加速度传感器信号，实时对比标准加速度传感器10和待测加速度传感器11的返回数据。计算待测加速度传感器11的灵敏度、频响曲线、共振曲线、上传数据至数据库及打印数据，从而实现加速度传感器的振动标定。

其中，利用数据采集卡16上的波形输出口、功率放大器13、振动台12可以产生连续的不同类型、频率、幅值的振动信号。通过标准加速度传感器10及待测加速度传感器11传回的信号数据计算待测加速度传感器11的灵敏度、频响曲线、共振点及共振曲线，最终汇总上传加速度传感器标定数据至数据库及打印数据。

本发明实施例在降低设备花费，标定操作简单的同时，保证了加速度传感器的标定效率、标定精度和适用范围，实现对加速度传感器的出厂检定，为加速度传感器后续应用的准确性和安全性提供保障。

(1)降低设备花费体现在：与现有技术中的绝对法相比，本发明实施例提供的加速度传感器检定系统所使用的器件价格更加低廉；与现有技术中的比较法相比，该加速度传感器检定系统所用元器件更合理的进行了集成，减少元器件数量，降低成本。

(2)提高产品标定范围体现在：该加速度传感器检定系统中的功率放大器13，可以不失真地对数据采集卡16上的波形输出口产生的函数波形进行功率放大，从而产生更加有力的激励信号去驱动振动台12，由于功率放大器13的放大倍率是可以进行调节的，这样即可以降低对函数发生器15的功率需求，且可以输出范围更大的功率，也就是对应着振动台12振动的幅值范围更大，以适应不同量程的加速度传感器标定，且保证各个元器件均不超出各自的工作上下限，可以保证振动台12输出更高的精度。该加速度传感器检定系统中有信号调理器14的存在，可以将各种信号类型的传感器(如电压式、电容式、电荷式、iepe加速度计等)的输出，统一的转换成数据采集卡16可以接收的电压类型和电压范围，从而可以适应不同信号类型的传感器标定。

(3)提高标定效率和标定精度体现在：相比于比较法中的频率发生器、数字电压表、相位计、示波器、频率计记录仪等元器件都是彼此独立，不处于同一时间基准，影响测量精度和数据统计回溯。本发明实施例中采用一张带波形输出口的数据采集卡16，搭配电脑主机171及软件，使用虚拟仪器技术使波形输出，加速度传感器的信号回采都处于同一时间基准，使采集的各个数据在实时性上消除了系统误差，并且波形输出和加速度传感器输入位于同一时间基准可以高精度的实现标准振动信号的实时闭环控制，搭配电脑软件实现全自动化标定，而不是像现有技术的手动逐点标定，大大提升标定效率。

图2是本发明实施例提供的另一种加速度传感器检定系统的结构示意图，下面结合图2，详细描述本发明实施例的加速度传感器检定系统及方法。

如图2所示，该加速度传感器检定系统，包括：标准加速度传感器10，该标准加速度传感器10安装于振动台12内部作为标定基准；待测加速度传感器11安装于振动台12外部便于安装拆卸；振动台12用于接收功率放大器13的波形，并产生相应的振动波形；数据采集卡16上的波形输出口(即为函数发生器15)用于产生标定所需的波形，输出给功率放大器13；功率放大器13用于将函数发生器15产生的波形不失真的、同步的传输给振动台12；信号调理器14用于接收标准加速度传感器10和待测加速度传感器11输出的模拟信号，并输出给数据采集卡16；数据采集卡16在同一时间基准下接收两路信号调理器14传回的传感器信号；电脑主机171和显示器18，用于控制整套加速度传感器检定系统的，也可以进行传感器标定数据存储及打印。

基于图2所示的加速度传感器检定系统，加速度传感器检定方法包括以下步骤：

(1)按照图2中加速度传感器检定系统的结构示意图组装系统。

(2)选择量程与待测加速度传感器11相近的标准加速度传感器10。

(3)手动或者电脑主机171控制功率放大器13调节到合适的放大倍率。

(4)手动或者电脑主机171控制信号调理器14调节到合适的调理档位。

(5)振动台12启用到可接收激励信号状态。

(6)数据采集卡16上的波形输出口产生测试点所需要的波形类型，频率和幅值。

(7)处理读取标准加速度传感器10传回的信号，直至振动台12的振动信号已经达到了预期的频率及幅值，此间使用软件闭环控制。

(8)记录标准加速度传感器10与待测加速度传感器11回传的信号，进行对比，算出待测加速度传感器11在该频率点的灵敏度。

(9)切换至下一个测量点，循环步骤(6)-(8)直至所有测量点测试完毕。

(10)计算待测加速度传感器11的灵敏度，频响曲线，共振曲线。

(11)保存测试数据，打印数据，完成测试。

如图3所示，本发明实施例还提供一种加速度传感器检定方法，包括：

s301、利用振动台产生振动信号。

s302、利用标准加速度传感器和待测加速度传感器分别采集振动信号，分别输出标准电信号和待测电信号；其中，标准加速度传感器和待测加速度传感器均安装于振动台。

s303、利用数据采集卡产生激励信号以驱动振动台产生振动信号，并采集标准电信号和待测电信号；其中，数据采集卡分别与振动台、标准加速度传感器、待测加速度传感器连接。

s304、利用计算设备根据标准电信号和待测电信号检定待测加速度传感器；其中，计算设备与数据采集卡连接。

该加速度传感器检定方法利用数据采集卡产生激励信号以驱动振动台产生振动信号，并采集标准电信号和待测电信号，避免现有技术中由于元器件繁多而导致频率发生器、数字电压表、相位计、示波器、频率计记录仪等元器件无法处于同一时间基准的问题，实现信号的相位不发生偏差，进而能够提高加速度传感器检定的精度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。