一种应用于振动传感器的自检定装置及其自检定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及振动计量校准领域，尤其涉及一种应用于振动传感器的自检定装置及 其自检定方法。
【背景技术】
[0002] 振动传感器作为工程振动量的测量仪器，广泛应用于各个领域;尤其是基于磁感 应原理的磁电式振动传感器，因其可将输入的运动速度变换成易于测量的电信号而受到越 来越多人的重视。磁电式振动传感器内通常设有测量线圈和校准线圈；所述测量线圈等效 为一电阻;所述校准线圈等效为电感和电阻的串联，该电感为一耦合电感;该磁电式振动传 感器输出的电压与其实际测量的振动信号满足如下公式：
[0009] 式中，e表;^磁电式振动传感器输出的电压值，单位符号:V;y表;^磁电式振动传感 器实际测量的振动位移信号，单位符号:mm;G表示磁电式振动传感器的测量线圈机电耦合 系数值;s表示拉普拉斯算子;b表示磁电式振动传感器的阻尼比;m表示磁电式振动传感器 可动部分的质量;Rs表不磁电式振动传感器的测量线圈内阻，单位符号：Ω ;C表不磁电式振 动传感器反馈网络等效电容值，单位符号:F; R表示磁电式振动传感器内部的接地电阻，单 位符号：Ω ;k表示磁电式振动传感器的弹性元件刚度。
[0010]因此，通过测量磁电式振动传感器输出的电压即可间接测量并获得工程振动物理 量，直观、方便、快捷。但是，磁电式振动传感器使用一段时间后，其测量的信号将会变得不 再准确，此时则需要对磁电式振动传感器进行检定。
[0011]现有的磁电式振动传感器的检定大都是基于实验室的方法，即需要将磁电式振动 传感器拆卸下来送到实验室进行检测。而大量的磁电式振动传感器常年安装在测试现场， 且处于在线监测状态，无法拆下送至实验室进行检测。例如，我国地震台网有超宽频地震计 20台，甚宽频地震计125台，区域地震台网有甚宽频地震计44台，宽频地震计628台，短周期 地震计120台，若干台阵和火山地震台网配有51台地震计，另有流动数字地震台网配有800 套地震仪器;地震系统及其它部门和企业在自由场地及建筑物、桥梁、大坝等工程结构上布 设了2000多个强振动观测台站，布设有各种型号的三向加速度计和记录仪，另外还有数百 台的流动观测设备。在这些工程测振领域，工程结构的健康检测、机械设备的实时监测等都 要求了这些振动传感器必须长期不间断的处于在线检测状态，很难送到实验室进行检测。
[0012] 此外，实验室内对磁电式振动传感器进行检定时，通常直接向待测磁电式振动传 感器内输入标准电压信号来检定，再通过计算磁电式振动传感器输出的电压与其输入的标 准电压的比值来检定待测的磁电式振动传感器的状态，具体的，待测磁电式振动传感器输 出的电压与输入的标准电压满足如下公式：
[0013]
[0014] ff4=m(Rs2+L2s)
[0015] 式中，e表不磁电式振动传感器输出的电压值，单位符号:V;u表不磁电式振动传感 器输入的标准电压，单位符号:V;Rs2表不磁电式振动传感器的校准线圈内阻值，单位符号： Ω ;L2表示磁电式振动传感器的校准线圈的等效电感，单位符号:H。
[0016] 由上述公式可知，待测的磁电式振动传感器输出的电压与输入的标准电压的比值 与传感器的校准线圈的等效电感有关，而由于该等效电感为一耦合电感，当改变输入的标 准电压信号时，该耦合电感也会发生改变，进而使得测量的待测振动传感器的输出电压发 生变化甚至不再满足上述公式，从而影响了检定的准确性。因此，如何准确确定磁电式振动 传感器是否处于正常的工作状态，一直是工程界有待解决的问题。
【发明内容】
[0017] 本发明在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种应用于振动传感器的自检定装 置，其无需将待测振动传感器移送至实验室，在工作现场即可实现准确检定。
[0018] 本发明是通过以下技术方案实现的：一种应用于振动传感器的自检定装置，包括 信号发生器、运算放大器、信号测量模块和信号处理模块;所述信号发生器的输出端与所述 运算放大器的正相输入端连接;所述运算放大器的输出端与待测振动传感器的输入端连 接;所述信号测量模块的输入端与待测振动传感器的输出端连接，并将待测振动传感器输 出的电压信号传送到所述信号处理模块;待测振动传感器的自检测线圈与所述运算放大器 的反相输入端连接，所述运算放大器的反相输入端接地;所述信号测量模块的另一输入端 与运算放大器的反相输入端连接，并将测量的标准电压信号传送到所述信号处理模块。
[0019] 相比于现有技术，本发明通过运算放大器将信号发生器输出的正弦电压信号转换 为电流信号，并以恒定电流的形式输入到待测振动传感器内，消除了耦合电感对待测振动 传感器的输出电压信号的影响，使测量的待测振动传感器的输出电压信号更加准确，进而 确保了检定的准确性;并且本发明提供的自检定装置无需将待测振动传感器移送至实验室 检定，在工作现场即可实现检定，结构简单、便于携带。
[0020] 进一步地，所述信号测量模块为一具有多个输入输出端口的数据采集卡。
[0021] 进一步地，所述信号发生器为一 DA芯片。
[0022] 进一步地，当待测振动传感器处于速度档时，待测振动传感器输出的电压和信号 发生器输出的标准电压呈正比且满足：
[0029]式中，e表不待测振动传感器输出的电压值，单位符号:V; u表不信号发生器输出的 标准电压值，单位符号:V;G表示待测振动传感器的测量线圈机电耦合系数值;62表示待测 振动传感器的校准线圈机电耦合系数值;R表示待测振动传感器的接地电阻值，单位符号： Ω ;m表示待测振动传感器可动部分的质量，单位符号:kg; s表示拉普拉斯算子;b表示待测 振动传感器的阻尼比;C表示待测振动传感器反馈网络等效电容值，单位符号:F;k表示待测 振动传感器的弹性元件刚度，单位符号:N/m;R s表示待测振动传感器的测量线圈内阻，单位 符号：Ω。
[0030] 进一步地，当待测振动传感器处于速度档时，待测振动传感器输出的电压和信号 发生器输出的标准电压满足：
[0031]
[0032]式中，f信号发生器输出的校准频率，单位符号:Hz;u'表示待测振动传感器的工作 档位处于加速度档时，信号发生器输出的标准电压，单位符号:V; e '表示待测振动传感器的 工作档位处于加速度档时，待测振动传感器输出的电压，单位符号:V。
[0033] 本发明还提供一种应用于振动传感器的自检定方法，包括如下步骤：
[0034] 步骤1:设置一与信号发生器输出端连接的运算放大器，通过该运算放大器将信号 发生器输出的标准电压信号转换成电流信号后输入到待测振动传感器内；
[0035] 步骤2:获得待测振动传感器输出的电压信号和信号发生器输出的标准电压信号， 并以该两者的比值来判定待测振动传感器的性能状态。
[0036]相比于现有技术，本发明通过运算放大器将信号发生器输出的正弦电压信号转换 为电流信号，并以恒定电流的形式输入到待测振动传感器内，消除了耦合电感对待测振动 传感器的输出电压信号的影响，使测量的待测振动传感器的输出电压信号更加准确，进而 确保了检定的准确性;并