加速度传感器低频校准台及其使用方法
【专利摘要】本发明公开了一种加速度传感器低频校准台，包括盘式精密离心机、直线导轨和滑台，所述直线导轨通过导轨支架固定安装在所述盘式精密离心机的转盘上，且与所述盘式精密离心机转盘的直径方向重合，所述滑台安装在所述直线导轨上并可沿所述直线导轨做往复滑动。本发明建立了一个将离心机和滑台结合的低频加速度校准装置，通过离心机给滑台提供一个基准加速度载荷，然后通过滑台的滑动来调整滑台距离离心机旋转中心的距离，从而实现加速度载荷按正弦规律变化，最终在不增加滑台行程的前提下，同时达到极低频率和大的加速度载荷，极大的提高被校准传感器输出信号的信噪比。
【专利说明】
加速度传感器低频校准台及其使用方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种校准设备，尤其涉及一种加速度传感器低频校准台及其使用方 法。
【背景技术】
[0002] 加速度传感器的低频校准设备，多采用专门研制的低频振动台和低频滑台两种形 式，其中低频滑台由于行程更大而更多使用。低频滑台是通过在直线导轨上驱动滑台的形 式，即将标准传感器和被校传感器安装在滑台上，然后驱动滑台在直线导轨上进行左右往 复运动的方式，从而产生一个随时间呈正弦变化的加速度载荷，作用于滑台上的传感器，进 而对传感器进行校准。
[0003] 无论是低频振动台还是低频滑台，其产生低频加速度载荷的主要缺点在于，由于 其所产生的加速度值与振动频率的平方成正比，因此在低频情况下所能得到的加速度载荷 非常小。以低频滑台为例，目前主要生产商的加速度传感器校准用低频滑台的最大行程为 300mm，假设滑台以导轨中心位置为原点开始做左右往复运动，则其位置s随时间的变化如 下所示
[0004] s = s〇sin( ω t)
[0005] 则滑台的速度v为
[0006]
[0007] 滑台的加速度a为
[0008]
[0009] 式中《=23Tf，f是加速度变化的频率。
[0010] 当f等于0.5HZ时，对于300mm行程的滑台，其能产生的最大加速度值只有1.48m/s2 (0.15g)。而假如我们想得到更低频率的加速度载荷，例如0.1Hz，则300mm滑台能产生的加 速度值则只有〇.〇59m/s 2(0.006g)，这是一个非常小的值，因为即便是校准装置经过良好的 基础隔震处理，受地基脉动及环境干扰影响，静态情况下校准台面的噪声信号大约也有 0.0001 g，也就是说此时的信噪比只有35.56dB，当滑台运动时，信噪比会更低。
[0011] 为了增大信噪比，可以通过加长滑台行程来增大低频时的加速度载荷值。通过计 算可以得到，如果要在〇. 1Hz条件下得到0. lg(0.98m/s2)的加速度载荷，需要的振动位移幅 值为2.48m，滑台总长达到4.96m，而如此长的行程将使得振动波形的失真度无法满足要求。 其实无论低频滑台还是低频振动台，这么长的行程在实际工程中基本不具备可实现性。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供加速度传感器低频校准台及其使 用方法。
[0013] 本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
[0014] -种加速度传感器低频校准台，包括盘式精密离心机、直线导轨和滑台，所述直线 导轨通过导轨支架固定安装在所述盘式精密离心机的转盘上，且与所述盘式精密离心机的 转盘的直径方向重合，所述滑台安装在所述直线导轨上并可沿所述直线导轨做往复滑动。
[0015] 所述滑台可为电动滑台或气动滑台，所述离心机转轴为空心轴，所述滑台的驱动 线路、控制线路以及校准用的信号线穿过所述离心机的空心转轴并通过电气滑环与所述滑 台和被校准传感器、标准传感器连接。
[0016] 如采用气动滑台，气路也可经过空心转轴通过旋转接头为所述滑台提供气动力。 所述离心机采用空心轴可有效避免电气滑环、旋转接头等安装时与直线导轨产生干涉。
[0017] 基于上述的加速度传感器低频校准台的使用方法，包括以下步骤：
[0018] (1)将被校准的加速度传感器和标准传感器固定在滑台上，保证两个传感器均位 于直线导轨沿转盘直径方向的相同位置，且直线导轨的中心与转盘的旋转中心重合；
[0019] (2)通过给定的加速度最大幅值和频率值，计算离心机的转速和滑台的运动角频 率；
[0020] (3)按计算得到的转速控制离心机勾速转动，同时控制滑台沿直线导轨按给定频 率做往复运动，往复运动的零点位置与离心机转盘的旋转中心重合；
[0021] (4)通过测控设备获取被校准加速度传感器的输出值，并将其与滑台上的标准传 感器输出值做对比。
[0022]具体地，步骤(2)中的计算方法如下：
[0023]滑台沿直线导轨做正弦变速运动，被校准加速度传感器所在位置距离旋转中心的 半径为
[0024] r = r〇sin( ω siit)
[0025] 式中：cosll为滑台移动时的角频率，rQ为被校准加速度传感器所在位置距离旋转 中心的最大半径；
[0026] 离心机旋转时产生的离心加速度载荷为
[0027]
[0028]式中：《rQt为转盘旋转时的角速度；
[0029] 滑台往复运动时产生的直线加速度载荷为
[0030]
[0031 ]被校准加速度传感器承受的总加速度载荷为
[0032] \ roi sa ^ υ
\ sn ^
[0033] 假设给定加速度最大幅值为as，给定频率为fs，则滑台的角频率ω sli为
[0034] ω sii = 23Tfs
[0035]
[0036] 离心机的转速η为
[0037]
[0038] 因为盘式精密离心机的转速控制精度很高，其产生的加速度载荷的精度也很高， 一般很容易可达到10-4量级，因此只要滑台的加速度载荷给定精度满足要求，则该方法完全 可以满足低频加速度校准的精度需求。
[0039]本发明的有益效果在于：
[0040]本发明加速度传感器低频校准台建立了一个将盘式精密离心机和滑台结合的低 频加速度校准装置，通过离心机给滑台提供一个基准加速度载荷，然后通过滑台的滑动，来 调整滑台距离离心机旋转中心的距离，从而实现加速度载荷按正弦规律变化。该装置可实 现在不增加滑台行程的前提下，同时达到极低频率和大的加速度载荷，可极大提高被校准 传感器输出信号的信噪比。
【附图说明】
[0041 ]图1是本发明所述加速度传感器低频校准台的结构示意图。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图对本发明作进一步说明：
[0043] 如图1所示，本发明一种加速度传感器低频校准台，包括盘式精密离心机1、转盘2、 直线导轨3和滑台5,直线导轨3通过导轨支架4固定安装在转盘2上，滑台5安装在直线导轨3 上并可沿直线导轨3滑动，直线导轨3与转盘2的直径重合，滑台5为电动滑台或气动滑台，盘 式精密离心机1的转轴为空心轴，滑台5的驱动线路、控制线路和校准用的信号线穿过离心 机1空心转轴并通过电气滑环6与滑台5与被校准传感器、标准传感器连接。
[0044] 离心机1的主电机采用空心轴，以方便电气滑环6采用下出线的方式，从而避免了 电气滑环6与直线导轨3在结构上的干涉。
[0045] 基于上述的加速度传感器低频校准台的使用方法，包括以下步骤：
[0046] 1、将被校准的加速度传感器和标准传感器固定在滑台上，保证两个传感器均位于 直线导轨沿转盘直径方向的相同位置，且直线导轨的中心与转盘的旋转中心重合；
[0047] 2、通过给定的加速度最大幅值和频率值，计算离心机的转速和滑台的运动角频 率；
[0048] 3、按计算得到的转速控制离心机勾速转动，同时控制滑台沿直线导轨按给定频率 做往复运动，往复运动的零点位置与离心机转盘的旋转中心重合；
[0049] 4、通过测控设备获取被校准加速度传感器的输出值，并将其与滑台上的标准传感 器输出值做对比。
[0050] 其中，步骤(2)中的计算方法如下：
[0051]滑台沿直线导轨做正弦变速运动，被校准加速度传感器所在位置距离旋转中心的 半径为
[0052] r = r〇sin( ω snt)
[0053]式中：cosll为滑台移动时的角频率，rQ为被校准加速度传感器所在位置距离旋转 中心的最大半径。
[0054]离心机旋转时产生的离心加速度载荷为
[0055]
[0056] 式中：〇rQt为转盘屁转时的角運度。
[0057] 滑台柱复运动时产牛的直线加速度载荷为
[0058]
[0059] 被校准加速度传感器承受的总加速度载荷为
[0060] \ roi Sit ^ V?
\ Sit ^
[0061 ]假设给定加速度最大幅值为as，给定频率为fs，则滑台的角频率ω sli为
[0062] Qsii = 23Tfs
[0063]
[0064] 离心机的转速η为
[0065]
[0066] 从上式可以看出，被校准加速度传感器所受加速度载荷的频率只有与cosli有关， 幅值则与ω rcit和ω sll两者的差相关，因此可以通过调整ω sll参数来得到一个较低的频率， 然后调整ω rcit参数来得到一个较大的加速度载荷。
[0067] 采用旋转和滑动两种运动方式的组合来产生需要的加速度载荷，这使得一方面可 以得到一个很低的加速度频率，另一方面，这个低频率载荷的加速度值主要取决于转台的 旋转角速度，因此，分别设定滑台的角频率和离心机的角速度，就能够得到一个幅值足够大 且频率足够低的加速度载荷。
[0068] 本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做 出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种加速度传感器低频校准台，其特征在于：包括盘式精密离屯、机、直线导轨和滑 台，所述直线导轨通过导轨支架固定安装在所述盘式精密离屯、机的转盘上，且与所述盘式 精密离屯、机的转盘的直径方向重合，所述滑台安装在所述直线导轨上并可沿所述直线导轨 做往复滑动。2. 根据权利要求1所述的加速度传感器低频校准台，其特征在于:所述滑台为电动滑台 或气动滑台，所述盘式精密离屯、机的转轴为空屯、轴，所述滑台的驱动线路、控制线路和校准 用的信号线穿过所述盘式精密离屯、机的转轴并通过电气滑环与所述滑台和被校准传感器、 标准传感器连接。3. 基于上述1-2中任意权利要求所述的加速度传感器低频校准台的使用方法，其特征 在于，包括W下步骤： (1) 将被校准的加速度传感器和标准传感器固定在滑台上，保证两个传感器均位于直 线导轨沿转盘直径方向的相同位置，且直线导轨的中屯、与转盘的旋转中屯、重合； (2) 通过给定的加速度最大幅值和频率值，计算离屯、机的转速和滑台的运动角频率； (3) 按计算得到的转速控制离屯、机匀速转动，同时控制滑台沿直线导轨按给定频率做 往复运动，往复运动的零点位置与离屯、机转盘的旋转中屯、重合； (4) 通过测控设备获取被校准加速度传感器的输出值，并将其与滑台上的标准传感器 输出值做对比。4. 根据权利要求3所述的加速度传感器低频校准台的使用方法，其特征在于:步骤(2) 中的计算方法如下： 滑台沿直线导轨做正弦变速运动，被校准加速度传感器所在位置距离旋转中屯、的半径 为 r = r〇sin( ω slit) 式中：cosii为滑台移动时的角频率，ro为被校准加速度传感器所在位置距离旋转中屯、的 最大半径； 离屯、机旋转时产生的离屯、加速度载荷为式中：WfDt为转盘旋转时的角速度； 滑台往复运动时产生的直线加速度载荷为被校准加速度传感器承受的总加速度载荷为假设给定加速度最大幅值为as，给定频率为fs，则滑台的角频率ω sii为离屯、机的转速η为
【文档编号】G01P21/00GK105974155SQ201610403180
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】吴付岗, 周怡妃, 孟念湘, 王彩霞
【申请人】中国工程物理研究院总体工程研究所