一种加速度传感器高温测试校准装置的制作方法

1.本发明涉及传感器性能测试技术领域，具体涉及一种加速度传感器高温测试校准装置。


背景技术：

2.加速度传感器作为一种测试工具，在核行业中具有非常重要的地位，广泛应用于核动力系统一、二回路关键设备和系统的振动测试、在线监测等试验中。由于测试环境的差异，对加速度传感器的技术指标要求也不相同。近年来核行业快速发展，对加速度传感器的需求日益增大，特别是对用于一回路的高温加速度传感器的需求。为保障核动力事业的发展，国内多家高校和企业都对高温加速度传感器开展了设计与研究。
3.其中，高温加速度传感器在设计过程中，需要对传感器进行测试试验以验证传感器的实际性能指标是否达到设计指标要求。高温性能测试试验是高温加速度传感器设计研究过程中的关键试验，通过建立被测加速度传感器输入量与输出量的关系，得到被测加速度传感器的性能指标(包括灵敏度、线性度等)。由于高温加速度传感器随着使用时间和使用环境产生一定的零点漂移，因此也必须定期对高温加速度传感器进行校准。加速度传感器的测试和校准方法有比较法和绝对法两种。比较法是采用背靠背方式将被测传感器和已知灵敏度的标准传感器固定在振动台上，比较得到被测传感器的灵敏度；绝对法是直接将被测传感器固定在振动台上，通过测量物理量自身的基本单位与导出单位，计算得到被测传感器的灵敏度。
4.两种方法都有各自的优点，针对不同的检测需求，选择相应的测试方法，可以提高测试结果的准确性。但现有的加速度传感器高温性能测试，适用的测试方法单一，通常只能适用于比较法进行测试或校准。


技术实现要素：

5.针对现有的加速度传感器高温性能测试适用的测试方法单一的技术问题，本发明提供了一种加速度传感器高温测试校准装置，能够同时满足比较法和绝对法测试的需求，可对不同工作温度区间、不同类型的高温加速度传感器进行测试或校准，以提高测试结果的准确性，从而为高温加速度传感器的设计研究和后续使用提供技术支持。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.本发明提供了一种加速度传感器高温测试校准装置，包括：
8.振动台，用于带动被测加速度传感器和标准加速度传感器振动；
9.连杆，为中空的筒状结构，一端与所述振动台相连，另一端用于安装被测加速度传感器；
10.加热炉，位于所述振动台上方，且正对所述振动台的一端设置有供所述连杆上端插入的插入孔；
11.其中，所述加热炉远离所述插入孔的一端设置有透明密封件，且光线可透过所述
透明密封件射入所述插入孔。
12.本发明提供的加速度传感器高温测试校准装置，设置有连杆和加热炉、加热炉下端设置有插入孔、上端设置有可透视插入孔的透明密封件，使用时，将连杆的一端与振动台固定连接，在将被测加速度传感器安装在连杆上端后经插入孔插入到加热炉内，使得被测加速度传感器位于设置的高温环境内。
13.由于连杆为中空的筒状，确保了连杆本体有足够的结构刚度和固有频率，且连杆热传导系数低，可以有效降低热量传递的速度，同时，标准加速度传感器安装在振动台台面上，位置位于连杆下部的空腔内，满足比较法高温测试或校准要求。光线可透过所述透明密封件射入所述插入孔，使得激光测振器输出的光线可直接照射至连杆顶部，并经透明密封件反射回激光测振器，满足绝对法高温测试或校准要求。
14.因此，本发明提供的加速度传感器高温测试校准装置，能够同时满足比较法和绝对法测试或校准的需求，可对不同工作温度区间、不同类型的高温加速度传感器进行测试或校准，以提高测试结果的准确性，从而为高温加速度传感器的设计研究和后续使用提供技术支持。
15.在一可选的实施方式中，所述连杆上端面为抛光处理面，以提高激光测振器输出的光线的反射率，提高绝对法测试或校准的准确性。
16.在一可选的实施方式中，所述加热炉包括加热箱，所述插入孔和所述透明密封件分设于所述加热箱的上下两端，所述加热箱内适配有发热元件，以通过加热箱内的发热元件对被测加速度传感器所处的环境进行加热。
17.在一可选的实施方式中，所述加热箱内适配有保温层，所述发热元件位于所述保温层所围成的空腔内，以通过保温层减小加热箱内的热量散失和温度波动。
18.在一可选的实施方式中，所述保温层顶部上方设置有隔热层，以减小通过保温层顶部的观察窗散失的热量和防止出现高温炉内温度不均匀的情况。
19.在一可选的实施方式中，所述加热炉内设置有热电偶，以便于监测和控制加热炉的炉内温度。
20.在一可选的实施方式中，所述加热炉正对所述振动台的一端设置有冷却回路，以通过冷却回路对加热炉正对振动台的一端进行冷却，避免加热炉的热量大部分传递给振动台，避免振动台长时间工作后温度过高而失效。
21.在一可选的实施方式中，还包括安装支架，所述加热炉安装在所述安装支架上端。
22.在一可选的实施方式中，还包括：
23.信号发生器，用于给所述振动台输入振动信号；
24.功率放大器，用于放大所述振动信号；
25.电荷放大器，用于放大被测加速度传感器和标准加速度传感器输出的电信号；
26.数据采集器，用于采集所述电荷放大器输出的测试信号；
27.数据处理器，用于处理所述数据采集器输出的测试数据；
28.以便于采用比较法对被测加速度传感器进行高温测试或校准。
29.在一可选的实施方式中，还包括：
30.激光测振器，用于监测被测加速度传感器的物理振动；
31.信号处理器，用于处理所述激光测振器输出的绝对信号，并将处理后的绝对数据
反馈给所述数据采集器；
32.以便于采用绝对法对被测加速度传感器进行高温测试或校准。
33.本发明具有如下的优点和有益效果：
34.本发明提供的加速度传感器高温测试校准装置，设置有连杆和加热炉、加热炉下端设置有插入孔、上端设置有可透视插入孔的透明密封件，可使被测加速度传感器位于设置的高温环境内，由于连杆为中空的筒状，确保了连杆本体有足够的结构刚度和固有频率，且连杆热传导系数低，可以有效降低热量传递的速度，同时，标准加速度传感器安装在振动台台面上，位置位于连杆下部的空腔内，满足比较法高温测试或校准要求。光线可透过所述透明密封件射入所述插入孔，使得激光测振器输出的光线可直接照射至被测加速度传感器，并经透明密封件反射回激光测振器，满足绝对法高温测试或校准要求，因此，能够同时满足比较法和绝对法测试或校准需求，可对不同工作温度区间、不同类型的高温加速度传感器进行测试或校准，以提高测试结果的准确性，从而为高温加速度传感器的设计研究和后续使用提供技术支持。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
36.在附图中：
37.图1为本发明实施例加速度传感器高温测试校准装置应用于比较法测量时的结构示意图；
38.图2为本发明实施例连加热炉的结构示意图；
39.图3为本发明实施例加速度传感器高温测试校准装置应用于绝对法测量时的结构示意图。
40.在附图中：
41.1-振动台；
42.2-安装支架；
43.3-标准加速度传感器；
44.4-连杆；
45.5-被测加速度传感器；
46.6-加热炉，601-插入孔，602-加热丝，603-热电偶，604-升降控制器，605-加热箱，606-透明密封件，607-保温层，608-温度控制器，609-导轨，610-冷却回路；
47.7-激光侧振器；
48.81-信号发生器，82-功率放大器，83-数据处理器，84-数据采集器，85-电荷放大器，86-信号处理器。
具体实施方式
49.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
50.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
51.在本发明实施例的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
52.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.实施例1
54.结合图1，本实施例提供了一种加速度传感器高温测试校准装置，包括：
55.振动台1，用于带动被测加速度传感器5和标准加速度传感器3振动；
56.连杆4，为中空的筒状结构，一端与所述振动台1相连，另一端用于安装被测加速度传感器5；
57.加热炉6，位于所述振动台1上方，且正对所述振动台1的一端设置有供所述连杆4上端插入的插入孔601；
58.其中，所述加热炉6远离所述插入孔601的一端设置有透明密封件606，且光线可透过所述透明密封件606射入所述插入孔601。
59.继续结合图1具体来说，还包括安装支架2，安装支架2为框架结构。在本实施例中，安装支架2底部装有滑轮，且滑轮上带有锁紧装置，侧部装有冷却风扇，用于降温。可知的是，振动台1安装在实体地基上，并位于安装支架2内腔，所述加热炉6安装在所述安装支架2上端。安装时，应当确保安装支架2和振动台1本体保持一定的间隔，避免振动台1与安装支架2产生干涉。同时，在振动台1侧部装有隔振垫，以减少外部环境的振动传递和影响。
60.通常来说，连杆4为圆柱形或其他形状的杆体零件，为确保连杆4有足够的力学特性，通常采用圆柱形的零件作为连杆4。优选的，在连杆4的侧部设置有多个与其内腔连通的周向均布的通孔，在确保连杆有足够的结构刚度和固有频率的同时，减少了热量传递的媒介，同时加强了连杆内部空间和外部环境的气体对流，从而延缓连杆顶部温度传递到底部的速度。对于通孔的数量，只需要使得连杆4外部的气体，能够流入和流出连杆4的内腔即可，在本实施例中，通孔沿连杆4的周向设置有三圈，每圈通孔的数量至少为3个。
61.可以理解的是，连杆4通常采用热传导系数低和熔点高的材质制成，如陶瓷等，在本实施例中，所述连杆4的材质为氧化铝陶瓷，由于氧化铝陶瓷具有材料密度低、热传导系
数低、弹性模量高和熔点高的特点，能够确保连杆4在有足够刚度和固有频率的同时，具有良好的耐高温性能和较低的热传递速率。
62.在此基础上，连杆4的顶面为抛光处理面，也就是对连杆4进行表面抛光处理，以提高激光测振器输出的光线的反射率，提高绝对法测试或校准的准确性。在连杆4的上端面设置有安装孔，用于安装被测加速度传感器5。
63.在本实施例中，所述抛光面采用弹性模量高、熔点高的材料制成，包括但不限于gh2520不锈钢等。在所述连杆4下部设有与振动台1连接的通孔，以便于通过螺栓与振动台1进行稳固连接。
64.优选的，连杆4为台阶杆，在连杆4的台阶上装有耐高温的柔性材料，可有效减少加热炉6内部高温空气溢出的影响。
65.经过验证，本实施例提供的连杆4工作频率可达4.5khz，而对连杆4的结构、材料和尺寸进行修改，可以改变装置的使用温度和工作频率范围。
66.结合图2，所述加热炉6包括加热箱605，所述插入孔601和所述透明密封件606分设于所述加热箱605的上下两端，所述加热箱605内适配有发热元件，以通过加热箱内的发热元件对被测加速度传感器5所处的环境进行加热。
67.其中，对于加热箱605的具体结构没有限制，在本实施例中，加热箱605由箱门和箱体构成，箱门安装于箱体侧部，打开方式为侧部打开。在加热箱605箱体的侧部有引线管，用于热电偶603以及被测加速度传感器5的走线。箱体的底部开孔(插入孔)，用于安装连杆4。发热元件通常为电热丝，以对加热箱605内部空间进行加热。
68.在本实例中，所述加热箱605内适配有保温层607，所述发热元件位于所述保温层607所围成的空腔内，以通过保温层607减小加热箱605内的热量散失和温度波动。也就是说加热箱605的箱门和箱体内部均装有一定厚度的保温层607，用于保温密封，而发热元件安装在保温层607的内侧。
69.其中，所述保温层607顶部上方设置有隔热层，以减小通过保温层607顶部的观察窗散失的热量和防止出现高温炉内温度不均匀的情况。即，加热箱605的箱体的顶部为双层结构，下层由保温层607和透明密封件606构成，上层为隔热层(如空气层、绝热泡沫层或其他隔热介质填充层)。
70.相应的，加热箱605顶部中心开通孔，并用三层透明密封件606分别进行密封，用于光线的传输。
71.对于透明密封件606，应当具有耐高温、热稳定性好、透光性好的特点，包括但不限于石英片。
72.另外，所述加热炉6内设置有热电偶603，以便于监测和控制加热炉6的炉内温度。在本实施例中，箱体内侧靠近被测加速度传感器5的高度上安装多只热电偶603，以对加热箱605内部空间的温度进行测量与反馈。
73.在测量时，被测加速度传感器5的安装位置应位于多个热电偶603之间，当位置有偏差时，应当对其进行调整。在本实施例中，加热炉6还适配有温度控制器608、导轨609和升降控制器604，升降控制器604通过控制按钮控制加热箱605在导轨609上的移动方向和移动距离(升降控制器的作用：1)适配不同高度的连杆4和振动台1；2)更换连杆4时调整加热炉6的高度)，温度控制器608通过控制按钮控制发热元件的加热温度和加热时间。
74.因此，本实施例提供的加热炉6，可以实现恒定温度或不同升温速率下高温加速度传感器的测试或校准。
75.进一步的，所述加热炉6正对所述振动台1的一端设置有冷却回路610，以通过冷却回路610对加热炉6正对振动台1的一端进行冷却，避免加热炉6的热量大部分传递给振动台1，避免振动台1长时间工作后温度过高而失效。
76.应当知晓的是，所述冷却回路610位于保温层607与加热箱605的夹层之间，冷却介质为液态水或液态酒精。当所述冷却回路610的工作介质为液态水时，外接循环水泵。当所述冷却回路610的工作介质为液态酒精时，外接制冷恒温槽。
77.在采用比较法进行测试或校准时，标准加速度传感器3通过螺钉固定于振动台1的台面。连杆4放置在标准加速度传感器3的外部，且连杆4和标准加速度传感器3间隔一定的距离。连杆4下端通过螺栓固定于振动台1的台面上，上端部分伸入加热炉6的内部加热空间。
78.在采用绝对法进行测试或校准时，激光测振器7通过支架固定于地面上，入射方向为垂直入射，入射位置为透明密封件606的中心。激光测振器7发出的激光穿过三层透明密封件606，打在连杆4的抛光面上，实现激光光路的传输。
79.总结来说，本实施例提供的加速度传感器高温测试校准装置，设置有连杆4和加热炉6、加热炉6下端设置有插入孔601、上端设置有可透视插入孔601的透明密封件606，使用时，将连杆4的一端与振动台1固定连接，在将被测加速度传感器5安装在连杆4上端后经插入孔601插入到加热炉6内，使得被测加速度传感器5位于设置的高温环境内。
80.由于连杆4为中空的筒状，确保了连杆4本体有足够的结构刚度和固有频率，且连杆热传导系数低，可以有效降低热量传递的速度，同时，标准加速度传感器3可安装在振动台1台面上，位置位于连杆4下部的空腔内，满足比较法高温测试或校准要求。光线可透过所述透明密封件606射入所述插入孔601，使得激光测振器7输出的光线可直接照射至被测加速度传感器5，并经透明密封件606反射回激光测振器7，满足绝对法高温测试或校准要求。
81.因此，本实施例提供的加速度传感器高温测试校准装置，能够同时满足比较法和绝对法测试或校准需求，可对不同工作温度区间、不同类型的高温加速度传感器进行测试或校准，以提高测试结果的准确性，从而为高温加速度传感器的设计研究和后续使用提供技术支持。
82.实施例2
83.结合图1，本实施例提供了一种加速度传感器高温测试校准装置，基于实施例1所记载的结构和原理，还包括：
84.信号发生器81，用于给所述振动台1输入振动信号；
85.功率放大器82，用于放大所述振动信号；
86.电荷放大器85，用于放大被测加速度传感器5和标准加速度传感器3输出的电信号；
87.数据采集器84，用于采集所述电荷放大器85输出的测试信号；
88.数据处理器83，用于处理所述数据采集器84输出的测试数据；
89.以便于采用比较法对被测加速度传感器5进行高温测试或校准。
90.也就是说，信号发生器81发出控制信号，通过功率放大器82控制振动台1的振动，
被测加速度传感器5的信号由电荷放大器85放大，经数据采集器84采集后传输至信号处理器83(计算机)，从而得到被测加速度传感器5的灵敏度、线性度等技术指标。
91.采用本实施例提供的加速度传感器高温测试校准装置进行测试或校准时，将被测加速度传感器5安装在连杆4的顶部，并将标准加速度传感器3、被测加速度传感器5分别与电荷放大器85的对应通道连接，然后将振动台1与功率放大器82、功率放大器82与信号发生器81相连，并设置温度点(50℃、100℃、150℃
……
)的升温时间及保温时间。启动温度控制器608进行加热，由热电偶603实时测量加热炉6的内部温度并进行反馈，并控制发热元件的加热功率。当温度在设定点保温相应时间后，振动台1开始振动，并施加设定的振动谱。然后实时采集标准加速度传感器3和被测加速度传感器5的输出信号，从而得到被测加速度传感器5的技术指标。
92.实施例3
93.结合图3，本实施例提供了一种加速度传感器高温测试校准装置，基于实施例1所记载的结构和原理，还包括：
94.激光测振器7，用于监测被测加速度传感器5的物理振动；
95.信号处理器86，用于处理所述激光测振器7输出的绝对信号，并将处理后的绝对数据反馈给所述数据采集器84；
96.以便于采用绝对法对被测加速度传感器5进行高温测试或校准。
97.采用本实施例提供的加速度传感器高温测试校准装置进行测试或校准时，先将被测加速度传感器5安装在连杆4的顶部、将被测加速度传感器5与电荷放大器85连接、激光测振器7与信号处理器86连接，然后将振动台1与功率放大器82、功率放大器82与信号发生器81相连，并设置温度点(50℃、100℃、150℃
……
)的升温时间及保温时间。启动温度控制器608进行加热，由热电偶603实时测量加热炉6的内部温度并进行反馈，并控制发热元件的加热功率。当温度在设定点保温设定时间后，振动台1开始振动，并施加设定的振动谱。然后实时采集激光测振仪和被测加速度传感器5的输出信号，从而得到被测加速度传感器5的技术指标。
98.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
99.即，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，例如加热装置的结构、连杆的尺寸和结构等。倘若这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些改动和变形均在本发明的保护范围内。