一种用于压电加速度计的电激励自校准方法和装置与流程

本发明涉及振动传感器校准，具体涉及一种用于压电加速度计的电激励自校准方法和装置。

背景技术：

1、振动传感器在故障诊断、环境监测、结构安全测试等领域具有广泛应用。振动传感器的定期校准有利于保证其灵敏度的准确性，从而保证测量数据的准确性，其校准精度直接影响实际工程应用有效性。目前，常用的振动传感器校准方法有激光干涉法与比较法。激光干涉法基于多普勒测速与激光干涉原理，通过对传感器受到的绝对振动量值测量实现校准，具有抗干扰能力强、动态性能好、测量频率范围宽、线性度高等优势，但激光干涉法校准系统复杂、成本高、灵活性较差，难以应用于现场环境进行校准。比较法校准方法需要一个标准的振动传感器，将其与被校传感器背靠背安装于振动台实现校准，其具有测量系统简单、灵活、高效等优势，但标准传感器数量少、成本高，其测量精度通常不高，难以应用于现场环境。

2、为解决实际应用中一些振动传感器无法定期送往实验室校准，需满足直接在现场环境下进行校准的需求，一种带有驱动端口的压电加速度计被设计、生产并应用于工作现场，通过对压电加速度计驱动端口的电激励，并基于电学量的测量，能够测试压电加速度计的在电激励下的响应特性，但其现场原位校准方法的原理、应用缺少研究。

技术实现思路

1、技术目的：为解决现有振动传感器校准方法存在系统复杂、成本高、灵活性差、无法满足现场校准的问题，本发明提供了一种用于压电加速度计的电激励自校准方法和校准装置，通过电激励试验测量得激励信号与输出信号幅值比值，结合出厂已知的转换灵敏度，实现了5-2000hz频率范围内压电加速度计高精度现场原位校准。

2、技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种用于压电加速度计的电激励自校准方法，所述压电加速度计安装在工作原位上，设有驱动端口和输出端口，所述方法包括步骤：

4、将具有预设频率和幅值的激励信号输入压电加速度计的驱动端口；

5、压电加速度计产生与所述激励信号对应的响应信号，响应信号经输出端口输出；

6、采集压电加速度计的驱动端口的激励信号和输出端口的响应信号；

7、计算采集的激励信号和响应信号的幅值比值，根据所述幅值比值和预先存储的所述压电加加速度计的出厂自检灵敏度se，计算得到自校准灵敏度sa，所述自校准灵敏度用于评价压电加速度性能。

8、作为优选，所述激励信号为在5～2000hz频率范围内按照三分之一倍频程，输出的电压幅值为20vpp的正弦电压激励信号。

9、作为优选，通过两个通道采集压电加速度计的驱动端口的激励信号和输出端口的响应信号，将两个通道tj时刻采集到的激励信号和响应信号分别表示为u1(tj)与u2(tj)；

10、按照式(1)所示的正弦逼近法对激励信号和响应信号进行拟合：

11、

12、其中，ωv为振动角频率，a1、b1、c1、a2、b2、c2为待求解的正弦拟合系数，通过输入多组采样数据，分别求解对应的多个方程获得；

13、求解获得a1、b1及a2、b2后，计算得到式(2)：

14、

15、和分别表示两个通道所采集到的激励信号和响应信号的峰值；

16、所述压电加速度计的电激励自校准得到加速度灵敏度幅值sa根据式(3)计算获得：

17、

18、u1表示幅值比值。

19、一种用于压电加速度计的现场电激励自校准装置，实施所述方法，所述装置包括：

20、压电加速度计，安装在工作原位上，设有驱动端口和输出端口；

21、数据采集卡，用于采集压电加速度计的驱动端口的激励信号和输出端口的响应信号；

22、信号发生设备，用于产生具有预设频率和幅值的激励信号，所述激励信号由信号发生设备的输出端输出，输入待校准的压电加速度计的驱动端口，压电加速度计产生与激励信号对应的响应信号并经输出端口输出；

23、上位机，设有信号处理与显示单元，通过信号处理与显示单元计算采集的激励信号和响应信号的幅值比值，根据所述幅值比值和预先存储的所述压电加加速度计的出厂自检灵敏度se，计算得到自校准灵敏度sa，所述自校准灵敏度用于评价压电加速度性能。有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

24、(1)本发明方法可直接用于振动传感器现场校准，能够有效避免应用于特殊工况下的振动传感器未及时校准造成的危害。

25、(2)本发明方法仅利用了外部信号的激励便可实现全频带下振动传感器的灵敏度校准、幅值稳定性以及频响检测，具有成本低、精度高的优势。

26、(3)本发明方法不需要实验室中繁琐的操作手段，仅需要电信号的激励即可实现全频带校准，操作简单，使用方便。

27、(4)本发明方法属于振动校准方法，并基于压电元件的逆压电效应，能够实现带驱动端口的压电加速度计在一定频率范围内的现场原位校准。

28、(5)本发明方法将通过电激励试验实现带驱动端口的压电加速度计灵敏度幅值校准，通过对校准理论的进一步研究有利于压电加速度计的现场校准溯源。

技术特征：

1.一种用于压电加速度计的电激励自校准方法，其特征在于，所述压电加速度计安装在工作原位上，设有驱动端口和输出端口，所述方法包括步骤：

2.根据权利要求1所述的用于压电加速度计的电激励自校准方法，其特征在于：所述激励信号为在5～2000hz频率范围内按照三分之一倍频程，输出的电压幅值为20vpp的正弦电压激励信号。

3.根据权利要求2所述的用于压电加速度计的电激励自校准方法，其特征在于：通过两个通道采集压电加速度计的驱动端口的激励信号和输出端口的响应信号，将两个通道tj时刻采集到的激励信号和响应信号分别表示为u1(tj)与u2(tj)；

4.一种用于压电加速度计的电激励自校准装置，实施权利要求1-3任一所述方法，其特征在于，所述装置包括：

技术总结
本发明涉及振动传感器技术领域，公开了一种用于压电加速度计的电激励自校准方法和装置，方法包括步骤：将具有预设频率和幅值的激励信号输入压电加速度计的驱动端口；压电加速度计产生与所述激励信号对应的响应信号，响应信号经输出端口输出；采集压电加速度计的驱动端口的激励信号和输出端口的响应信号；计算采集的激励信号和响应信号的幅值比值，根据所述幅值比值和预先存储的所述压电加加速度计的出厂自检灵敏度，计算得到自校准灵敏度，用于评价压电加速度性能。本发明具有低成本、灵活、高效、简单等优势，可实现压电加速度计高精度的现场校准，且有利于振动传感器现场校准与溯源技术的发展。

技术研发人员：陈乐,赵军,梁培钧,徐孙庆,翟峥嵘,马仲翦,段洪涛,李泽斌
受保护的技术使用者：中国人民解放军92493部队计量测试研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21