[发明专利]一种单轴加速度传感器的标定装置及标定方法

权利要求书

1.一种单轴加速度传感器的标定装置，其特征在于，包括柔性悬臂梁、激光位移传感器、压电驱动器、加速度传感器、电荷放大器、压电放大器、信号发生器、A/D转换数据采集卡及计算机；

所述柔性悬臂梁一端与基座固定称为固定端，另一端为自由端，所述加速度传感器及激光位移传感器安装在柔性梁相对的两个侧面上，所述压电驱动器粘贴在柔性悬臂梁靠近固定端的位置，将信号发生器的激励信号通过压电放大器输出到压电驱动器上，所述加速度传感器测量的柔性悬臂梁的加速度信号经过电荷放大器放大后输出到A/D转换数据采集卡转换后输入计算机，所述激光位移传感器检测柔性悬臂梁相应点的横向振动位移信号经过A/D转换数据采集卡转换后输入计算机；

激光位移传感器的安装初始位置对准加速度传感器的测量轴线，即测量方向的几何中心；

加速度传感器为压电式传感器或电容式传感器。

2.根据权利要求1所述的一种单轴加速度传感器的标定装置，其特征在于，所述压电驱动器至少由两片压电陶瓷片构成。

3.一种应用权利要求1-2任一项所述的单轴加速度传感器的标定装置的标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，辨识得到该柔性悬臂梁的第一阶振动模态频率；

第二步，信号发生器产生信号频率与第一阶振动模态频率相同，经过压电放大器后驱动压电驱动器，激励柔性悬臂梁的第一阶模态的振动；

第三步，加速度传感器检测柔性悬臂梁振动的加速度信息经过电荷放大器及A/D转换数据采集卡进行转换后输入计算机，同时激光位移传感器检测柔性悬臂梁相应点的横向振动位移信息经过A/D转换数据采集卡输入计算机；

第四步，根据柔性悬臂梁测量点的横向位移和加速度信号之间的关系，得到加速度信号的电压值与测量加速度之间的对应关系，从而完成加速度传感器的标定。

4.根据权利要求3所述的标定方法，其特征在于，所述第四步中根据柔性悬臂梁测量点的横向位移和加速度信号之间的关系，得到加速度信号的电压值与测量加速度之间的对应关系，具体为：

激光位移传感器测量的振动横向位移信号：

式中t代表时间变量，代表相位角，ω₁是柔性梁的第一阶振动模态频率，A₁是横向振动位移信号的幅值，单位是“米(m)”；

加速度传感器测量的振动加速度信号：式中t代表时间变量，代表相位角，ω₁是柔性梁的第一阶振动模态频率，A₂是横向振动加速度信号的幅值，模拟电压信号，单位是“伏特(V)”；

由于测量的柔性悬臂梁上同一个点的位移和加速度信息，频率ω₁都是柔性梁的第一阶振动模态频率；位移和加速度信号二者是二阶微分关系，所以也就是说，单位是“伏特(V)”；

对位移信号两次微分处理得到的加速度信号：

则

系数K_AV就是单位电压对应时间的加速度信息，从而对加速度传感器的测量值进行标定。