[发明专利]一种单轴加速度传感器的标定装置及标定方法

说明书

本发明公开了一种单轴加速度传感器的标定装置及标定方法，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；通过信号发生器产生的激振信号经过压电放大器后输出到压电驱动器，激励柔性悬臂梁第一阶模态振动，将加速度传感器和激光位移传感器分别检测的振动信号经过运动控制卡进行A/D转换后输入计算机。根据位移和加速度的关系，解算得出加速度传感器测量的电压信号与实际加速度值之间的对应关系。

技术领域

本发明涉及柔性结构振动分析领域，具体涉及一种单轴加速度传感器的标定装置及标定方法。

背景技术

加速度传感器在柔性结构的振动测量与控制，结构动力学分析等领域应用广泛。采用加速度传感器测量信号进行反馈控制和动力学分析的情况非常普遍。在反馈控制和动态分析中，采用的加速度传感器有压电式，压阻式，电容式等等。他们检测信号要么经过电荷放大器放大，要么经过内置或外延放大电路放大后得到的是模拟量电压信号。

如果需要精确知道电压信号对应实际加速度的测量值，现有技术需要专门的加速度传感器标定装置，这样就需要专门购买加速度传感器的标定装置。标定装置应用的情况不多，把加速度传感器标定后就不用了，还需要存放、维护和保养等。所以一般购买加速度传感器进行实验研究的单位不购买加速度传感器标定装置。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种单轴加速度传感器的标定装置及标定方法。

本发明采用如下技术方案：

一种单轴加速度传感器的标定装置，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。

所述加速度传感器为压电式传感器或电容式传感器。

所述压电驱动器至少由两片压电陶瓷片构成。

一种应用单轴加速度传感器的标定装置的标定方法，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。

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)”；