[发明专利]一种小力值传感器的校准方法

权利要求书

1.一种小力值传感器的校准方法，其特征在于，基于用于小力值传感器溯源的正弦动态力校准系统实现，用于小力值传感器溯源的正弦动态力校准系统包括电动振动台、激光干涉仪、数据采集处理单元与计算机；

所述电动振动台包括信号发生器、控制器、功率放大器、振动台台体及质量块；所述信号发生器的输出端与振动台台体连接，用于给振动台台体施加正弦信号；所述控制器通过功率放大器与振动台台体连接，用于控制振动台台体的振动频率，所述功率放大器用于控制振动台台体的振动振幅；所述质量块通过待校力传感器固定在振动台台体上；

所述激光干涉仪发射激光至质量块，并接收从质量块反射回的激光，通过计算获得质量块的位移、速度及加速度，并将质量块的位移、速度及加速度输入至计算机；

所述数据采集处理单元包括放大器、数字电压表及数据采集系统；所述放大器与待校力传感器连接，用于将待校力传感器输出的电信号放大后分别输入至数字电压表及数据采集系统；所述数字电压表用于给待校传感器供电并显示其输出的电信号；所述数据采集系统用于将待校力传感器输出的电信号转化为相对应的测试力值，并将测试力值输出至计算机；

校准方法包括以下步骤：

S1、确定待校力传感器的力值范围F(t)；

S2、根据力值范围确定质量块的有效质量和形状，所述有效质量包括M₁、m₁、m₂、M₂；

S3、根据或计算加速度通过控制控制器及功率放大器控制振动台的振幅及频率，使得激光干涉仪输出的加速度等于其中与振幅l及频率f的关系为

S4、在调节后的振幅及频率条件下，对待校传感器进行校准，具体过程如下：

S41、计算机发送控制指令至控制器与信号发生器，控制振动台按照正弦信号在调节后的振幅及频率条件下振动；

S42、激光干涉仪测量质量块的加速度并发送至计算机；

S43、计算机根据激光干涉仪发送的质量块的加速度利用公式或计算标准力值，其中M₁为质量块质量，m₁为待校力传感器敏感件上部及力传感器与质量块之间联接件的等效质量之和；m₂为力传感器敏感件下部及力传感器与振动台之间联接件的等效质量之和；M₂为振动台动圈质量；

S44、利用标准力值校准测试力值，实现对待校力值传感器的校准。

2.根据权利要求1所述的小力值传感器的校准方法，其特征在于：取质量块顶面的平均加速度值为加速度通过下述方法获得：

在同一个校准频率下，对质量块顶面中心点进行多次测量，获得多个加速度值，取其平均值作为

3.根据权利要求1所述的小力值传感器的校准方法，其特征在于：取质量块顶面的平均加速度值为加速度通过下述方法获得：

在同一个校准频率下，对质量块顶面多个点进行测量，获得多个加速度值，取其平均值作为

4.根据权利要求3所述的小力值传感器的校准方法，其特征在于：在质量块顶面中心及径向1/2半径的圆周处选取多个测量点进行测量。

5.根据权利要求1所述的小力值传感器的校准方法，其特征在于，取质量块整体平均加速度值为加速度通过下述方法获得：

其中为质量块顶面的平均加速度值，k₀为加速度因子，通过下式计算：

其中，ρ为质量块的密度，kg/m³，E为质量块的弹性模量，N/m²；L为质量块的长度，m；C为质量块的纵波速度，m/s；ω为振动角频率，1/s。

6.根据权利要求1至5任一所述的小力值传感器的校准方法，其特征在于：还包括二维位置控制平台；所述激光干涉仪的测量头安装在二维位置控制平台上。

7.根据权利要求6所述的小力值传感器的校准方法，其特征在于：所述激光干涉仪为氦氖激光器光源外差式激光干涉仪。

8.根据权利要求7所述的小力值传感器的校准方法，其特征在于：所述质量块顶面设有反射膜。