[发明专利]一种基于激光干涉法的高加速度振动校准方法及装置

权利要求书

1.一种基于激光干涉法的高加速度振动校准方法，其特征在于：所述校准方法包括以下步骤，

S1：将基于机械共振原理建立的谐振式高加速度振动发生装置安装于振动台台面，振动台提供与谐振梁共振频率相等的振动激励信号，谐振梁共振为振动传感器校准提供高加速度振动激励；

S2：利用基于Nyquist采样定理的采样频率同步采集外差激光干涉信号与振动传感器输出电压信号，基于相位展开法提取外差激光干涉信号的相位；

S3：利用正弦逼近法拟合干涉信号相位与振动传感器输出信号，得到振动加速度信号与振动传感器输出信号的幅值和相位；

S4：最后通过拟合获取的加速度信号与输出电压信号的峰值和相位，确定振动传感器的灵敏度幅值与相位；

基于相位展开法提取外差激光干涉信号相位过程，具体包括：

(1)外差激光干涉信号与振动传感器输出信号采集；

将振动传感器固定于谐振式高加速度振动发生装置上，当振动台提供的振动激励信号频率与谐振梁谐振频率相等时，谐振梁共振提供高加速度振动激励，传感器随谐振梁一同振动；外差激光干涉信号的频率和相位分别受振动速度和振动位移的调制，描述为：

其中，

式中，u_p为干涉信号的峰值，为干涉信号的初相，λ为激光波长；v_p和s_p分别为振动速度与位移的峰值，f_v和分别为振动频率与初相；带宽为2v_p/λ；

利用基于Nyquist采样定理的采样频率同步采集干涉信号与振动传感器输出电压信号；

(2)外差激光干涉信号转换为两路相互正交的干涉信号；

将采集的外差激光干涉信号与一组标准正余弦正交基I,Q相乘，将干涉信号转化为两相互正交的信号，其中I(t_i)＝sin(2πf₁t_i)，Q(t_i)＝cos(2πf₁t_i)；经过低通滤波器后得到正交信号u₁(t_i)和u₂(t_i)：

式中t_i为采样时间，i＝1,2,3...,N-1，N为采样点数，u′_p为正交信号的峰值；

(3)基于相位展开法提取干涉信号的相位；

利用相位展开法提取正交干涉信号的相位，即：

式中反正切函数在干涉信号的过零点引入不连续的相位，因此引入相位补偿项nπ避免相位跳变，其中n＝0,1,2...。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光干涉法的高加速度振动校准方法，其特征在于：

谐振式高加速度振动发生装置，由谐振梁、立柱、T型螺母和底座组成，与振动台刚性连接，当外加频率与谐振梁的固有频率相等时，谐振梁共振产生高加速度振动激励。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光干涉法的高加速度振动校准方法，其特征在于：

对于解调外差激光干涉信号获取的相位以及采集的振动传感器输出电压信号u(t_i)，利用正弦逼近法拟合激励位移信号与输出电压信号：

u(t_i)＝A₂ cos(2πf_vt_i)-B₂ sin(2πf_vt_i)+C₂t_i+D₂ (6)

式中f_v为振动频率；参数A₁、B₁、C₁及D₁，A₂、B₂、C₂及D₂可通过分别求解N个方程获得；拟合的激励位移信号为：

激励加速度信号为：

振动传感器输出电压信号为：