[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

说明书

本发明公开了一种基于激光干涉法的高加速度振动校准方法及装置，该方法包括：将基于机械共振原理的谐振式高加速度振动发生装置安装于振动台台面，以保证为振动传感器校准提供符合校准需求的高加速度振动激励；采集外差激光干涉信号与振动传感器输出电压信号，利用相位展开法提取干涉信号的相位；然后基于正弦逼近法拟合干涉信号相位与振动传感器输出电压信号；最后实现振动传感器的灵敏度幅值与相位校准。相比于传统的振动校准方法，本方法在有效保证校准精度的前提下，提高了振动校准的加速度激励幅值。本发明方法解决了现有振动校准方法振动加速度幅值有限的不足，同时也解决了高加速度振动量值溯源问题。

技术领域

本发明属于振动计量与测试领域，尤其适用于高加速度振动校准。

背景技术

振动校准是保证振动传感器测量结果准确和可靠的重要手段。剧烈且持续的高加速度振动会造成物体内部结构的损伤，尤其零部件发生共振时会引起其疲劳失效，可能会带来危险。高加速度振动传感器在航空发动机与燃气轮机的性能测试，机器状态监测，军事武器特性测试等领域应用广泛。因此，对于高加速度振动校准技术的研究具有十分重要的意义。

对于高加速度振动传感器，校准方法主要包括重力场法、离心机法、冲击校准法和振动校准法。其中重力场法和离心机法主要适用于低频、超低频高加速度校准。重力场法利用转台为被校传感器提供峰值恒为1g的重力加速度，校准系统简单灵活，但由于转台离心加速度对校准精度的影响，其校准频率通常小于5 Hz。具有零频响应的振动传感器，可采用离心机法测试振动传感器的线性度，双离心机法适用频率范围为0.7～10Hz，正弦加速度最大幅值仅为700m/s²。不具有零频响应且对线性度没有要求的振动传感器，可采用冲击校准法对其进行校准，冲击校准虽然可以在段时间内获得较高冲击加速度，但是校准指标具有局限性。如果振动传感器不具有零频响应，其线性度要求也较高时，则需要采用振动台进行校准。但是单独的振动台产生的激励加速度往往幅值有限。目前，我国绝对法振动计量基准装置的最大加速度测量能力为100m/s²，比较法中频振动标准装置的最大加速度测量能力为980m/s²。传统的振动校准方法激励幅值不能满足高加速度振动传感器的校准需求。

因此，针对目前振动校准方法物体提供高加速度振动激励、高加速度振动量值无法溯源的不足，本发明提出一种可适用于高加速度振动激励范围校准、校准过程简单、校准精度较高的振动校准方法。

发明内容

针对传统振动校准方法无法提供高加速度振动校准所需的加速度激励幅值，本发明提供一种高效、高加速度振动校准方法，包括：

安装谐振式高加速度振动发生装置：该装置不仅用于高加速度振动激励发生，也用于固定振动传感器，是振动台工作台面与传感器之间的过渡结构；

外差式激光干涉信号提取相位：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，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，转换为两路正交信号，然后利用相位展开法提取干涉信号的相位；

高加速度振动测量与振动传感器输出电压测量：对于提取的干涉信号相位与振动传感器输出电压信号，采用正弦逼近法拟合激励加速度信号与输出电压信号，获得激励加速度信号与输出电压信号的幅值和相位；

振动传感器灵敏度计算：利用激励加速度信号与输出电压信号的幅值与相位，基于传感器灵敏度公式求得振动传感器的灵敏度幅值和相位。

进一步地，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；