振动传感器的计算机自动标定系统设计

　　振动传感器对航空、航天、地震监测等领域都非常重要.生产厂家必须对出厂传感器的参数进行标定.用户使用的传感器在使用了一段时间后,由于传感器晶片的老化,其参数要发生变化,必须对它进行校准.振动传感器的标定或校准方法主要有绝对法、相对法和互易法等,它们都是将传感器固定在振动台的台面上,对振动台施加正弦信号使它发生振动,通过测量并计算振动台的运动量和传感器的输出量,来获得传感器的参数[1,2].这一过程需多次重复,以获得传感器在不同运动状态下(不同的振动幅度、频率)的响应特性.这些工作往常都是由手工完成,费时又费力.

　　本文提出的振动传感器计算机自动标定系统,通过计算机输出高精度的扫频正弦信号,控制标准振动台以规定的方式振动,并对固定在振动台上的多个传感器的输出电压和失真度进行计量,实现对振动传感器的自动标定,提高了标定的精度和工作效率.

　　1　标定法概述

　　1.1　绝对法标定

　　先用激光测振仪测出振动台台面的位移量D,然后计算出各种灵敏度[3]:位移D=KN/8(mm),位移灵敏度SD= E/D(mV/mm),速度v=2PfD(m/s),速度灵敏度Sv= E/v(mV·s/mm),加速度a=(2Pf)2D(mm/s²),加速度灵敏度Sa= E/a(mV·s2/mm).其中:K为激光波长;N为干涉条纹数;f为振动频率(Hz);E为传感器输出电压(mV).绝对法的标定精度非常高,但设备要求高,效率较低,主要用于传递标准用的标准传感器的标定.

　　1.2　相对法标定

　　将被测传感器与一个标准传感器同时安装在振动台台面上,通过测量和比较它们的输出电压大小,来获知被测传感器的参数.设Sas和Es分别是标准传感器的加速度灵敏度及输出电压,则:a=Es/Sas(mm/s²),v=a/2Pf(mm/s),D=v/2Pf(mm),Sa=(E/Es)·Sas(mV·s²/mm),Sv=2PfSa(mV·s/mm),SD=(2Pf)2Sa(mV/mm).相对法简单、省时、经济,适用于试验室和生产单位校准.

　　1.3　互易法标定[2]

　　互易法仅适用于能量型传感器,它是利用能量型传感器的互易性来标定.互易法无需精确测量机械振动量,就可以实现很高的标定精度,但是操作复杂,效率低,在激光测振仪问世以后,它的应用已逐步减少.

　　2　系统总体结构

　　系统总体结构如图1所示.IBM-PC微机通过人机对话,设定一定的标定模式,并根据标定模式,通过接口电路控制信号发生器输出规定的扫频正弦信号,通过功率放大器驱动振动台按特定的方式振动.安置在振动台台面上的传感器的输出信号由模拟输入通道采集输入计算机.在进行绝对法标定时,数字输入通道还将输入由激光干涉仪测定的干涉条纹数.计算机在对各路数据进行计算和比较之后,给出对传感器的标定结果.