CN103090901A - 传感器在线校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传感器在线校准方法，本发明主要是通过在传感器中增设一激励单元，并利用一驱动源供给传感器向所述激励单元提供一设定驱动信号，使激励单元作出设定动作并驱使所述传感单元作与被测量具有相应性质的动作，进而使所述传感单元输出与所述传感信号具有相同性质的检验信号，以及，利用传感信号检出设备接收所述检验信号，实现了对传感器工作性能的在线校准。本发明仅需对现有传感器的结构进行简单调整即可实现对传感器的在线校准，既无需使设备停止运行，亦可省略传感器的拆装操作，从而可有效提升工作效率，降低成本。本发明尤其适于应用在不宜随意停机的设备及包含大量传感器的复杂设备中。

Description

传感器在线校准方法

技术领域

本发明涉及一种在线校准方法，尤其涉及一种传感器在线校准方法。

背景技术

传感器已经成为获取自然和生产领域中信息的一种极为重要的途径与手段，尤其是对于现代化工业来说，若缺乏传感器的参与，则现代化工业将失去基础。在现代工业设备中应用了大量的传感器来监测设备运行状态，实现设备在线故障监测，例如，在机械制造、发电机组、轨道交通等领域中，通常需要使用位移传感器、加速度传感器、转速传感器及压力传感器等，此类传感器的工作性能准确性与设备的正常运和使用设备人的人身安全等息息相关，因此必须及时准确的对这些传感器的工作性能进行校准。

当前通用的传感器校准方法是将待检验的传感器从设备中分离出来，并利用校准装置进行检验和校准，之后再重新安装到设备中，这种检验方法尽管可以获得较为准确的检验和校准结果，但需要将设备停机，且操作比较繁琐，尤其对于装载有数十、数百、数千乃至更多传感器的复杂系统设备而言，其工作量将极为巨大，并会严重降低生产效率，提高成本。

是以，如何发展出一种简单易行，且能实现在线检测的传感器检测技术已经成为业界长期以来一直渴望解决的难题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种传感器在线校准方法，其简便易行，且能实现批量传感器的在线校准，从而克服了现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用的传感器在线校准方法包括：

提供一传感器，包括至少一传感单元，用于检测被测量，并输出传感信号；

以及，提供至少一激励单元，其能够接收设定驱动信号并作出设定动作，同时所述传感单元与传感信号检出设备连接，激励单元与驱动源供给设备连接。

前述被测量包括位移量、加速度、速度或压力值，但不限于此。

作为本发明的实施方案之一，所述传感器在线校准方法有一传感器，传感器包括：

一传感单元，包括固定于一基体上的第一压电晶体，所述第一压电晶体与压电信号检出设备连接；

以及，一激励单元，包括第二压电晶体，所述第二压电晶体亦固定于所述基体上，并与所述第一压电晶体刚性连接，同时，所述第二压电晶体与驱动源连接。

作为更为具体的实施方案之一，所述第二压电晶体固定设置于第一压电晶体和基体之间，且第一压电晶体叠设在第二压电晶体上，并与第二压电晶体刚性连接。

作为本发明的另一实施方案，所述第一压电晶体安装基体采用棱柱形基体，所述第一压电晶体设于棱柱形基体外壁上，同时，第一压电晶体外还装有质量块和一箍圈，所述第二压电晶体装在基座和棱柱形基体之间。

所述第一压电晶体的输出端和第二压电晶体的输入端可采用两个接头，也可采用一个多芯接头。

进一步讲，所述第一压电晶体的输出端和第二压电晶体的输入端与基座及外壳绝缘。

作为本发明的又一实施方案，所述具有在线校准功能的传感器包括：

一传感单元，包括浮动套设在一磁芯上的第一线圈，所述第一线圈能够沿轴向与磁芯相对自由移动，并且，所述第一线圈与感应电流检出设备连接；

以及，一激励单元，包括第二线圈，所述第二线圈亦浮动套设于所述磁芯上，并能够沿轴向与磁芯相对自由移动，同时，所述第二线圈与驱动电源连接。

作为更为具体的实施方案之一，第一线圈和第二线圈绕制在同一骨架上并悬挂设置在磁芯上。

与现有技术相比，本发明至少具有如下优点：通过对现有传感器的结构进行简单调整，并在其中增设激励单元，能实现对传感器的在线校准，既无需使设备停止运行，亦可省略传感器的拆装操作，从而可有效提升工作效率，降低成本。本发明尤其适于应用在不宜随意停机的设备及包含大量传感器的复杂设备中。

附图说明

图1是本发明传感器在线校准方法的连接示意图；

图2a是现有的一种中心压缩型传感器的结构示意图；

图2b是本发明一较佳实施例中的一种中心压缩型带校准功能的传感器的结构示意图；

图3a是现有的一种剪切型传感器的结构示意图；

图3b是本发明一较佳实施例中的一种剪切型带校准功能的传感器的结构示意图；

图4a是现有的一种电感型传感器的结构示意图；

图4b是本发明一较佳实施例中的电感型带校准功能的传感器的结构示意图；

附图标记说明：1－传感器，2－检测设备，3－驱动源，4－被测件，

5－输出电缆，6－驱动电缆，20－基座，21－第一压电晶体，22－质量块，23－第二压电晶体，24－预紧螺母，25－信号输出端，26－驱动源供给设备输入端，27－外壳，30－基座，31－第一压电晶体，32－质量块，33－第二压电晶体，34－预紧箍圈，35－信号输出端，36－驱动源供给设备输入端，37－外壳，38－棱柱形基体；40－基座，41－第一线圈，42－磁芯，43－第二线圈，45－信号输出端，46－驱动源供给设备输入端。

具体实施方式

如前所述，鉴于现有传感器检测方法的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，特提出了本发明的技术方案。

其中，作为本发明的一个方面，其提供的传感器在线校准方法包括：

提供一传感器，其包括一传感单元，用于检测被测量，并输出传感信号；

在所述传感器中增设一激励单元，并利用一驱动源向所述激励单元提供一设定驱动信号，使激励单元作出设定动作并驱使所述传感单元作与被测量具有相应性质的动作，进而使所述传感单元输出与所述传感信号具有相同性质的检验信号，以及，利用传感信号检出设备接收所述检验信号，藉以检验传感器的工作性能。

而相应的，作为本发明的另一方面，其涉及一种具有在线校准功能的传感器，包括：

一传感单元，用于检测被测量，并输出传感信号；以及，

一激励单元，其能够接收设定驱动信号并作出设定动作，同时驱使所述传感单元作与被测量具有相应性质的动作，使所述传感单元输出与所述传感信号具有相同性质的检验信号；

其中，所述传感单元及激励单元分别与传感信号检出设备及驱动源供给设备连接。

前述被测量包括位移量、加速度、速度、转速或压力值，但不限于此。

更为具体的讲，本发明主要是利用一个激励单元接收具有设定大小、强度等的驱动信号，并将之转换为相应的动作（如位移、伸缩、转动等等），进而驱使传感器的传感单元作相同或相应的动作，比如，因激励单元的伸缩而驱动传感单元位移或旋转等，并使传感单元输出与传感信号具有相同性质的检验信号，通过检测检验信号的有无，即可获知传感器能否工作，实现对传感器的定性检测，而进一步的，通过将检验信号与驱动信号进行比较，还可定量的检测传感器的性能，其过程可以包括：

参照前述传感器检测方法，利用含有标准传感单元的传感器与激励单元配合，检测出驱动信号的大小、强度等与所生成检验信号的大小、强度等之间的关系，若两者存在线性关系或任一种可以确定的对应关系，则，对于同一类型的待检传感器，则通过采用相同的检测条件，在获得检验信号后，进而即可定量探知传感器的工作性能（如精确度等）。

以下结合若干较佳实施例及附图对本发明的技术方案作进一步的说明。

参阅图1所示是本发明传感器在线校准方法的工作示意图，将具有在线校准功能的传感器1安装在被测件4上，驱动源3的驱动信号由驱动电缆6通过传感器1的输入端26去驱动传感器1中的激励单元，使激励单元作出动作；传感器1的检出信号通过信号输出端25由输出电缆5传输到检测设备2上，由检测设备2来读取传感器1的示值，以达到校准传感器1的目的。

实施例1 参阅图2a所示系现有的一种中心压缩型传感器，其包括固定于一基座20上的第一压电晶体21，所述第一压电晶体21与压电信号输出端25连接，压电信号输出端25与测量设备（图中未示出）连接，且所述第一压电晶体21上还设有预紧螺母14将质量块22固定，信号输出端25安装在外壳27上，外壳27与基座20刚性连接。在工作时，该传感器系通过前述基座20固定在设备上，且该第一压电晶体21会因受到大小不同的力而释放大小不同的电荷量，压电信号检出设备根据该电荷量的变化情况，可实时检测传感器所承受的力变化。但在对该传感器进行检测、校正时，需要将其从设备中拆离，用比较法利用外设的校准装置进行检验校准，因此需将设备停机，而在检测完成后，还需再将该传感器安装到设备中，其操作非常繁琐，需耗费大量人力成本，降低工作效率。

参阅图2b系本实施例的一种具有在线校准功能的传感器，其是通过对前述传感器的结构进行改良而得，具体而言，该传感器包括：

一传感单元，包括固定于一基座20上的第一压电晶体21，所述第一压电晶体21与压电信号输出端25连接，压电信号输出端25通过输出电缆5与检测设备2连接（图1所示）；一激励单元，包括第二压电晶体23，所述第二压电晶体23亦固定于所述基体上，同时，所述第二压电晶体23的输入端26通过输入电缆6与驱动源3连接（图1所示）；前述第一压电晶体21叠设在第二压电晶体23上，并与第二压电晶体23刚性连接，并且，所述第一压电晶体21上通过固定螺母将质量块22固定，信号输出端25安装在外壳27上，外壳27与基座20刚性连接，驱动源供给设备输入端26固定在基座20上。也可将信号输出端25和驱动源供给设备输入端26都固定在基体20上。同时可将输出端25和驱动源供给设备输入端26合并为一个多芯接头。

可将第一压电晶体21的输入和第二压电晶体23的输出与外壳绝缘。

前述基体可选用六角螺母。

前述压电信号检出设备和驱动源供给设备可采用分立设备，亦可集成设置于同一设备中。

更为具体的讲，该传感器的工作过程及原理为：通过驱动源供给设备向第二压电晶体23提供一设定大小的交变驱动电流或电压，使第二压电晶体23产生一形变量，并向第一压电晶体21施加一力，使第一压电晶体21应受力产生电荷量，再利用压电信号检出设备检测电荷量的有无或者大小，即可探知第一压电晶体21能否正常工作。进一步的，可通过将应激电荷量与驱动源供给设备进行对比，还可实现对第一压电晶体21的校准，亦即实现对传感器的校准。本实施例中传感器的检验校准过程无需拆装传感器的操作，真正达成了在线校准的目的，操作简单，成本低。

实施例2 参阅图3a所示系现有的另一种常用传感器，其包括一棱柱形基体38，该棱柱形基体38的各侧外壁面上分别装有第一压电晶体31，且所述第一压电晶体31和基体38外还装有质量块32，质量块32外套设有预紧箍圈34，所述第一压电晶体31与压电信号输出端35连接，输出端35与检出设备（图中未示出）连接，信号输出端35安装在外壳37上，外壳37与基座30刚性连接。在工作时，该传感器系被固定在设备上，且该第一压电晶体31会因受到大小不同的压力而释放大小不同的电荷量，压电信号检出设备根据该电荷量的变化情况，可实时检测传感器所承受力的变化。但与实施例1中的现有传感器一样，该传感器在进行检测、校准时，亦需要拆装操作，工作量大，十分繁琐，且需将设备停机。

参阅图3b系本实施例的一种具有在线校准功能的传感器，其是通过对前述现有传感器的结构进行改良而得，具体而言，该传感器包括：

一传感单元，包括固定于一棱柱形基体38上的第一压电晶体31，所述第一压电晶体31与信号输出端35连接，信号输出端35与检出设备连接；

一激励单元，包括第二压电晶体33，所述第二压电晶体33固定于所述基体30上，同时，所述第二压电晶体33与驱动源供给设备输入端36连接，驱动源供给设备输入端36与驱动源供给设备连接；

前述第一压电晶体31外还装有质量块32和一预紧箍圈34，所述第二压电晶体装在基座30和安装棱柱形基体38中间。信号输出端35安装在外壳37上，外壳37与基座30刚性连接，驱动源供给设备输入端36固定在基座30上。也可将信号输出端35和驱动源供给设备输入端36都固定在基体30上。同时可将输出端35和驱动源供给设备输入端36合并为一个多芯接头。

可将第一压电晶体31的输入和第二压电晶体33的输出与外壳绝缘。

前述压电信号检出设备和驱动电源可采用分立设备，亦可集成设置于同一设备中。

该传感器的工作过程可参照实施例1。

实施例3 参阅图4a所示系现有的又一种常用感应式传感器，它包括采用悬挂方式套设在一磁芯42上的第一线圈41，磁芯42安装在基座40上，所述第一线圈41能够沿轴向与磁芯相对自由移动，并且，所述第一线圈41与感应电流检出端45连接，感应电流检出端45与测试设备连接。在工作时，该传感器4A系被固定在设备上，且该第一线圈41会因受到振动而释放大小不同的感应电流，感应电流检出设备根据该感应电流的变化情况，可实时检测设备的运行状况。但与实施例1、2所涉及的传感器一样，该现有传感器在进行检测、校正时，同样需要拆装操作，工作量大，十分繁琐，且需将设备停机。

参阅图4b系本实施例的一种具有在线校准功能的感应式传感器，其是通过对前述现有传感器的结构进行改良而得，具体而言，该传感器包括：

以悬挂方式套设在一磁芯42上的第一线圈41，磁芯42安装在基座40上，所述第一线圈41能够沿轴向与磁芯相对自由移动，并且，所述第一线圈41与感应电流检出端45连接，感应电流检出端45与感应电流测试设备（图中未示出）连接；

一激励单元，包括第二线圈43，所述第二线圈43与第一线圈41同支架，亦以悬挂方式套设在所述磁芯42上，并能够沿轴向在磁隙中相对自由移动，同时，所述第二线圈43与驱动源供给设备输入端46连接，驱动源供给设备输入端46与驱动源供给设备连接。同时可将输出端45和驱动源供给设备输入端46合并为一个多芯接头。

前述感应电流检出设备和驱动电源可采用分立设备，亦可集成设置于同一设备中。

该传感器的工作过程及原理大致为：通过驱动电源向第二线圈42提供一设定大小的驱动电流或电压，使第二线圈42沿轴向位移一定距离，并推动第一线圈41相应的沿轴向移动，并在第一线圈42中产生一感应电流，或者，使磁芯位移一定距离，并使第一线圈42中产生一感应电流，再利用感应电流检出设备检测感应电流的有无或者大小，即可探知第一线圈41的工作性能，亦即，实现对该传感器的检测校正。本实施例中传感器的检验校正过程无需拆装操作，能实现在线检测，操作简单，成本低。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修改，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种传感器在线校准方法，其特征在于，包括：

提供一传感器，包括至少一传感单元，用于检测被测量，并输出传感信号；

以及，提供至少一激励单元，其能够接收设定驱动信号并作出设定动作，同时所述传感单元与传感信号检出设备连接，激励单元与驱动源供给设备连接。

2.根据权利要求1所述的具有传感器在线校准方法，其特征在于，所述被测量包括位移量、加速度、速度或压力值，但不限于此。

3.根据权利要求1所述的具有传感器在线校准方法，其特征在于，它具体包括：

一传感单元，包括固定于一基体上的第一压电晶体，所述第一压电晶体与压电信号检出设备连接；

以及，一激励单元，包括第二压电晶体，所述第二压电晶体亦固定于所述基体上，并与所述第一压电晶体刚性连接，同时，所述第二压电晶体与驱动源连接。

4.根据权利要求3所述的具有传感器在线校准方法，所述第二压电晶体固定设置于第一压电晶体和基体之间，且第一压电晶体叠设在第二压电晶体上，并与第二压电晶体刚性连接。

5.根据权利要求3所述的具有传感器在线校准方法，所述第一压电晶体设于棱柱形基体外壁上，同时，第一压电晶体外还装有质量块和一箍圈，所述第二压电晶体装在基座和棱柱形基体之间。

6.根据权利要求3、4、5所述的具有传感器在线校准方法，所述第一压电晶体的输出端和第二压电晶体的输入端可采用两个接头，也可采用一个多芯接头。

7.根据权利要求3、4、5、6所述的具有传感器在线校准方法，进一步讲，所述第一压电晶体的输出端和第二压电晶体的输入端与基座及外壳绝缘。

8.根据权利要求1所述的具有传感器在线校准方法，所述具有在线校准功能的传感器包括：

一传感单元，包括浮动套设在一磁芯上的第一线圈，所述第一线圈能够沿轴向与磁芯相对自由移动，并且，所述第一线圈与感应电流检出设备连接；

以及，一激励单元，包括第二线圈，所述第二线圈亦浮动套设于所述磁芯上，并能够沿轴向与磁芯相对自由移动，同时，所述第二线圈与驱动电源连接。

9.根据权利要求8所述的具有传感器在线校准方法，作为更为具体的实施方案之一，第一线圈和第二线圈绕制在同一骨架上并悬挂设置在磁芯上。

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