CN106768282B - 一种用于磁电式传感器的现场校准系统 - Google Patents

一种用于磁电式传感器的现场校准系统 Download PDF

Info

Publication number
CN106768282B
CN106768282B CN201710150333.6A CN201710150333A CN106768282B CN 106768282 B CN106768282 B CN 106768282B CN 201710150333 A CN201710150333 A CN 201710150333A CN 106768282 B CN106768282 B CN 106768282B
Authority
CN
China
Prior art keywords
calibration
magneto
signal
acquisition instrument
digital acquisition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710150333.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106768282A (zh
Inventor
匙庆磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201710150333.6A priority Critical patent/CN106768282B/zh
Publication of CN106768282A publication Critical patent/CN106768282A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106768282B publication Critical patent/CN106768282B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/02—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by magnetic means, e.g. reluctance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

本发明提供了一种用于磁电式传感器的现场校准系统，包括数字采集仪、校准电路和信号处理装置；所述数字采集仪设有电压信号输出端、第一信号输入端、第二信号输入端；所述校准电路设有激励信号输出端和校准信号输出端；所述数字采集仪的电压信号输出端用于与所述驱动校准电路的激励信号输出端连接，所述校准电路的激励信号输出端，用于与待校准的磁电式传感器连接；所述校准电路校准信号输出端与所述数字采集仪的第一信号输入端连接；所述数字采集仪的第二信号输入端用于与待校准的磁电式传感器连接，并接收磁电式传感器的振动信号；所述信号处理装置与所述数字采集仪连接，用于接收处理所述数字采集仪的两路信号。

Description

一种用于磁电式传感器的现场校准系统
技术领域
本发明涉及振动计量校准领域，特别是一种磁电式传感器校准系统。
背景技术
在地震检测和工程测振领域中，常需要大量的测振传感器对地面，工程结构，机械设备进行长期监测。比如在强震观测方面，全球用于地震动观测的数据超过3万台，结构健康监测和环境振动监测中所布设的传感器更是远高于这个数字，而且这些传感器往往要持续工作数年，因此其现场校准技术具有大量的现实需求。目前存在的可用于磁电式传感器的校准的技术存在着一下问题：
1.高频部分抗干扰能力差，无论是使用阶跃信号还是单位脉冲信号，都无法保证高频段的信噪比，只适合于长周期的校准；
2.传统的使用正弦信号进行校准时，尽管可以调节输入信号保证高频段的信噪比，但实际的测试结果在高频段的误差可达30％，无法用来作为判断传感器是否损坏的依据；
3.白噪声和伪随机二进制信号抗干扰强，但是需要知道传感器的频率特性或传递函数完成卷积运算。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种磁电式传感器校准系统。
本发明通过以下的方案实现：一种用于磁电式传感器的现场校准系统，包括数字采集仪、校准电路和信号处理装置：
所述数字采集仪设有电压信号输出端、第一信号输入端、第二信号输入端和信号源，其中所述信号源产生的电压信号通过所述电压信号输出端输出；所述校准电路设有激励信号输出端和校准信号输出端和一电阻，其中所述电阻的一端为接地端，与所述信号源的接地端共地，所述电阻的另一端为非接地端，与所述信号源的正端相连后共同连接至所述激励信号输出端，所述电阻的接地端和非接地端相连后共同连接至所述校准信号输出端；
所述数字采集仪的电压信号输出端用于与所述驱动校准电路的激励信号输出端连接，所述校准电路的激励信号输出端，用于与待校准的磁电式传感器连接；所述校准电路校准信号输出端与所述数字采集仪的第一信号输入端连接；
所述数字采集仪的第二信号输入端用于与待校准的磁电式传感器连接，并接收磁电式传感器的振动信号；
所述信号处理装置与所述数字采集仪连接，用于接收处理所述数字采集仪的两路信号。
作为本发明的进一步改进，所述信号处理装置包括：
数字滤波模块，用于对数字采集仪的两路信号进行滤波处理；
峰值检测模块，用于检测信号的峰值；
灵敏度计算模块，用于计算磁电式传感器的灵敏度大小。
作为本发明的进一步改进，所述电阻为金属膜电阻。
综上所述，通过本发明的校准系统实现了以下技术效果：
1、校准系统结构简单，携带方便，并可用于传感器的在线校准；
2、本发明成功解决了磁电式传感器在使用正弦稳态法校准时，高频段精度低的问题，从原理上消除了校准误差，从实际操作上减小了误差。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1是本发明的磁电式传感器校准系统的连接框图。
图2是本发明的校准电路的电路图。
具体实施方式
以下结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
请参阅图1，其为本发明的磁电式传感器校准系统的连接框图。
本发明提供了一种用于磁电式传感器的现场校准系统，包括数字采集仪1、校准电路2、信号处理装置3和待校准的磁电式传感器4。所述数字采集仪1分别与校准电路2、磁电式传感器4和信号处理装置连接。所述数字采集仪1通过采集校准电路2和磁电式传感器4的信号，并将其发送至信号处理装置3中进行处理，最终计算出磁电式传感器的电灵敏度。以下具体介绍本发明的电磁式传感器校准系统的电路连接示意图。
本发明采用的数字采集仪1设有电压信号输出端P1、第一信号输入端CH1、第二信号输入端CH2；所述校准电路2设有电压信号输入端P2、激励信号输出端P3和校准信号输出端P4。所述信号处理装置3通过USB接口与数字采集仪连接。所述磁电式传感器4设有校准线圈端口P7和主线圈端口P8。
所述数字采集仪1内设有信号源，用于产生电压信号，并通过所述电压信号输出端P1与所述驱动校准电路2的电压信号输入端P2连接，所述校准电路的激励信号输出端P3与磁电式传感器4的校准线圈端P7连接。所述校准电路校准信号输出端P4与所述数字采集仪1的第一信号输入端CH1连接。所述数字采集仪的第二信号输入端CH2与磁电式传感器4的主线圈端P8连接，并接收磁电式传感器的振动信号。
所述信号处理装置3通过USB接口与所述数字采集仪1连接，用于接收处理所述数字采集仪的CH1和CH2两路信号。其中，所述信号处理装置3可以是一个安装有信号处理软件的终端设备，比如：电脑等。
具体的，所述信号处理装置包括以下功能模块：数字滤波模块、峰值检测模块和灵敏度计算模块。
所述数字滤波模块，用于对数字采集仪的两路信号进行滤波处理。具体的，本发明的软件滤波的频率一般选择传感器上限频率的两倍。
所述峰值检测模块，用于检测信号的峰值。
所述灵敏度计算模块，用于计算磁电式传感器的灵敏度大小。
本发明中具体通过软件调整信号发生器的频率和幅值，用以测量不同频率下的传感器灵敏度。
请同时参阅图2，其为本发明的校准电路的电路图。进一步具体介绍本发明所采用的校准电路的具体构成。本发明的所述校准电路只包括一个电阻，该电阻的一端为接地端，与所述信号源的接地端共地。所述电阻的另一端为非接地端，与所述信号源的正端共同构成校准电路的激励信号输出端口。所述电阻的接地端和非接地端共同构成校准信号输出端口，并与所述数字采集仪连接。
其中，校准电路的电阻要使用温度系数较小的电阻，如金属膜电阻。
通过上述校准系统，将校准电路电压输出信号和传感器电压输出信号传输至电脑中的处理软件，从而计算传感器在选定频率下的电灵敏度，得到传感器的幅频特性响应曲线，可以不再将传感器卸下后校准，并解决了磁电式传感器现场校准技术中存在的高频段校准结果误差大的问题。
下面结合以下公式推导来进一步阐述本发明的原理及优点。
首先，一般无源磁电式振动传感器的传递函数为：
Figure GDA0004119777730000031
其中，
Figure GDA0004119777730000041
式(1)与式(2)中各参数的意义如下：
y——振动台可动部分运动位移；
e——传感器电压输出信号；
G——传感器主线圈机电耦合系数，磁场强度与漆包线绕线长度的乘积；
m——传感器可动部分质量；
R——传感器采集设备输入内阻；
Rs——线圈内阻；
C——传感器反馈电容；
k——弹性元件刚度；
c——空气阻尼系数；
s——拉普拉斯算子。
令：
Figure GDA0004119777730000042
则，式(1)可简化为：
Figure GDA0004119777730000043
而一般的校准方法，是直接将电压信号供给校准线圈，这样做会又与线圈电感的影响使得流过线圈的电流与电压信号的比值随频率变化，众所周知，通电导线在磁场中的受力与电流成正比，线圈两端的电压便无法正确的反应线圈所受到的磁场力，就会导致校准结果在高频段的误差逐渐加大。以下是传感器的恒压校准的传递函数表达式：
Figure GDA0004119777730000044
其中：
W4＝m[R2+L2s] (6)
u为信号源输出端的电压，其中R2为校准线圈内阻，G2为校准线圈机电耦合系数，L2为校准线圈电感，(6)式与(4)式相比，比值不是一个常数，因此这样的方法理论上存在误差。
本发明通过测量校准电路(参考附图2)中一个与校准线圈串联的电阻两端的电压值，得到与校准线圈电流成正比的，可以反应校准线圈实际加速度的电压信号，从而使得传感器的校准结果准确性大大提高。该校准系统的传递函数为：
Figure GDA0004119777730000051
其中Rc为校准电路内阻。式(7)与式(4)相比只相差一个常系数，因此本发明从理论上杜绝了校准误差。
综上所述，通过本发明的校准系统实现了以下技术效果：
1、校准系统结构简单，携带方便，并可用于传感器的在线校准；
2、本发明成功解决了磁电式传感器在使用正弦稳态法校准时，高频段精度低的问题，从原理上消除了校准误差，从实际操作上减小了误差。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于磁电式传感器的现场校准系统，其特征在于：包括数字采集仪、校准电路和信号处理装置：
所述数字采集仪设有电压信号输出端、第一信号输入端、第二信号输入端和信号源，其中所述信号源产生的电压信号通过所述电压信号输出端输出；所述校准电路设有电压信号输入端、激励信号输出端和校准信号输出端和一电阻，其中所述电阻的一端为接地端，与所述信号源的接地端共地，所述电阻的另一端为非接地端，与所述信号源的正端相连后共同连接至所述激励信号输出端，所述电阻的接地端和非接地端相连后共同连接至所述校准信号输出端；
所述数字采集仪的电压信号输出端用于与所述校准电路的电压信号输入端连接，所述校准电路的激励信号输出端，用于与待校准的磁电式传感器连接；所述校准电路校准信号输出端与所述数字采集仪的第一信号输入端连接；
所述数字采集仪的第二信号输入端用于与待校准的磁电式传感器连接，并接收磁电式传感器的振动信号；
所述信号处理装置与所述数字采集仪连接，用于接收处理所述数字采集仪的两路信号。
2.根据权利要求1所述用于磁电式传感器的现场校准系统，其特征在于：所述信号处理装置包括
数字滤波模块，用于对数字采集仪的两路信号进行滤波处理；
峰值检测模块，用于检测信号的峰值；
灵敏度计算模块，用于计算磁电式传感器的灵敏度大小。
3.根据权利要求1所述用于磁电式传感器的现场校准系统，其特征在于：所述电阻为金属膜电阻。
CN201710150333.6A 2017-03-14 2017-03-14 一种用于磁电式传感器的现场校准系统 Active CN106768282B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710150333.6A CN106768282B (zh) 2017-03-14 2017-03-14 一种用于磁电式传感器的现场校准系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710150333.6A CN106768282B (zh) 2017-03-14 2017-03-14 一种用于磁电式传感器的现场校准系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106768282A CN106768282A (zh) 2017-05-31
CN106768282B true CN106768282B (zh) 2023-06-09

Family

ID=58961667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710150333.6A Active CN106768282B (zh) 2017-03-14 2017-03-14 一种用于磁电式传感器的现场校准系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106768282B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107340488B (zh) * 2017-07-28 2023-09-19 杭州思泰微电子有限公司 一种多点多载波校正系统及校正方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103635798A (zh) * 2011-04-27 2014-03-12 曼彻斯特大学 电磁传感器及其校准
KR101660768B1 (ko) * 2016-04-01 2016-09-29 (주)오토시스 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치 및 방법

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8564399B2 (en) * 2006-06-23 2013-10-22 Aktiebolaget Skf Intrinsically safe vibration and condition monitoring system and the parts thereof
CN103412176B (zh) * 2013-08-14 2016-01-20 清华大学 一种基于磁电阻的交直流避雷器电流实时在线监测传感器
CN104316168B (zh) * 2014-11-19 2018-01-05 中国人民解放军总参谋部工程兵科研三所 可自校准的组网式无线振动测试仪
CN105203203B (zh) * 2015-09-07 2018-09-28 中国科学院地质与地球物理研究所 一种基于磁场的微振动测量装置及其测量方法
CN205176056U (zh) * 2015-11-11 2016-04-20 中国地震局工程力学研究所 一种内置有校准线圈的加速度传感器自标定装置
CN105509871B (zh) * 2016-01-26 2019-02-05 中国地震局工程力学研究所 一种应用于振动传感器的自检定装置及其自检定方法
CN206593749U (zh) * 2017-03-14 2017-10-27 匙庆磊 一种用于磁电式传感器的现场校准系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103635798A (zh) * 2011-04-27 2014-03-12 曼彻斯特大学 电磁传感器及其校准
KR101660768B1 (ko) * 2016-04-01 2016-09-29 (주)오토시스 지진 가속도 센서의 상태 정보 제어 장치 및 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
数字强震仪校准技术的研究综述;甄宏伟;杨树新;张周术;;地壳构造与地壳应力文集(00);1-3 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN106768282A (zh) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106066425B (zh) 一种阻抗测量装置及其实现校准补偿的方法
CN103018651B (zh) 用于mems器件的在片测试系统及其测试方法
CN103727964B (zh) 一种基于lc谐振传感器的力学参数测量系统与测量方法
CN113721071A (zh) 一种测量非介入式对地电压的系统和方法
CN108036804A (zh) 一种用于电阻应变片输出调节的装置
CN106768282B (zh) 一种用于磁电式传感器的现场校准系统
CN104502998B (zh) 地震检波器特性参数测试仪及测试方法
CN105300269B (zh) 一种无线精密应变测量装置和一种无线精密应变测量方法
CN105509871B (zh) 一种应用于振动传感器的自检定装置及其自检定方法
CN106289496A (zh) 一种测试变压器噪声的方法及装置
CN109708679A (zh) 一种电感式传感器模拟测试方法
CN206593749U (zh) 一种用于磁电式传感器的现场校准系统
CN106323159B (zh) 一种双振弦式应变计
CN207991561U (zh) 一种用于电阻应变片输出调节的装置
CN106643637B (zh) 用于振动测量的巡检式主应变测量方法
CN113777549A (zh) 基于压电陶瓷原理的光学互感器局部振动试验方法和装置
Keprt et al. A comparison of AE sensor calibration methods
CN106019072A (zh) 罗氏线圈集中参数的测量方法
CN206683657U (zh) 一种传感器阻尼比调整装置
RU2471197C2 (ru) Мостовой измеритель параметров двухполюсников
CN219935963U (zh) 一种数字电桥的电压电流测量通道和数字电桥
CN103728657B (zh) 用于地震检波器假频检测的方法
CN109579973A (zh) 一种振动速度传感器灵敏度系数校验方法
CN102506966B (zh) 一种流量系统校正装置
CN108398185A (zh) 一种振动传感器在线校准方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant