CN110531443A - 一种地震烈度仪的标定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种地震烈度仪的标定装置，包括数据采集器和安装固定于电路板一侧的MEMS加速度计，MEMS加速度计与数据采集器电连接；电路板另一侧设置有压电陶瓷片；该标定装置还包括程控数模转换器和功率放大器，程控数模转换器通过功率放大器与压电陶瓷片电连接；程控数模转换器根据控制需要输出正弦的模拟信号、并通过功率放大器放大后产生驱动压电陶瓷片的正弦驱动信号，压电陶瓷片在正弦驱动信号下产生震动，并传递到电路板另一侧的MEMS加速度计、并输出震动信号，MEMS加速度计实时接收程控数模转换器调整振动信号的频率和幅度后得到标定的振动信号，数据采集器实时记录并计算出MEMS加速度计的灵敏度、进行零位标定以及判断MEMS加速度计是否正常工作。
Description
【技术领域】
本发明涉及标定技术，尤其涉及一种地震烈度仪的标定装置。
【背景技术】
目前，MEMS加速度传感器为微机电型传感器，能够测量加速度、倾斜、振动或冲击，由于其具有体积小、重量轻、功耗低、可大批量生产、成本低、可靠性高等一系列传统惯性传感器所没有的优点，被广泛应用于航空、航天、航海、汽车工业、工业监控、机器人及消费类电子产品等领域
MEMS加速度传感器在应用中也存在一些问题，其中最难以解决的是零偏稳定差，在测姿和两次积分计算位置的应用中，难以长时间的稳定工作，长期稳定性较差，存在明显时漂现象，再加上加工、制造工艺不完善等均可造成敏感元件的输出误差，通常元器件的误差占到整个系统误差的90％以上，针对其精度较差的问题，相关领域竞相展开了提高其精度的研究。
提高MEMS加速度传感器精度的方法主要有两种，一是研究或购买更高精度的MEMS惯性传感器，这必将会带来时间与成本上的大幅增长；另一种方法是采用现场标定对MEMS惯性传感器的零位误差进行标定补偿，提高其使用精度，这种方法成本较低、易于实现。但以上两种方式的MEMS加速度传感器误差标定试验较为繁琐，标定时间较长，只能对每个模块进行单独标定，效率低、成本高，不利于批量生产的需求；而且，为了现场标定得到比较精确的零位，就必须制作带有水平基准的工装，这也失去了现场标定的意义。
【发明内容】
本发明与传统的地震计配合，提供一种结构紧凑、体积小、重量轻，符合烈度观测场景需求，能够主动自动标定，有效监测设备灵敏度和是否正常工作的地烈度仪的标定装置。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种地震烈度仪的标定装置，包括安装固定于电路板一侧的MEMS加速度计和数据采集器，所述MEMS加速度计与数据采集器电连接，所述数据采集器实时接收MEMS加速度计的输出信号、并实时记录数据；
所述电路板另一侧与MEMS加速度计相对应处设置有在正弦驱动信号驱动下产生震动的压电陶瓷片；
该标定装置还包括程控数模转换器和功率放大器，所述程控数模转换器通过功率放大器与压电陶瓷片电连接；
所述程控数模转换器根据控制需要输出正弦的模拟信号、并通过功率放大器放大后产生驱动压电陶瓷片的正弦驱动信号，所述压电陶瓷片在正弦驱动信号下产生震动，并传递到电路板另一侧的MEMS加速度计、并输出震动信号，所述MEMS加速度计实时接收程控数模转换器调整振动信号的频率和幅度后得到标定的振动信号，数据采集器实时记录并计算出MEMS加速度计的灵敏度、进行零位标定以及判断MEMS加速度计是否正常工作。
进一步地，所述压电陶瓷片通过粘胶的方式安装于电路板底端面。
进一步地，所述MEMS加速度计安装于电路板的顶侧面。
进一步地，所述压电陶瓷片上设有与功率放大器电连接的正连接线和负极连接线。
进一步地，所述压电陶瓷片上还设有与接地导线相连的接地端。
本发明的有益效果是：
本发明根据烈度观测场景需求，通过附加驱动源的方式对MEMS加速度计进行标定测试，主要通过在MEMS加速度计底部安装主动产生机械振动的压电陶瓷片，即通过压电陶瓷片作为主动标定源，标定时，通过程控数模转换器调整振动信号的频率、幅度，并通过功率放大器放大后产生驱动压电陶瓷片的正弦驱动信号，然后数据采集器记录MEMS加速度计实时接收标定的振动信号，计算出MEMS加速度计的灵敏度、进行零位标定以及判断MEMS加速度计是否正常工作。
与传动的无法标定MEMS加速度计相比，本发明可以主动产生振动源和主动控制振动的幅度以及振动的频率，整机结构紧凑、体积小，重量轻，有效监测设备灵敏度、进行零位标定和自动确定设备是否正常工作，可广泛用于工程振动测量，地质勘探。
【附图说明】
图1是本发明的正面结构示意图；
图2是本发明的反面结构示意图；
图3是本发明驱动源的电路原理示意图；
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。
【具体实施方式】
一种地震烈度仪的标定装置，如图1和图3所示，包括安装固定于电路板1顶侧侧面的MEMS加速度计2和数据采集器(图中未示)，该MEMS加速度计2与数据采集器电连接，数据采集器实时接收MEMS加速度计的输出信号、并实时记录数据；在电路板1另一侧底面与MEMS加速度计2正对应位置处设置有在正弦驱动信号驱动下产生震动的压电陶瓷片3，该压电陶瓷片3通过粘胶的方式安装于电路板1底端面。
如图2和图3所示，该标定装置还包括程控数模转换器4和功率放大器5，程控数模转换器4通过功率放大器5与压电陶瓷片3电连接，其中，压电陶瓷片3上设有与功率放大器5电连接的正连接线30和负极连接线31，压电陶瓷片3上还设有与接地导线相连的接地端32。
工作时，程控数模转换器4根据控制需要输出正弦的模拟信号、并通过功率放大器5放大后产生驱动压电陶瓷片3的正弦驱动信号，压电陶瓷片3在正弦驱动信号下产生震动，并传递到电路板1另一侧的MEMS加速度计2、并输出震动信号；然后，MEMS加速度计2实时接收程控数模转换器4调整振动信号的频率和幅度后，数据采集器实时记录得到标定振动信号；其中，设定驱动压电陶瓷片的正弦驱动信号幅度为Vc，电信号与震动信号转换系数为Sc，则压电陶瓷的输出震动信号为Ac＝Sc×Vc；根据数据采集器采集到的信号，得到MEMS加速度计的电压值为Va，进而计算出MEMS加速度计的电压值对应的灵敏度为Sa-c＝Ac×Va，进行零位标定以及判断MEMS加速度计是否正常工作。
与传动的无法标定MEMS加速度计相比，本发明可以主动产生振动源和主动控制振动的幅度以及振动的频率，整机结构紧凑、体积小，重量轻，有效监测设备灵敏度、进行零位标定和自动确定设备是否正常工作，可广泛用于工程振动测量，地质勘探。
以上所述实施例只是为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种地震烈度仪的标定装置，包括安装固定于电路板一侧的MEMS加速度计和数据采集器，所述MEMS加速度计与数据采集器电连接，所述数据采集器实时接收MEMS加速度计的输出信号、并实时记录数据；其特征在于：
所述电路板另一侧与MEMS加速度计相对应处设置有在正弦驱动信号驱动下产生震动的压电陶瓷片；
该标定装置还包括程控数模转换器和功率放大器，所述程控数模转换器通过功率放大器与压电陶瓷片电连接；
所述程控数模转换器根据控制需要输出正弦的模拟信号、并通过功率放大器放大后产生驱动压电陶瓷片的正弦驱动信号，所述压电陶瓷片在正弦驱动信号下产生震动，并传递到电路板另一侧的MEMS加速度计、并输出震动信号，所述MEMS加速度计实时接收程控数模转换器调整振动信号的频率和幅度后得到标定的振动信号，数据采集器实时记录并计算出MEMS加速度计的灵敏度、进行零位标定以及判断MEMS加速度计是否正常工作。
2.根据权利要求1所述的一种地震烈度仪的标定装置，其特征在于，所述压电陶瓷片通过粘胶的方式安装于电路板底端面。
3.根据权利要求1所述的一种地震烈度仪的标定装置，其特征在于，所述MEMS加速度计安装于电路板的顶侧面。
4.根据权利要求1所述的一种地震烈度仪的标定装置，其特征在于，所述压电陶瓷片上设有与功率放大器电连接的正连接线和负极连接线。
5.根据权利要求1所述的一种地震烈度仪的标定装置，其特征在于，所述压电陶瓷片上还设有与接地导线相连的接地端。
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