CN110988401A - 一种光电加速度计标定方法及其系统 - Google Patents

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田娟
赵义虎
李瑜庆
李阔
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Abstract

本发明公开了一种光电加速度计标定方法，包括以下步骤S1：将被标定的光纤光栅加速度计和加速度计设置在振动台上，将激光位移计固定设置在振动台上方；S2：将被标定的光纤光栅加速度计连接至波长解调仪，将所述加速度计和所述激光位移计分别连接至数据采集器；S3：调节振动台振动频率，记录振动频率和相应频率下的加速度计的加速度值、激光位移计的位移值和光纤光栅对应的波长值。本发明通过在光纤光栅加速计标定过程中同时设置激光位移计和压电加速度计，在低频下，将激光位移计测得加速度作为光纤光栅加速度计标定值，在高频下，将压电加速度计测得加速度作为光纤光栅加速度计标定值，有效提高了光纤光栅加速度计标定的精度。

Description

一种光电加速度计标定方法及其系统
技术领域
本发明涉及光纤光栅加速度计设备技术领域，具体为一种光电加速度计标定方法及其系统。
背景技术
光纤光栅传感器作为测试技术中的关键部件之一，它具有成本低、灵敏度高、工作稳定可靠等优点，可测量位移(振幅)、速度、加速度等多种物理量。已经被广泛应用于工业设备检测、医疗检查、地质勘测等多方面领域。对于新研制的传感器，必须经过校准才能使用于实际工程中。
对于现有光纤光栅加速度计，其标定方法为采用一个标准的加速度计，把它们共同放在震动台上，对比它们的性能。现有电学加速度计当中，压电加速度计是较为准确，且使用最广泛的一种。然而，在1Hz以内的低频下，由于压电加速度计本身的特点，其很难准确测量小的加速度，精度较低。这在光纤光栅加速度标定过程中，会引入较大误差，相对的，激光位移计在低频下能准确的测量加速度。因为，震动台的位移变化显著，而且变化慢。如果在现有光纤光栅加速度计标定系统中，低频采用激光位移计，高频采用压电加速度计，这将显著改善标定的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光纤光栅加速度计的光电标定方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光电加速度计标定方法，包括以下步骤
S1：将被标定的光纤光栅加速度计和加速度计设置在振动台上，将激光位移计固定设置在振动台上方；
S2：将被标定的光纤光栅加速度计连接至波长解调仪，将所述加速度计和所述激光位移计分别连接至数据采集器；
S3：调节振动台振动频率，记录振动频率和相应频率下的加速度计的加速度值、激光位移计的位移值和光纤光栅对应的波长值；
S4：将所述激光位移计的位移值转化为加速度值。
优选的，所述激光位移计计算加速度公式为：
Figure BDA0002343535080000021
其中：A为振幅。
优选的，当振动台振动频率小于等于5Hz时，将激光位移计测得加速度作为光纤光栅加速度计标定值，当振动台振动频率大于5Hz时，将加速度计测得加速度作为光纤光栅加速度计标定值。
优选的，所述加速度计包括压电加速度计。
一种光电加速度计标定系统，包括上述所述的一种光电加速度计标定方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过在光纤光栅加速计标定过程中同时设置激光位移计和压电加速度计，在低频下，将激光位移计测得加速度作为光纤光栅加速度计标定值，在高频下，将压电加速度计测得加速度作为光纤光栅加速度计标定值，有效提高了光纤光栅加速度计标定的精度，显著改善了标定的准确性。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的结构示意图。
图中：1振动台、2激光位移计、3加速度计、4光纤光栅加速度计。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：
一种光电加速度计标定方法，包括以下步骤
S1：将被标定的光纤光栅加速度计4和加速度计3设置在振动台1上，加速度计3包括压电加速度计，将激光位移计2固定设置在振动台1上方；
S2：将被标定的光纤光栅加速度计4连接至波长解调仪，波长解调仪能够读出光纤光栅的波长，将加速度计3和激光位移计2分别连接至数据采集器；
S3：调节振动台1振动频率，记录振动频率和相应频率下的加速度计3的加速度值、激光位移计2的位移值和光纤光栅对应的波长值；
S4：将激光位移计2的位移值转化为加速度值。
激光位移计2计算加速度公式为：
Figure BDA0002343535080000031
其中：A为振幅。
因为振动台1的位移量有限，所以，在低频情况下只能提供一个非常小的加速度。例如，在1hz时，因为一般振动台1的位移量为10mm(那么振幅A为其一半，5mm＝0.005m)，所以代入上式可得
a＝-A(2πf)2sin2πft＝-0.005(2π*1)2sin2πft＝-0.2sin2πft
加速度的幅值为0.2m/s2＝0.02g。也就是说，在1Hz时，该振动台1可以输出的最大加速度不大于0.02g。然而，当频率升高到10Hz时，该值就增加到2g；当频率升高到100Hz时，该值就增加到200g。
光纤光栅加速度计4标定过程中，一般至少要准确标定振幅0.01g的加速度。根据上面的计算，在1Hz时，0.01g振幅的加速度对应2.5mm振幅的位移；在10Hz时，对应0.025mm；在100Hz时，对应0.00025mm。实际使用中，以松下1050L激光位移计(量程30mm，精度0.03mm)和上海澄科1100L压电加速度计(量程5g，精度0.005g)为例，当测量10Hz幅值0.01g的加速度时，压电加速度计就要比激光加速度计准确许多。
所以当振动台1振动频率小于等于5Hz时，将激光位移计2测得加速度作为光纤光栅加速度计4标定值，当振动台1振动频率大于5Hz时，将加速度计3测得加速度作为光纤光栅加速度计4标定值，有效提高了光纤光栅加速度计4标定的精度，显著改善了标定的准确性。
一种光电加速度计标定系统，包括上述所述的一种光电加速度计标定方法。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种光电加速度计标定方法，其特征在于：包括以下步骤
S1：将被标定的光纤光栅加速度计(4)和加速度计(3)设置在振动台(1)上，将激光位移计(2)固定设置在振动台(1)上方；
S2：将被标定的光纤光栅加速度计(4)连接至波长解调仪，将所述加速度计(3)和所述激光位移计(2)分别连接至数据采集器；
S3：调节振动台(1)振动频率，记录振动频率和相应频率下的加速度计(3)的加速度值、激光位移计(2)的位移值和光纤光栅对应的波长值；
S4：将所述激光位移计(2)的位移值转化为加速度值。
2.根据权利要求1所述的一种光电加速度计标定方法，其特征在于：所述激光位移计(2)计算加速度公式为：
Figure FDA0002343535070000011
其中：A为振幅。
3.根据权利要求1所述的一种光电加速度计标定方法，其特征在于：当振动台(1)振动频率小于等于5Hz时，将激光位移计(2)测得加速度作为光纤光栅加速度计(4)标定值，当振动台(1)振动频率大于5Hz时，将加速度计(3)测得加速度作为光纤光栅加速度计(4)标定值。
4.根据权利要求3所述的一种光电加速度计标定方法，其特征在于：所述加速度计(3)包括压电加速度计。
5.一种光电加速度计标定系统，其特征在于：包括权利要求1-4任一权利要求所述的一种光电加速度计标定方法。
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