CN111323117A - 可抑制横向偏摆的振动传感器中频校准系统 - Google Patents

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庄云良
吴磊
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Abstract

本发明提供一种可抑制横向偏摆的振动传感器中频校准系统，包括三轴振动台、标准三轴传感器、校准仪以及计算机。三轴振动台包括安装平台、三个振动发生器以及三个功率放大器，三个振动发生器分别位于安装平台的三个不同位置以分别实现X轴、Y轴以及Z轴三个方向上的振动，三个功率放大器分别与三个振动发生器一一对应地连接。标准三轴传感器安装在安装平台，三个功率放大器均与校准仪电性连接。待校准传感器安装于安装平台，待校准传感器和标准三轴传感器均与校准仪电性连接。计算机和校准仪电性连接，计算机安装有振动控制软件并控制三轴振动台的横向中频振幅以抑制横向偏摆，减小振动波形在轴向上的失真，实现传感器的高精度校准。

Description

可抑制横向偏摆的振动传感器中频校准系统
技术领域
本发明涉及振动传感器校准系统，尤其涉及一种可抑制校准过程中横向偏摆的振动传感器中频校准系统。
背景技术
振动传感器广泛应用于国防军工的科研、生产和试验过程中各个环节，在各种环境条件下承担着监控和测试的职能。目前振动传感器的校准方法包括绝对法和比较法两种。绝对法是将振动量级及振动传感器的特征参数直接溯源于长度、时间等基本物理量的方法，绝对法是目前校准振动不确定度最小的方法，绝对法使用的振动校准装置是为激光激振仪。比较法是通过将待校准传感器和已由绝对法校准过的参考传感器相比较而获得待校准传感器灵敏度的一种方法，使用该方法的校准不确定度比绝对法大。
GB/T20485.21-2007《振动与冲击传感器校准方法第21部分：振动比较法校准》表2要求传感器校准过程中振动激励设备的横向、弯曲与摇摆加速度小于或等于轴向加速度的10％。而目前的振动传感器校准系统其振动台采用单轴振动台，在振动传递中会产生横向的偏摆，横向加速度往往达不到标准，导致校准精度降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种可抑制横向偏摆的振动传感器中频校准系统，解决现有的振动传感器校准系统在振动传递过程中会产生横向偏摆的问题。
本发明提供一种可抑制横向偏摆的振动传感器中频校准系统，包括三轴振动台、标准三轴传感器、校准仪以及计算机。三轴振动台包括安装平台、三个振动发生器以及三个功率放大器，三个振动发生器分别位于安装平台的三个不同位置以分别实现X轴、Y轴以及Z轴三个方向上的振动，三个功率放大器分别与三个振动发生器一一对应地连接。标准三轴传感器安装在安装平台。三个功率放大器均与校准仪电性连接，在使用时，待校准传感器安装于安装平台，待校准传感器和标准三轴传感器均与校准仪电性连接。计算机和校准仪电性连接，计算机安装有振动控制软件并控制三轴振动台的横向中频振幅以抑制横向偏摆。
根据本发明一实施例，三轴振动台的三个振动发生器均为电驱动。
根据本发明一实施例，标准三轴传感器具有一安装位置以供待校准传感器以背靠背的方式安装于标准三轴传感器。
根据本发明一实施例，标准三轴传感器位于安装平台的顶面，其中一个振动发生器位于安装平台的底部，另外两个振动发生器分别位于安装平台周向相邻的两个侧面。
根据本发明一实施例，功率放大器和振动发生器连接为一体。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
本发明通过采用三轴振动台，并通过计算机的振动软件控制三轴振动台的横向中频振幅，可抑制振动台在传感器校准过程中的横向偏摆，从而提高传感器的校准精度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的所述可抑制横向偏摆的振动传感器中频校准系统的结构示意图；
图2是使用单轴振动台进行传感器标定时用标准三轴传感器测得的在X、Y、Z三个方向上的功率谱密度(PSD)结果；
图3是使用本发明提供的三轴振动台进行传感器标定时用标准三轴传感器测得的在X、Y、Z三个方向上的功率谱密度(PSD)结果。
具体实施方式
以下描述只用于揭露本发明以使得本领域技术人员能够实施本发明。以下描述中的实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及其他未背离本发明精神和范围的其他方案。
如图1所示，本发明提供一种可抑制横向偏摆的振动传感器中频校准系统，用于对振动传感器进行标定校准。所述可抑制横向偏摆的振动传感器中频校准系统包括三轴振动台10、标准三轴传感器20、校准仪30以及计算机40。
三轴振动台10具有安装平台11、三个振动发生器12以及三个功率放大器13，安装平台11采用一矩形平台，三个振动发生器12分别位于安装平台11的三个不同位置以分别实现X轴、Y轴以及Z轴三个方向上的振动。其中一个振动发生器12位于安装平台11的底部，另外两个振动发生器12分别位于安装平台11周向相邻的两个侧面，三个振动发生器12分别位于安装平台11的三个不同方向上，分别实现X轴、Y轴以及Z轴三个方向上的振动。可选地，三个振动发生器12均为电驱动。
三个功率放大器13分别与三个振动发生器12一一对应地连接。也就是说，每一个振动发生器12安装有一个功率放大器13。每一个功率放大器13和对应的振动发生器12连接为一体。三个功率放大器13均与校准仪30电性连接。
标准三轴传感器20安装在安装平台11的顶部并作为对待校准传感器300的参考传感器。
在使用时，待校准传感器300安装于安装平台11上的标准三轴传感器20，标准三轴传感器20具有一安装位置供待校准传感器300以背靠背的方式安装于标准三轴传感器20。待校准传感器300和标准三轴传感器20均与校准仪30电性连接。
计算机40和校准仪30电性连接。计算机40安装有振动控制软件。当需要对待校准传感器300进行校准时，将待校准传感器300安装于标准三轴传感器20，再启动三轴振动台10，在三轴振动台10的振动作用下，三个振动发生器12相应地在X轴、Y轴以及Z轴三个方向上振动，同时分别代表X轴、Y轴以及Z轴三个方向的三个振动发生器12的振幅反馈至校准仪30和计算机40。通过计算机40的处理分析，若是三轴振动台10的产生的横向中频振幅大于预设值，则计算机40通过振动控制软件实时控制三轴振动台10的横向中频振幅以抑制横向偏摆，从而可以避免在振动传递过程中产生横向偏摆导致校准精度降低。
经过对比试验，使用单轴振动台和本发明采用的三轴振动台进行传感器校准时用标准三轴加速度传感器测得的在三个方向上的功率谱密度(PSD)结果如图2和图3所示，从图中可知，使用单轴振动台进行传感器校准具有局限性，虽然在主振方向Z轴功率谱密度(PSD)完全符合目标线，但X轴和Y轴方向上的功率谱密度(PSD)水平远大于使用本发明时的测量值。而本发明采用三轴振动台进行传感器校准，不仅主振方向Z轴的功率谱密度(PSD)完全符合目标线，而且显著降低了X轴和Y轴方向上的功率谱密度(PSD)水平。通过比较X轴和Y轴方向上加速度响应的RMS值，可以进一步说明本发明可以抑制传感器校准过程中的横向偏摆。GB/T20485.21-2007《振动与冲击传感器校准方法第21部分：振动比较法校准》表2要求传感器校准过程中振动激励设备的横向、弯曲与摇摆加速度小于等于轴向加速度的10％。通过对比试验可以看出，使用单轴振动台进行校准时，X方向加速度响应RMS值为0.156g，大于Z方向加速度响应RMS(1.0032g)的10％，不满足GB/T20485.21-2007标准要求；而使用本发明的校准系统进行校准时，X方向和Y方向加速度响应RMS值(0.0292g和0.0411g)均小于Z方向加速度响应RMS值(0.9943g)的10％，满足GB/T20485.21-2007标准要求。
与现有技术相比，本发明提供的所述可抑制横向偏摆的振动传感器中频校准系统结构简单，在应用时可以有效消除横向偏摆，减小振动波形在轴向上的失真，最大限度降低轴体的横向位移，可显著提高对振动传感器的校准精度，而且只需提供普通三轴振动台即能够实现高精度的校准工作，降低了校准的操作难度。
本领域技术人员应当理解，上述描述以及附图中所示的本发明的实施例只作为举例，并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能和结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理情况下，本发明的实施方式可以有任何变形和修改。

Claims (5)

1.一种可抑制横向偏摆的振动传感器中频校准系统，其特征在于，包括：
三轴振动台，包括安装平台、三个振动发生器以及三个功率放大器，三个所述振动发生器分别位于所述安装平台的三个不同位置以分别实现X轴、Y轴以及Z轴三个方向上的振动，三个所述功率放大器分别与三个所述振动发生器一一对应地连接；
标准三轴传感器，安装在所述安装平台；
校准仪，三个所述功率放大器均与所述校准仪电性连接，在使用时，待校准传感器安装于所述安装平台，待校准传感器和所述标准三轴传感器均与所述校准仪电性连接；
计算机，和所述校准仪电性连接，所述计算机安装有振动控制软件并控制所述三轴振动台的横向中频振幅以抑制横向偏摆。
2.根据权利要求1所述的可抑制横向偏摆的振动传感器中频校准系统，其特征在于，所述三轴振动台的三个所述振动发生器均为电驱动。
3.根据权利要求1所述的可抑制横向偏摆的振动传感器中频校准系统，其特征在于，所述标准三轴传感器具有一安装位置以供待校准传感器以背靠背的方式安装于所述标准三轴传感器。
4.根据权利要求1所述的可抑制横向偏摆的振动传感器中频校准系统，其特征在于，所述标准三轴传感器位于所述安装平台的顶面，其中一个所述振动发生器位于所述安装平台的底部，另外两个所述振动发生器分别位于所述安装平台周向相邻的两个侧面。
5.根据权利要求1所述的可抑制横向偏摆的振动传感器中频校准系统，其特征在于，所述功率放大器和所述振动发生器连接为一体。
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