CN112684209B - 一种加速度传感器测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加速度传感器测试装置及方法，包括上位机、伺服电机、感应发电机、电路单元和转盘；伺服电机的输出轴与感应发电机相连，转盘安装于伺服电机的输出轴上，电路单元嵌入转盘内，待测加速度传感器安装于电路单元上，转盘上设置有配重加速度传感器和螺孔阵列；电路单元包括无线电源模块和无线数据发送模块，无线电源模块用于无线接收感应发电机的电能并提供给待测加速度传感器和无线数据发送模块；伺服电机的输出轴上设置有编码器；待测加速度传感器经无线数据发送模块与上位机相连，上位机根据加速度信号与编码器输出的转速信号之间的偏差，得到测试精度。上述方案具有结构简单、测试可靠性和精准度高等优点。

Description

一种加速度传感器测试装置及测试方法

技术领域

本发明主要涉及加速度传感器测试技术领域，特指一种加速度传感器测试装置及测试方法。

背景技术

加速度传感器是指能够测量加速度的传感器。目前，加速度传感器已大量应用于军事、航天、大地测量和工业控制等领域。加速度传感器的各项特性直接影响其使用性能，所述特性包括灵敏度、零点电压、输入输出阻抗、偏移电压等等。因此，在加速度传感器在出厂之前都需要进行测试和校准。

目前，由于加速度传感器在进行测试时需要旋转，相对应的固定部分与旋转部分需要进行对接，从而导致目前相对应的测试装置的结构复杂，同时也在一定程度上影响了测试的可靠性；另外，测试设备也需要能提供测试稳定可靠性的测试环境(包括可靠性和精准性)，但目前的测试设备却往往难以实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、可靠性高、测试精度高的加速度传感器测试装置及测试方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种加速度传感器测试装置，包括上位机、伺服电机、感应发电机、电路单元和转盘；所述伺服电机的输出轴与所述感应发电机相连，所述转盘安装于所述伺服电机的输出轴上，所述电路单元嵌入所述转盘内，待测加速度传感器安装于所述电路单元上，所述转盘上设置有配重加速度传感器和用于安装螺栓的螺孔阵列；以转盘的中心为对称点，所述待测加速度传感器与所述配重加速度传感器关于对称点中心对称，且电路单元与所述螺孔阵列关于对称点中心对称；所述电路单元包括无线电源模块和无线数据发送模块，所述无线电源模块的输入端与所述感应发电机相连，所述无线电源模块的输出端分别与待测加速度传感器和无线数据发送模块相连，用于无线接收所述感应发电机的电能并提供给所述待测加速度传感器和无线数据发送模块；所述伺服电机的输出轴上设置有编码器，所述编码器与所述上位机相连；所述待测加速度传感器经所述无线数据发送模块与所述上位机相连。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述电路单元还包括电压检测模块，用于检测所述感应发电机的转子电压；所述无线电源模块与所述电压检测模块的电源端相连，用于为所述电压检测模块提供电源；所述电压检测模块的信号端经所述无线数据发送模块与所述上位机相连，用于将检测的感应发电机的转子电压发送至所述上位机；所述上位机通过励磁控制器与所述感应发电机相连，用于根据所述电压检测模块检测的转子电压和伺服电机的转速信号控制励磁控制器输出至感应发电机的励磁电压，以控制所述感应发电机的输出电压在不同转速条件下均稳定在一定范围内。

所述伺服电机连接有变频器，所述变频器与所述上位机相连；所述上位机根据所述编码器检测的转速信号控制所述变频器输出至伺服电机的调速信号，以进行闭环控制而提供稳定的转速。

所述无线电源模块包括整流滤波电路和稳压电路；所述整流滤波电路用于将感应发电机产生的交流电进行整流和滤波；所述稳压电路的输入端与所述整流滤波电路的输出端相连，用于将对整流滤波后的直流电进行稳压；所述稳压电路的输出端与所述待测加速度传感器和无线数据发送模块的电源端相连，用于提供稳压电源。

所述无线电源模块包括电池充电电路和电池；所述电池充电电路的输入端与所述整流滤波电路的输出端相连，所述电池充电电路的输出端与所述电池的输入端相连，用于向所述电池充电；所述电池的输出端与所述待测加速度传感器和无线数据发送模块的电源端相连，用于提供备用电源；所述电池的输出端与所述稳压电路的输出端之间设置有钳位二极管，用于在稳压电路的输出电压低于设定值时自动开通。

所述上位机通过无线数据接收模块与所述无线数据发送模块通讯相连。

所述螺孔阵列呈扇形分布在所述转盘上。

本发明还公开了一种基于如上所述的加速度传感器测试装置的测试方法，包括以下步骤：

S01、将待测加速度传感器安装于所述转盘上的电路单元上，并与电路单元连接；安装配重加速度传感器，并在螺孔阵列中安装螺栓，以使转盘在旋转过程中保持动态平衡；

S02、上位机控制所述伺服电机旋转，带动所述感应发电机转动而实现发电，并将电能无线传输至电路单元的无线电源模块，通过无线电源模块为待测加速度传感器和无线数据发送模块提供工作电源；

S03、待测加速度传感器输出加速度信号，并通过无线数据发送模块发送至上位机；

S04、所述上位机根据待测加速度传感器的加速度信号与伺服电机输出轴上编码器输出的转速信号之间的偏差，得到所述待测加速度传感器的测试精度与测试误差。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤S02中，实时检测检测所述感应发电机的转子电压并发送至所述上位机；所述上位机根据转子电压和编码器输出的转速信号控制感应发电机的励磁电压，以控制所述感应发电机的输出电压在不同转速条件下稳定在一定范围内。

在步骤S02中，所述上位机根据所述编码器检测的转速信号调整伺服电机的调速信号，以进行闭环控制而提供稳定的加速度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的加速度传感器测试装置及测试方法，通过在伺服电机的输出端设置有感应发电机，通过伺服电机的旋转带动感应发电机进行发电，为电路单元(包括无线数据发送模块等)和待测加速传感器无线提供电能，保证测试的顺利进行，同时伺服电机与感应发电机的组合，结构简单、占用体积小且操作简便；另外无线传输电能的方式，不需要布线等操作，提高测试的可靠性；另外待测加速度传感器安装在位于伺服电机输出轴上的转盘上，安装结构简单，同时相对称的安装配重加速度传感器，保证转盘在旋转时的动态平衡，同时在转盘上也设置有螺孔阵列，可以在螺孔阵列上增减螺栓以与电路单元的重量及位置相对称，进一步保证转盘在旋转时动态平衡，进而提高测试精度；待测加速度传感器测量的加速度信息通过无线数据发射模块无线发射出去，能够避免布线，提高数据传输的可靠性以及整体结构的简便性和可靠性。

本发明的加速度传感器测试装置及测试方法，电压检测模块用于检测感应发电机的转子电压，通过电压检测模块检测的转子电压和伺服电机的转速信号调整励磁控制器输出至感应发电机的励磁电压，以控制感应发电机的输出电压在不同转速条件下均能稳定在一定范围内，从而为电路单元提供稳定的电源，保证测试的可靠性。

本发明的加速度传感器测试装置及测试方法，上位机根据编码器检测的转速信号控制变频器输出至伺服电机的调速信号(包括电压和频率信号)，以进行闭环控制而提供稳定的转速，使得实际转速与给定值一致。

本发明的加速度传感器测试装置及测试方法，在感应发电机提供电能的同时，还增设有备用电源(电池)，并且可以在外部电源(稳压电路)输出电压不够时，自动切换由电池进行供电，提高供电的可靠性，进而提高测试的可靠性。

附图说明

图1为本发明的测试装置在实施例的方框结构图。

图2为本发明的测试装置在实施例的结构示意图。

图3为本发明的转盘在实施例的俯视结构示意图。

图中标号表示：1、上位机；2、伺服电机；201、变频器；202、编码器；3、感应发电机；301、励磁控制器；4、电路单元；401、整流滤波电路；402、稳压电路；403、电池充电电路；404、电池；405、钳位二极管；406、无线数据发送模块；407、电压检测模块；5、转盘；501、螺孔阵列；502、配重加速度传感器；6、待测加速度传感器；601、连接器；7、无线数据接收模块。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1和图2所示，本实施例的加速度传感器测试装置，包括上位机1、伺服电机2、感应发电机3、电路单元4和转盘5；伺服电机2的输出轴与感应发电机3相连，转盘5安装于伺服电机2的输出轴上，电路单元4嵌入转盘5内，待测加速度传感器6安装于电路单元4上，转盘5上设置有配重加速度传感器502和用于安装螺栓(螺丝、螺钉等)的螺孔阵列501；以转盘5的中心为对称点，待测加速度传感器6与配重加速度传感器502关于对称点中心对称，且电路单元4与螺孔阵列501关于对称点中心对称；电路单元4包括无线电源模块和无线数据发送模块406，无线电源模块分别与感应发电机3、待测加速度传感器6和无线数据发送模块406相连，用于无线接收感应发电机3的电能并提供给待测加速度传感器6和无线数据发送模块406；伺服电机2的输出轴上设置有编码器202，编码器202与上位机1相连；待测加速度传感器6经无线数据发送模块406与上位机1相连。

本发明的加速度传感器测试装置，通过在伺服电机2的输出端设置有感应发电机3，通过伺服电机2的旋转带动感应发电机3进行发电，为电路单元4(包括无线数据发送模块406等)和待测加速度传感器6无线提供电能，保证测试的顺利进行，同时伺服电机2与感应发电机3的组合，结构简单、占用体积小且操作简便；另外无线传输电能的方式，不需要布线等操作，提高测试的可靠性；另外待测加速度传感器6安装在位于伺服电机2输出轴上的转盘5上，安装结构简单，同时相对称安装的配重加速度传感器502，保证转盘5在旋转时的动态平衡，同时在转盘5上也设置有螺孔阵列501，可以在螺孔阵列501上增减螺栓以与电路单元4的重量及位置相对称，进一步保证转盘5在旋转时的动态平衡；待测加速度传感器6测量的加速度信息通过无线数据发送模块406无线发射出去，能够避免布线，提高数据传输的可靠性以及整体结构的简便性和可靠性。

本实施例中，电路单元4还包括电压检测模块407，用于检测感应发电机3的转子电压，即输出电压；无线电源模块与电压检测模块407的电源端相连，用于为电压检测模块407提供电源；电压检测模块407的信号端经无线数据发送模块406与上位机1相连，用于将检测的感应发电机3的转子电压发送至上位机1；上位机1通过励磁控制器301与感应发电机3相连，用于根据电压检测模块407检测的转子电压和伺服电机2的转速信号调整励磁控制器301输出至感应发电机3的励磁电压，以控制感应发电机3的输出电压在不同转速条件下均能稳定在一定范围内，从而为电路单元4提供稳定的电源，保证测试的可靠性。

本实施例中，伺服电机2连接有变频器201，变频器201与上位机1相连；上位机1根据编码器202检测的转速信号控制变频器201输出至伺服电机2的调速信号(包括电压和频率信号)，以进行闭环控制而提供稳定的加速度，使得实际转速与给定值一致。伺服电机2采用PID闭环控制方式，提高伺服电机2转速的稳定性和精准性，从而也能够提供测试的稳定性和精准性。其中伺服电机2上的编码器202为光电编码器，用于将伺服电机2输出轴的角速度转化为电信号。

本实施例中，无线电源模块包括整流滤波电路401和稳压电路402；整流滤波电路401用于将感应发电机3产生的交流电进行整流和滤波；稳压电路402的输入端与整流滤波电路401的输出端相连，用于将对整流滤波后的直流电进行稳压；稳压电路402的输出端与待测加速度传感器6和无线数据发送模块406的电源端相连，用于提供稳压电源，具体地，在具体实施例中，稳压电路402的输出端通过电连接器601与待测加速度传感器6相连。

进一步地，无线电源模块还包括备用电源，具体包括电池充电电路403和电池404；电池充电电路403的输入端与整流滤波电路401相连，电池充电电路403的输出端与电池404的输入端相连，用于向电池404充电；电池404的输出端与待测加速度传感器6和无线数据发送模块406的电源端相连，用于提供备用电源；电池404的输出端与稳压电路402的输出端之间设置有钳位二极管405，用于在稳压电路402的输出电压低于设定值时自动开通。如电池404的输出端与稳压电路402的输出端相互并联，钳位二极管405安装于两输出端之间，其中钳位二极管405的正极位于电池404的输出端，负极位于稳压电路402的输出端，在稳压电路402的输出端电压低于电池404端输出电压时，此时钳位二极管405由截止状态切换至开通状态，由电池404为各用电部件提供电源，保证测试的可靠性，而在稳压电路402输出的电压较高时，钳位二极管405截止，电池404不工作。

本实施例中，电路单元4还包括微控制器(图1中的MCU)，用于对待测加速传感器6和电压检测模块407的输出信号进行处理，并传送至无线数据发送模块406，无线数据发送模块406发射的数据经无线数据接收模块7接收后，再发送至上位机1，进行后续感应发电机3的调节以及待测加速度传感器6的测试。其中给定值输入至上位机1内，上位机1可以实时显示待测加速度传感器6的加速度信号以及光电编码器202的转速信号。

本实施例中，螺孔阵列501呈扇形分布在转盘5上，通过增减螺丝调节转动惯量，消除转盘5上电路单元4部分的角动量差异，上述扇形结构能够尽量将各重量进行分散，以尽量抵消电路单元4带来的角动量差异；当然，在其它实施例中，也可以采用其它与电路单元4形状相同或相类似的形状。在伺服电机2以角速度w旋转时，如待测加速度传感器6离转盘5圆心距离为r，那么加速度方向为径向(指向转盘5的对称点，即圆心)，加速度a＝w²r。另外需要说明的是，与待测加速度传感器6对应的配重加速度传感器502也可以设置为基准加速度传感器，参与待测加速度传感器6的测试工作，基准加速度传感器的供电与待测加速度传感器6相同，测试所得到的数据同样经无线数据发射模块发射出去，在进行测试比较时，可以将待测加速度传感器6的数据与基准加速度传感器的数据进行对比，当两者之间的偏差在一定范围内，则判断待测加速度传感器6合格，否则为不合格。

如图1和图2所示，本发明还相应公开了一种基于如上所述的加速度传感器测试装置的测试方法，包括以下步骤：

S01、将待测加速度传感器6安装于转盘5上的电路单元4上，并通过电连接器601与电路单元4连接；安装配重加速度传感器502，并在螺孔阵列501中安装螺栓，以使转盘5在旋转过程中保持动态平衡；

S02、上位机1控制伺服电机2旋转，带动感应发电机3转动而实现发电，并将电能无线传输至电路单元4的无线电源模块，再通过无线电源模块为待测加速度传感器6和无线数据发送模块406提供工作电源；

S03、待测加速度传感器6输出加速度信号，并通过无线数据发送模块406发送至上位机1；

S04、上位机1根据待测加速度传感器6的加速度信号与伺服电机2输出轴上编码器202输出的转速信号之间的偏差，得到待测加速度传感器6的测试精度与测试误差。

本发明的测试方法，基于如上所述的加速度传感器测试装置来实现，不仅具有测试装置如上所述的优点，而且操作简便、易于实现。

本实施例中，在步骤S02中，实时检测检测感应发电机3的转子电压并发送至上位机1；上位机1根据转子电压和编码器202输出的转速信号，通过PID控制方式控制感应发电机3的励磁电压，以控制感应发电机3的输出电压在不同转速条件下均能稳定在一定范围内，从而保证各用电部件工作的可靠性，提高测试的可靠性。

本实施例中，在步骤S02中，上位机1根据编码器202检测的转速信号调整变频器201输出的电压及频率以实现对伺服电机2转速的调整，进行闭环控制而提供稳定的转速，从而保证测试的精准性。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种加速度传感器测试装置，其特征在于，包括上位机(1)、伺服电机(2)、感应发电机(3)、电路单元(4)和转盘(5)；所述伺服电机(2)的输出轴与所述感应发电机(3)直接相连，所述转盘(5)安装于所述伺服电机(2)的输出轴上，所述电路单元(4)嵌入所述转盘(5)内，待测加速度传感器(6)安装于所述电路单元(4)上，所述转盘(5)上设置有配重加速度传感器(502)和用于安装螺栓的螺孔阵列(501)；以转盘(5)的中心为对称点，所述待测加速度传感器(6)与所述配重加速度传感器(502)关于对称点中心对称，且电路单元(4)与所述螺孔阵列(501)关于对称点中心对称；所述电路单元(4)包括无线电源模块和无线数据发送模块(406)，所述无线电源模块的输入端与所述感应发电机(3)相连，所述无线电源模块的输出端分别与待测加速度传感器(6)和无线数据发送模块(406)相连，用于无线接收所述感应发电机(3)的电能并提供给所述待测加速度传感器(6)和无线数据发送模块(406)；所述伺服电机(2)的输出轴上设置有编码器(202)，所述编码器(202)与所述上位机(1)相连；所述待测加速度传感器(6)经所述无线数据发送模块(406)与所述上位机(1)相连；

所述电路单元(4)还包括电压检测模块(407)，用于检测所述感应发电机(3)的转子电压；所述无线电源模块与所述电压检测模块(407)的电源端相连，用于为所述电压检测模块(407)提供电源；所述电压检测模块(407)的信号端经所述无线数据发送模块(406)与所述上位机(1)相连，用于将检测的感应发电机(3)的转子电压发送至所述上位机(1)；所述上位机(1)通过励磁控制器(301)与所述感应发电机(3)相连，用于根据所述电压检测模块(407)检测的转子电压和伺服电机(2)的转速信号调整励磁控制器(301)输出至感应发电机(3)的励磁电压，以控制所述感应发电机(3)的输出电压在不同转速条件下均稳定在一定范围内。

2.根据权利要求1所述的加速度传感器测试装置，其特征在于，所述伺服电机(2)连接有变频器(201)，所述变频器(201)与所述上位机(1)相连；所述上位机(1)根据所述编码器(202)检测的转速信号控制所述变频器(201)输出至伺服电机(2)的调速信号，以进行闭环控制而提供稳定的转速。

3.根据权利要求1或2所述的加速度传感器测试装置，其特征在于，所述无线电源模块包括整流滤波电路(401)和稳压电路(402)；所述整流滤波电路(401)用于将感应发电机(3)产生的交流电进行整流和滤波；所述稳压电路(402)的输入端与所述整流滤波电路(401)的输出端相连，用于将对整流滤波后的直流电进行稳压；所述稳压电路(402)的输出端与所述待测加速度传感器(6)和无线数据发送模块(406)的电源端相连，用于提供稳压电源。

4.根据权利要求3所述的加速度传感器测试装置，其特征在于，所述无线电源模块包括电池充电电路(403)和电池(404)；所述电池充电电路(403)的输入端与所述整流滤波电路(401)的输出端相连，所述电池充电电路(403)的输出端与所述电池(404)的输入端相连，用于向所述电池(404)充电；所述电池(404)的输出端与所述待测加速度传感器(6)和无线数据发送模块(406)的电源端相连，用于提供备用电源；所述电池(404)的输出端与所述稳压电路(402)的输出端之间设置有钳位二极管(405)，用于在稳压电路(402)的输出电压低于设定值时自动开通。

5.根据权利要求1或2所述的加速度传感器测试装置，其特征在于，所述上位机(1)通过无线数据接收模块(7)与所述无线数据发送模块(406)通讯相连。

6.根据权利要求1或2所述的加速度传感器测试装置，其特征在于，所述螺孔阵列(501)呈扇形分布在所述转盘(5)上。

7.一种基于权利要求1至6中任意一项所述的加速度传感器测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、将待测加速度传感器(6)安装于所述转盘(5)上的电路单元(4)上，并与电路单元(4)连接；安装配重加速度传感器(502)，并在螺孔阵列(501)中安装螺栓，以使转盘(5)在旋转过程中保持动态平衡；

S02、上位机(1)控制所述伺服电机(2)旋转，带动所述感应发电机(3)转动而实现发电，并将电能无线传输至电路单元(4)的无线电源模块，通过无线电源模块为待测加速度传感器(6)和无线数据发送模块(406)提供工作电源；

S03、待测加速度传感器(6)输出加速度信号，并通过无线数据发送模块(406)发送至上位机(1)；

S04、所述上位机(1)根据待测加速度传感器(6)的加速度信号与伺服电机(2)输出轴上编码器(202)输出的转速信号之间的偏差，得到所述待测加速度传感器(6)的测试精度与测试误差。

8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，在步骤S02中，实时检测所述感应发电机(3)的转子电压并发送至所述上位机(1)；所述上位机(1)根据转子电压和编码器(202)输出的转速信号控制感应发电机(3)的励磁电压，以控制所述感应发电机(3)的输出电压在不同转速条件下稳定在一定范围内。

9.根据权利要求7或8所述的测试方法，其特征在于，在步骤S02中，所述上位机(1) 根据所述编码器(202)检测的转速信号调整伺服电机(2)的调速信号，以进行闭环控制而提供稳定的加速度。

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