CN114720723B - 一种加速度传感器本底噪声的测试方法和测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种加速度传感器本底噪声的测试方法和测试系统，方法包括：将两只型号相同，性能一致的加速度传感器紧邻地安装在同一个安装治具上，该安装治具置于一测试平台上；通过数据采集处理器的两个采集通道分别采集两只加速度传感器输出的噪声电压，采集的噪声电压均由加速度传感器的本底噪声电压和环境振动噪声电压构成；通过模拟减法器将两个采集通道的噪声电压进行计算处理，从而消除两只加速度传感器由于环境振动产生的噪声电压，使模拟减法器的输出电压为只与单只加速度传感器本身噪声有关的噪声电压。本发明通过简单的方式，基本消除了环境引起的噪声干扰，对测试环境要求不严苛，测试结果精度较高，基本能满足目前加速度传感器本底噪声测试的要求。

Description

一种加速度传感器本底噪声的测试方法和测试系统
【技术领域】
本发明涉及一种加速度传感器的测试系统，具体地说，是一种加速度传感器本底噪声的测试系统。
【背景技术】
随着智能化设备的发展，加速度传感器的应用也越来越广泛。且随着应用的拓展，如潜艇的应用，对于加速度传感器本底噪声指标的要求也越来越高。
通常，传感器的输出量可以分为两部分的叠加：其中一部分输出随有效输入量的变化而变化，这部分输出分量能够反映有效输入量的变化，是我们实际使用时希望得到的；另一部分输出为传感器固有的噪声电压，即传感器的本底噪声，其不随有效输入量的变化而变化，即使当有效输入量为零时，该部分的输出并不为零(即本底噪声不为零)。
本底噪声的测试，就是希望测试有效输入量为零时的传感器输出。
由于加速度传感器对外界环境噪声非常敏感，外部的振动，甚至声音等各种引起环境的振动都会耦合成为有效输入量，从而导致本底噪声的测试结果中掺杂了其它噪声，影响了测试的精度。尤其现在很多应用场合需要传感器具有极低的本底噪声，若没有很好的消除环境振动产生的有效输入量，测试的本底噪声就都被环境振动而导致的噪声所淹没，无法测试到传感器实际的本底噪声值。因此如何消除或尽可能减小环境振动产生的有效输入量就成为了本底噪声测试的关键技术。
传统降低环境噪声的方法通常有如下两种：
1、选择野外的山洞或建筑物的地下室进行本底噪声的测试，从而减小环境振动产生的有效输入量，但这种方式对测试环境要求较严苛，不容易实现，导致效率低、成本高；
2、在普通建筑物中采用隔振平台进行测试，虽然这种方式可以消除一部分环境引起的各种振动，但很难完全消除环境引起的各种振动，导致环境噪声仍会影响本底噪声测试结果，测试结果精度较低。
【发明内容】
鉴于此，本发明要解决的技术问题，在于提供一种加速度传感器本底噪声的测试方法和测试系统，通过简单的方式，基本消除了环境引起的噪声干扰，对测试环境要求不严苛，测试结果精度较高，基本能满足目前加速度传感器本底噪声测试的要求。
为达到前述发明之目的，第一方面，本发明提供了一种加速度传感器本底噪声的测试方法，包括：
将两只型号相同，性能一致的加速度传感器紧邻地安装在同一个安装治具上，该安装治具置于一测试平台上；
通过数据采集处理器采集加速度传感器输出的噪声电压，所述数据采集处理器具有至少两个采集通道且带模拟减法器，一个采集通道对应一加速度传感器进行采集；任一采集通道采集的噪声电压均由加速度传感器的本底噪声电压和环境振动噪声电压构成；
通过所述模拟减法器将两个采集通道的噪声电压进行计算处理，从而消除两只加速度传感器由于环境振动产生的噪声电压，使模拟减法器的输出电压为只与单只加速度传感器本身噪声有关的噪声电压。
第二方面，本发明提供了一种加速度传感器本底噪声的测试系统，包括：
测试平台，放置一安装治具，且所述安装治具上紧邻地安装两只型号相同，性能一致的加速度传感器；
数据采集处理器，具有至少两个采集通道，每个采集通道对应采集一加速度传感器输出的噪声电压；任一采集通道采集的噪声电压均由加速度传感器的本底噪声电压和环境振动噪声电压构成；
模拟减法器，集成于所述数据采集处理器内，用于将两个采集通道的噪声电压进行计算处理，从而消除两只加速度传感器由于环境振动产生的噪声电压，使模拟减法器的输出电压为只与单只加速度传感器本身噪声有关的噪声电压。
本发明的优点在于：本发明的测试方法和测试系统，通过简单的方式，将型号相同，性能一致的两只加速度传感器放在一起同时测试，通过数据采集处理器在采集加速度传感器输出的噪声电压之后，再通过模拟减法器将两个采集通道的噪声电压进行计算处理，从而消除两只加速度传感器由于环境振动产生的噪声电压，使模拟减法器的输出电压为只与单只加速度传感器本身噪声有关的噪声电压，从而巧妙地测试出加速度传感器本底噪声。经过验证，该方法和系统可以基本消除环境引起的噪声干扰，对测试环境要求不严苛，成本低，效率高，且测试结果精度较高，基本能满足目前加速度传感器本底噪声测试的要求。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明测试系统的前视结构示意图；
图2是本发明测试系统的俯视结构示意图；
图3是本发明的数据采集处理器的原理示意图；
图4是采用本发明测试系统和方法测试所得的本底噪声曲线结果示意图。
【具体实施方式】
本发明实施例通过提供一种加速度传感器本底噪声的测试方法和测试系统，通过简单的方式，基本消除了环境引起的噪声干扰，对测试环境要求不严苛，测试结果精度较高，基本能满足目前加速度传感器本底噪声测试的要求。
本发明实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：本发明的测试方法和测试系统，将型号相同，性能一致的两只加速度传感器放在一起同时测试，通过数据采集处理器在采集加速度传感器输出的噪声电压之后，再通过模拟减法器将两个采集通道的噪声电压进行计算处理，从而消除两只加速度传感器由于环境振动产生的噪声电压，使模拟减法器的输出电压为只与单只加速度传感器本身噪声有关的噪声电压，从而巧妙地测试出加速度传感器本底噪声。经过验证，该方法和系统可以基本消除环境引起的噪声干扰，对测试环境要求不严苛，成本低，效率高，且测试结果精度较高，基本能满足目前加速度传感器本底噪声测试的要求。
为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一
请参阅图1至图3所示，本发明的加速度传感器本底噪声的测试方法，包括：
将型号相同，性能一致的两只加速度传感器200紧邻地安装在安装治具1上，并将安装治具1平整地放在测试平台2上；
通过数据采集处理器3采集加速度传感器输出的噪声电压，所述数据采集处理器3具有至少两个采集通道31且带模拟减法器32，一个采集通道对应一加速度传感器200进行采集；任一采集通道采集的噪声电压均由加速度传感器200的本底噪声电压和环境振动噪声电压构成；由于两只加速度传感器200安装在一起一并测试，因此两只加速度传感器200随机环境振动而产生的噪声电压互相关，基本上有共同的数值；
通过所述模拟减法器32将两个采集通道31的噪声电压进行计算处理，从而消除两只加速度传感器200由于环境振动产生的噪声电压，使模拟减法器32的输出电压为只与单只加速度传感器本身噪声有关的噪声电压。由于两只加速度传感器的环境振动噪声电压基本上有共同的数值，因而可以被模拟减法器32消除，但是两只加速度传感器200的本底噪声互不相关，因此通过模拟减法器32不会被抵消。
进一步的，作为本实施例更优或更为具体的实现方式，所述测试方法还可包括：
将所述测试平台2实现为隔振平台，测试开始时，先通过隔振平台消除部分由环境引起的振动噪声，进一步降低环境振动噪声的影响。由于环境引起的振动噪声较大时，对各个传感器的影响差异也会变大，若此时忽略差异部分将会对测试结果产生一定影响，因此先尽可能减小部分环境噪声，在很大程度上能提高测试结果的精度。
所述模拟减法器32对两个采集通道的噪声电压输出进行计算处理包括：
设两只加速度传感器200输出的噪声电压为VO1(t)和VO2(t)，则在时域上可表述为：
VO1(t)＝Vex1(t)+Vin1(t)
VO2(t)＝Vex2(t)+Vin2(t) 公式1；
公式1中，Vex1(t)和Vex2(t)表示两只加速度传感器200受环境振动噪声影响产生的噪声电压，两者互相关，且因为两只加速度传感器200型号相同，性能一致，因此两只加速度传感器200的增益、频响基本一样，从而两只加速度传感器200对环境振动影响产生的电压平均值一样，故有如下关系：
Figure BDA0003603153040000051
Vin1(t)和Vin2(t)分别代表两只加速度传感器200的本底噪声电压，这两个电压互不相关，因而有如下关系：
Vin1(t)≠Vin2(t) 公式3；
作为加速度传感器200输出的噪声电压VO1(t)和VO2(t)相减的结果，所述模拟减法器的输出就只是加速度传感器200的本底噪声电压Vn：
Vn＝VO1(t)-VO2(t)＝Vin1(t)-Vin2(t) 公式4；
假设两只加速度传感器200有相同的本底噪声，两个加速度传感器200的放大增益相同，严格意义上说均方值也一样，则有：
Figure BDA0003603153040000052
则通过所述模拟减法器32的输出即可得到与单只传感器本身噪声有关的噪声电压Vn：
Figure BDA0003603153040000053
则该噪声电压Vn即为任一只加速度传感器200的本底噪声电压。
上述测试方法中，虽然两只加速度传感器200的增益、频响和本底噪声并非完全一致，但由于型号相同，性能一致，因此增益、频响和本底噪声已非常接近，但是从实际测试结果和理论计算对比来看，已经能最大限度地抑制环境振动噪声，精确地测试出加速度传感器200的本底噪声。
如图4所示，图中的曲线1是某一型号加速度传感器200采用本实施例方法测试的本底噪声曲线，曲线2为该传感器理论计算的本底噪声曲线，从两条曲线看，两者差异很小，可见测试结果优异。
实施例二
请参阅图1至图3所示，本发明的加速度传感器本底噪声的测试系统100，包括：
测试平台2上平整地放置安装治具1，用于紧邻地安装型号相同，性能一致的两只加速度传感器200；
数据采集处理器3，具有至少两个采集通道31，每个采集通道31对应采集一加速度传感器200输出的噪声电压；任一采集通道采集的噪声电压均由加速度传感器200的本底噪声电压和环境振动噪声电压构成；由于两只加速度传感器200安装在一起一并测试，因此随机环境振动噪声激励两只加速度传感器200而产生的噪声电压互相关，基本上有共同的数值；
模拟减法器32，集成于所述数据采集处理器3内，用于将两个采集通道31的噪声电压进行计算处理，从而消除两只加速度传感器200由于环境振动产生的噪声电压，使模拟减法器32的输出电压为只与单只加速度传感器200本身噪声有关的噪声电压。由于两只加速度传感器200的环境振动噪声电压基本上有共同的数值，因而可以被模拟减法器32消除，但是两只加速度传感器200的本底噪声互不相关，因此通过模拟减法器32不会被抵消。
进一步的，作为本实施例更优或更为具体的实现方式，所述测试系统中：
所述测试平台2为隔振平台，用于测试时预先消除部分由环境引起的振动噪声。
所述模拟减法器32对两个采集通道31的噪声电压输出进行计算处理包括：
设两只加速度传感器200输出的噪声电压为VO1(t)和VO2(t)，则在时域上可表述为：
VO1(t)＝Vex1(t)+Vin1(t)
VO2(t)＝Vex2(t)+Vin2(t) 公式1；
公式1中，Vex1(t)和Vex2(t)表示两只加速度传感器200受环境振动噪声影响产生的噪声电压，两者互相关，且因为为同型号，两只加速度传感器的增益、频响基本一样，故有如下关系：
Figure BDA0003603153040000071
Vin1(t)和Vin2(t)分别代表两只加速度传感器200的本底噪声电压，这两个电压互不相关，因而有如下关系：
Vin1(t)≠Vin2(t) 公式3；
作为加速度传感器200输出的噪声电压VO1(t)和VO2(t)相减的结果，所述模拟减法器的输出就只是加速度传感器200的本底噪声电压Vn：
Vn＝VO1(t)-VO2(t)＝Vin1(t)-Vin2(t) 公式4；
假设两只加速度传感器200有相同的本底噪声，两个加速度传感器200的放大增益相同，则有：
Figure BDA0003603153040000072
则通过所述模拟减法器32的输出即可得到与单只传感器本身噪声有关的噪声电压Vn：
Figure BDA0003603153040000073
则该噪声电压Vn即为任一只加速度传感器200的本底噪声电压。
上述测试系统中，虽然两只加速度传感器200的增益、频响和本底噪声并非完全一致，但由于型号相同，性能一致，因此增益、频响和本底噪声已非常接近，从实际测试结果和理论计算对比来看，已经能最大限度地抑制环境振动噪声，精确地测试出加速度传感器200的本底噪声。
如图4所示，图中的曲线1是某一型号加速度传感器200采用本实施例系统测试的本底噪声曲线，曲线2为该传感器理论计算的本底噪声曲线，从两条曲线看，两者差异很小，可见测试结果优异。
本发明的优点在于：本发明的测试方法和测试系统通过简单的方式，将型号相同，性能一致的两只加速度传感器放在一起同时测试，通过数据采集处理器在采集加速度传感器输出的噪声电压之后，再通过模拟减法器将两个采集通道的噪声电压进行计算处理，从而消除两只加速度传感器由于环境振动产生的噪声电压，使模拟减法器的输出电压为只与单只加速度传感器本身噪声有关的噪声电压，从而巧妙地测试出加速度传感器本底噪声。经过验证，该方法和系统可以基本消除环境引起的噪声干扰，对测试环境要求不严苛，成本低，效率高，且测试结果精度较高，基本能满足目前加速度传感器本底噪声测试的要求。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (4)

1.一种加速度传感器本底噪声的测试方法，其特征在于：包括：
将两只型号相同，性能一致的加速度传感器紧邻地安装在同一个安装治具上，该安装治具置于一测试平台上；
通过数据采集处理器采集加速度传感器输出的噪声电压，所述数据采集处理器具有至少两个采集通道且带模拟减法器，一个采集通道对应一加速度传感器进行采集；任一采集通道采集的噪声电压均由加速度传感器的本底噪声电压和环境振动噪声电压构成；
通过所述模拟减法器将两个采集通道的噪声电压进行计算处理，从而消除两只加速度传感器由于环境振动产生的噪声电压，使模拟减法器的输出电压为只与单只加速度传感器本身噪声有关的噪声电压；
所述模拟减法器对两个采集通道的噪声电压输出进行计算处理包括：
设两只加速度传感器输出的噪声电压为VO1(t)和VO2(t)，则在时域上可表述为：
VO1(t)＝Vex1(t)+Vin1(t)
VO2(t)＝Vex2(t)+Vin2(t) 公式1；
公式1中，Vex1(t)和Vex2(t)表示两只加速度传感器受环境振动噪声影响产生的噪声电压，两者互相关，且因为为同型号，两只加速度传感器的增益、频响基本一样，
Vin1(t)和Vin2(t)分别代表两只加速度传感器的本底噪声电压，这两个电压互不相关，因而有如下关系：
Vin1(t)≠Vin2(t) 公式3；
作为加速度传感器输出的噪声电压VO1(t)和VO2(t)相减的结果，所述模拟减法器的输出就只是加速度传感器的本底噪声电压Vn：
Vn ＝VO1(t)-VO2(t)＝Vin1(t)-Vin2(t) 公式4；
假设两只加速度传感器有相同的本底噪声，两个加速度传感器的放大增益相同，则有：
Figure FDA0004248726260000011
则通过所述模拟减法器的输出即可得到与单只传感器本身噪声有关的噪声电压Vn：
Figure FDA0004248726260000012
则该噪声电压Vn即为任一只加速度传感器的本底噪声电压。
2.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于：还包括：
所述测试平台为隔振平台，测试开始时，先通过隔振平台消除部分由环境引起的振动噪声。
3.一种加速度传感器本底噪声的测试系统，其特征在于：包括：
测试平台，放置一安装治具，且所述安装治具上紧邻地安装两只型号相同，性能一致的加速度传感器；
数据采集处理器，具有至少两个采集通道，每个采集通道对应采集一加速度传感器输出的噪声电压；任一采集通道采集的噪声电压均由加速度传感器的本底噪声电压和环境振动噪声电压构成；
模拟减法器，集成于所述数据采集处理器内，用于将两个采集通道的噪声电压进行计算处理，从而消除两只加速度传感器由于环境振动产生的噪声电压，使模拟减法器的输出电压为只与单只加速度传感器本身噪声有关的噪声电压；
所述模拟减法器对两个采集通道的噪声电压输出进行计算处理包括：
设两只加速度传感器输出的噪声电压为VO1(t)和VO2(t)，则在时域上可表述为：
VO1(t)＝Vex1(t)+Vin1(t)
VO2(t)＝Vex2(t)+Vin2(t) 公式1；
公式1中，Vex1(t)和Vex2(t)表示两只加速度传感器受环境振动噪声影响产生的噪声电压，两者互相关，且因为为同型号，两只加速度传感器的增益、频响基本一样，
Vin1(t)和Vin2(t)分别代表两只加速度传感器的本底噪声电压，这两个电压互不相关，因而有如下关系：
Vin1(t)≠Vin2(t) 公式3；
作为加速度传感器输出的噪声电压VO1(t)和VO2(t)相减的结果，所述模拟减法器的输出就只是加速度传感器的本底噪声电压Vn：
Vn ＝V01(t)-V02(t)＝Vin1(t)-Vin2(t) 公式4；
假设两只加速度传感器有相同的本底噪声，两个加速度传感器的放大增益相同，则有：
Figure FDA0004248726260000021
则通过所述模拟减法器的输出即可得到与单只传感器本身噪声有关的噪声电压Vn：
Figure FDA0004248726260000022
则该噪声电压Vn即为任一只加速度传感器的本底噪声电压。
4.如权利要求3所述的测试系统，其特征在于：还包括：
所述测试平台为隔振平台，用于测试时预先消除部分由环境引起的振动噪声。
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