CN209541987U - 压电式压力传感器的标定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压电式压力传感器的标定装置。其中，该装置包括：可更换材质的施压部件；承载部件，用于将施压部件固定在预设位置，并在对待标定压电式压力传感器进行标定时释放施压部件；标准压力传感器，通过底座设置在施压部件的正下方；待标定压电式压力传感器，设置在标准压力传感器上方；处理器，与标准压力传感器和待标定压电式压力传感器相连，用于获取标准压力传感器输出的第一数据和待标定压电式压力传感器输出的第二数据，并根据第一数据和第二数据对待标定压电式压力传感器进行标定。本实用新型解决了现有技术中无法使用高频冲击荷载对压电式传感器进行标定，导致标定结果准确度不高的技术问题。

Description

压电式压力传感器的标定装置

技术领域

本实用新型涉及传感器标定领域，具体而言，涉及一种压电式压力传感器的标定装置。

背景技术

随着我国高速铁路及高速公路等大量工程的建造与施工，大量混凝土构筑物受到高频动态冲击作用下的荷载响应逐渐受到人们的关注。混凝土结构作为主要承受压力的构件，在高频荷载作用下的混凝土动态压力是混凝土结构设计中的关注重点。目前，传统的应变式压力盒由于体积大，埋入混凝土内部时对结构自身承载力有较大影响，逐渐被市场淘汰。新型混凝土内部压电式传感器——压电式智能骨料因其体积小、与混凝土骨料材质相近，应用范围不断扩大，成为近年来混凝土压力测试的主要选择。

由于压电式传感器只对动态荷载有响应，采用传统的MTS标定架进行准静态加载时，无荷载响应；采用低频(4Hz加载)加载时，传感器输出与荷载输入之间存在较大误差。因此，需要采用一种高频冲击荷载来标定压电式传感器。目前国内的落锤冲击标定主要针对加速度进行标定，或者其应用于弯沉仪，暂无对压力进行标定的设备。

针对现有技术中无法使用高频冲击荷载对压电式传感器进行标定，导致标定结果准确度不高的技术问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种压电式压力传感器的标定装置，以至少解决现有技术中无法使用高频冲击荷载对压电式传感器进行标定，导致标定结果准确度不高的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种压电式压力传感器的标定装置，包括：可更换材质的施压部件；承载部件，用于将施压部件固定在预设位置，并在对待标定压电式压力传感器进行标定时释放施压部件；标准压力传感器，通过底座设置在施压部件的正下方；待标定压电式压力传感器，设置在标准压力传感器上方；处理器，与标准压力传感器和待标定压电式压力传感器相连，用于获取标准压力传感器输出的第一数据和待标定压电式压力传感器输出的第二数据，并根据第一数据和第二数据对待标定压电式压力传感器进行标定。

进一步地，施压部件为锤头。

进一步地，锤头包括如下任意一种：钢锤头、橡胶锤头或聚氨酯锤头。

进一步地，上述装置还包括：框架；导向立柱，安装在框架内，导向立柱穿过承载部件，用于使承载部件沿着导向立柱设置的方向滑动。

进一步地，承载部件包括：提锤梁和锤架，提锤梁和锤架均可滑动的固定在导向立柱上，施压部件安装在锤架下方，提锤梁通过吸合组件与锤架吸合，以提拉锤架下的施压部件；牵引设备，设置在框架顶部，通过牵引丝钢与提锤梁和锤架连接，用于通过牵引丝钢对提锤梁进行上下提拉。

进一步地，牵引设备包括电机，用于对牵引丝钢进行提拉。

进一步地，吸合组件为电磁铁。

进一步地，施压部件还包括：砝码，可拆卸的设置在所述锤架上。

进一步地，施压部件相对待标定压电式压力传感器的一面与待标定压电式压力传感器相对于施压部件的一面完全接触。

进一步地，上述装置还包括：数据采集仪，数据采集仪的输入端与标准压力传感器和待标定压电式压力传感器相连，数据采集仪的输出端与处理器相连，用于采集标准压力传感器和待标定压电式压力传感器的输出；信号放大器，连接于待标定压电式压力传感器和数据采集仪之间，用于放大待标定压电式压力传感器输出的信号。

在本实用新型实施例中，压电式压力传感器的标定装置，包括：可更换材质的施压部件；承载部件，用于将施压部件固定在预设位置，并在对待标定压电式压力传感器进行标定时释放施压部件；标准压力传感器，通过底座设置在施压部件的正下方；待标定压电式压力传感器，设置在标准压力传感器上方；处理器，与标准压力传感器和待标定压电式压力传感器相连，用于获取标准压力传感器输出的第一数据和待标定压电式压力传感器输出的第二数据，并根据第一数据和第二数据对待标定压电式压力传感器进行标定。上述方案通过更换不同砝码重量、调整锤头至待标定压电式压力传感器的高度来获取不同荷载量值下待标定压电式压力传感器的灵敏度，通过更换锤头材质来获取不同冲击荷载频率范围，以得到待标定压电式压力传感器的试验灵敏度，进而解决了现有技术中无法使用高频冲击荷载对压电式传感器进行标定，导致标定结果准确度不高技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种可选的压电式压力传感器的标定装置的结构示意图；以及

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的压电式压力传感器数据采集系统示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10施压部件、20承载部件、21提锤梁、22锤架、23牵引设备、24吸合组件、25牵引丝钢、26砝码、30标准压力传感器、40待标定压电式压力传感器、50底座、60框架、70导向立柱、80数据采集仪、90处理器、100、信号放大器、110网线。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本实用新型实施例，提供了一种压电式压力传感器的标定装置实施例，图1是根据本实用新型实施例的一种可选的压电式压力传感器的标定装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括：

可更换材质的施压部件10。

施压部件可以更换材质，意味着冲击荷载的频率范围可以变换。更换的依据主要是材质的弹性模量，弹性模量越大，所施加的冲击荷载的频率范围越广。

承载部件20，用于将施压部件固定在预设位置，并在对待标定压电式压力传感器40进行标定时释放施压部件10。

一种可选方案中，上述预设位置可以是距待标定压电式压力传感器上表面一定高度的距离处，高度越大，相同质量砝码的冲击荷载越大。

标准压力传感器30，通过底座50设置在施压部件10的正下方；待标定压电式压力传感器40，设置在标准压力传感器30上方；处理器90，与标准压力传感器30和待标定压电式压力传感器40相连，用于获取标准压力传感器30输出的第一数据和待标定压电式压力传感器40输出的第二数据，并根据第一数据和第二数据对待标定压电式压力传感器40进行标定。

一种可选方案中，上述标准压力传感器可以是标准的压电式压力传感器，也可以是标准的压阻式压力传感器，只要其能输出标准的压力值即可。标准压力传感器需进行定期标定，每次试验前需检查标准压力传感器与底座之间的连接是否稳固，以防冲击荷载过大导致标准压力传感器晃动造成输出结果不准确的现象发生。

上述处理器可以是任何具有数据处理功能的芯片，也可以是工控机、笔记本电脑、移动终端等。

将待标定的压电式压力传感器安装于固定在底座上的标准压力传感器上，当施压部件在一定高度下落时，施压部件冲击待标定压电式压力传感器，冲击荷载经由待标定的压电式压力传感器直接传递至固定于底座上的标准压力传感器，同时在待标定的压电式压力传感器内部形成电荷，经处理后传递至处理器。固定于底座上的标准压力传感器接受到上部冲击荷载后同时将压力值传递至处理器，将待标定的压电式压力传感器冲击所得的电压值与固定于底座上的压力传感器的力值进行对照分析即可获取待标定的压电式压力传感器的单次试验灵敏度。

由上可知，本实用新型上述压电式压力传感器的标定装置实施例，包括：可更换材质的施压部件；承载部件，用于将施压部件固定在预设位置，并在对待标定压电式压力传感器进行标定时释放施压部件；标准压力传感器，通过底座设置在施压部件的正下方；待标定压电式压力传感器，设置在标准压力传感器上方；处理器，与标准压力传感器和待标定压电式压力传感器相连，用于获取标准压力传感器输出的第一数据和待标定压电式压力传感器输出的第二数据，并根据第一数据和第二数据对待标定压电式压力传感器进行标定。上述方案通过调整施压部件至待标定压电式压力传感器的高度来获取不同荷载量值下待标定压电式压力传感器的灵敏度，通过更换施压部件的材质来获取不同冲击荷载频率范围，以得到待标定压电式压力传感器的试验灵敏度，进而解决了现有技术中无法使用高频冲击荷载对压电式传感器进行标定，导致标定结果准确度不高技术问题。

可选地，施压部件可以为锤头。

可选地，锤头可以包括如下任意一种：钢锤头、橡胶锤头或聚氨酯锤头。

为了获取不同冲击荷载频率范围，可通过更换锤头材质来实现。不同锤头材质的选型依据主要是其材料弹性模量，弹性模量越大，所施加的冲击荷载的频率范围越广。

可选地，上述装置还包括：框架60；导向立柱70，安装在框架60内，导向立柱70穿过承载部件20，用于使承载部件20沿着导向立柱70设置的方向滑动。

一种可选方案中，上述框架可以是龙门框架。

可选地，承载部件20包括：提锤梁21和锤架22，提锤梁21和锤架22均可滑动的固定在导向立柱70上，施压部件10安装在锤架22下方，提锤梁21通过吸合组件24与锤架22吸合，以提拉锤架22下的施压部件10；牵引设备23，设置在框架60顶部，通过牵引丝钢25与提锤梁21和锤架22连接，用于通过牵引丝钢25对提锤梁21进行上下提拉。

一种可选方案中，承载部件20可以包括提锤梁21、锤架22和牵引设备23，还可以包括电磁铁24、牵引丝钢25。牵引设备23包括电机，用于对牵引丝钢25进行提拉。

如附图1所示，导向立柱70安装在框架60内，牵引设备23安装于框架60上方。提锤梁21和锤架22固定于导向立柱70，可在导向立柱70上下滑动，并可通过手动操作来控制提锤梁21和锤架22在导向立柱70的任意位置处固定。提锤梁21和锤架22通过牵引丝钢25与牵引设备23进行连接，通过牵引设备23内部的电机来实现对提锤梁21和锤架22的上下提拉操作。砝码26可根据需加载量值的大小进行调整，确定砝码26大小后利用螺栓将砝码26与锤架22进行紧固连接。施压部件10安装于锤架22下方，在锤架22下落时直接与待标定压电式压力传感器40接触，施压部件10的材质可以根据加载频率要求进行选择，可选择钢锤头、橡胶锤头、聚氨酯锤头等不同材料的锤头。提锤梁21与锤架22之间通过吸合组件24进行连接，通过释放吸合组件24的吸附力来实现锤架22下落。标准压力传感器30固定于底座50上，底座50固定于框架60上。将待标定压电式压力传感器40放置于标准压力传感器30上方，并进行可靠连接。

可选地，吸合组件24可以为电磁铁。

提锤梁与锤架之间通过电磁铁进行连接。牵引设备提拉提锤梁和锤架至所需高度，打开电磁铁，将锤架吸附于提锤梁上，将提锤梁固定于导向立柱上。通过释放电磁铁的吸附力来实现锤架下落。

可选地，施压部件10还包括砝码26，可拆卸的设置在锤架22上。

砝码可根据需加载量值的大小进行调整，确定砝码大小后利用螺栓将砝码与锤架进行紧固连接。

可选地，当施压部件10被释放时，施压部件10相对待标定压电式压力传感器40的一面与待标定压电式压力传感器40相对于施压部件10的一面完全接触。

需要说明的是，锤头下落时与待标定压电式压力传感器的碰撞接触面需完全接触，因此在试验前需要进行多次锤头安装平面水平校准。

可选地，上述装置还包括：

数据采集仪80，数据采集仪80的输入端与标准压力传感器30和待标定压电式压力传感器40相连，数据采集仪80的输出端与处理器90相连，用于采集标准压力传感器30和待标定压电式压力传感器40的输出。

信号放大器100，连接于待标定压电式压力传感器40和数据采集仪80之间，用于放大待标定压电式压力传感器40输出的信号。

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的压电式压力传感器数据采集系统示意图。图中，待标定压电式压力传感器输出信号经信号放大器后输入数据采集仪中，标准压力传感器数据也输出至同一数据采集仪中。通过笔记本电脑连接数据采集仪进行数据采集。

以图1实施例中的标定装置为实施主体，释放电磁铁，当锤架在一定高度下落时，锤头冲击待标定的压电式压力传感器，冲击荷载经由待标定的压电式压力传感器直接传递至固定于底座上的标准压力传感器，同时在待标定的压电式压力传感器内部形成电荷，经由信号放大器后将产生的电压值传入数据采集仪中。固定于底座上的标准压力传感器接受到上部冲击荷载后同时将压力值传递至同一台数据采集仪中，通过笔记本电脑上数据采集仪的配套软件进行采集控制与数据处理。待冲击加载完成后结束采集，完成一次采集任务。将待标定的压电式压力传感器冲击所得的电压值与固定于底座上的标准压力传感器的力值进行对照分析即可获取待标定的压电式压力传感器的单次试验灵敏度。

为了获取不同荷载量值下传感器灵敏度，可利用更换不同砝码重量来实现，砝码重量不足以满足不同荷载量值级差时，可利用调整锤头至待标定压电式压力传感器顶面的高度来实现。为了获取不同冲击荷载频率范围，可通过更换锤头材质来实现。不同锤头材质的选型依据主要是其材料弹性模量，弹性模量越大，所施加的冲击荷载的频率范围越广。

需要说明的是，数据采集仪需外接电源以进行正常测试。

通过上述装置，本实用新型能够实现对压电式压力传感器的动态标定，且装置构成简约，原理简单，操作方便，适合形成标准化的标定流程；还能够模拟不同重量、不同频域的冲击荷载，实现对传感器在多种环境下输出响应进行校验，进而解决了现有技术中无法使用高频冲击荷载对压电式传感器进行标定，导致标定结果准确度不高技术问题。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种压电式压力传感器的标定装置，其特征在于，包括：

可更换材质的施压部件；

承载部件，用于将所述施压部件固定在预设位置，并在对待标定压电式压力传感器进行标定时释放所述施压部件；

标准压力传感器，通过底座设置在所述施压部件的正下方；

待标定压电式压力传感器，设置在所述标准压力传感器上方；

处理器，与所述标准压力传感器和所述待标定压电式压力传感器相连，用于获取所述标准压力传感器输出的第一数据和所述待标定压电式压力传感器输出的第二数据，并根据所述第一数据和所述第二数据对所述待标定压电式压力传感器进行标定。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述施压部件为锤头。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述锤头包括如下任意一种：钢锤头、橡胶锤头或聚氨酯锤头。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

框架；

导向立柱，安装在所述框架内，所述导向立柱穿过所述承载部件，用于使所述承载部件沿着所述导向立柱设置的方向滑动。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述承载部件包括：

提锤梁和锤架，所述提锤梁和锤架均可滑动的固定在所述导向立柱上，所述施压部件安装在所述锤架下方，所述提锤梁通过吸合组件与所述锤架吸合，以提拉所述锤架下的所述施压部件；

牵引设备，设置在所述框架顶部，通过牵引丝钢与所述提锤梁和所述锤架连接，用于通过所述牵引丝钢对所述提锤梁进行上下提拉。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述牵引设备包括电机，用于对所述牵引丝钢进行提拉。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述吸合组件为电磁铁。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述施压部件还包括：

砝码，可拆卸的设置在所述锤架上。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

数据采集仪，所述数据采集仪的输入端与所述标准压力传感器和所述待标定压电式压力传感器相连，所述数据采集仪的输出端与所述处理器相连，用于采集所述标准压力传感器和所述待标定压电式压力传感器的输出；

信号放大器，连接于所述待标定压电式压力传感器和所述数据采集仪之间，用于放大所述待标定压电式压力传感器输出的信号。