DE3717677C1

DE3717677C1 - Method for calibrating acceleration pick-ups (sensors), and device for carrying out the method

Info

Publication number: DE3717677C1
Application number: DE19873717677
Authority: DE
Inventors: Schoenherr Armin E
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1987-05-26
Filing date: 1987-05-26
Publication date: 1988-12-22

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.

Ein derartiges Verfahren sowie eine derartige Vorrich tung sind aus der DE-PS 6 64 553 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist ein rahmenförmiger Träger, an dem ein zu kalibrierender Beschleunigungsaufnehmer befestigbar und hinsichtlich seiner Lage justierbar ist, um eine horizontale Achse drehbar gelagert. Der Träger wird während des Kalibriervorganges entweder von Hand oder durch ein beliebiges Antriebsmittel, beispielsweise durch einen Antriebsmotor um die horizontale Achse gedreht. Die Justierbarkeit eines zu kalibrierenden Be schleunigungsaufnehmers am Träger dient bei der bekann ten Vorrichtung lediglich dazu, daß der Beschleunigungs aufnehmer sowohl so am Träger befestigt werden kann, daß seine Meßrichtung rechtwinklig zur horizontalen Dreh achse liegt, als auch so, daß seine Meßrichtung mit der Drehachse einen vorgebbaren Neigungswinkel bildet. Ist der Beschleunigungsaufnehmer mit seiner Meßrichtung rechtwinklig zur Drehachse befestigt, so wird er durch Drehen mit einer gewünschten konstanten Drehfrequenz bezogen auf seine Meßrichtung einer sinusförmigen Be schleunigung ausgesetzt, deren Beschleunigungsamplitude der Erdbeschleunigung entspricht und deren Schwing frequenz der eingestellten Drehfrequenz entspricht. Ist der Beschleunigungsaufnehmer jedoch geneigt zur Dreh achse am Träger befestigt, so entspricht die Beschleu nigungsamplitude nur dem dem Kosinus des Neigungswinkels entsprechenden Anteil der vollen Erdbeschleunigung. Mit diesem bekannten Kalibrierverfahren kann ein Beschleuni gungsaufnehmer auch bei sehr niedrigen Frequenzen kalibriert werden, ohne daß der zur Durchführung des Verfahrens notwendige Aufwand zunimmt. Da ferner die anderen bekannten Kalibrierverfahren keinen Einfluß auf den Scheitelwert der Beschleunigung hat, kann ein zu kalibrierender Beschleunigungsaufnehmer bei verschie denen gewünschten Schwingfrequenzen mit ein und dersel ben Vorrichtung, bei der lediglich die jeweils gewünsch te Drehfrequenz eingestellt werden muß, kalibriert werden. Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht jedoch darin, daß die Kalibrierung ungenau ist, wenn ein zu kalibrierender Beschleunigungsaufnehmer so am Träger befestigt wird, daß der Schwerpunkt seiner seismischen Masse (auf in Meßrichtung wirkende Beschleu nigung ansprechende Masse) exzentrisch zur horizontalen Drehachse liegt. In einem solchen Falle wird die kon stante Erdbeschleunigung durch die dann beim Drehen des Beschleunigungsaufnehmers um die horizontale Achse auf dessen seismische Masse einwirkende Zentrifugalbeschleu nigung überlagert und dadurch verfälscht.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung eingangs genannter Art anzugeben, die ein Kalibrieren von Beschleunigungsaufnehmern mit einer im Vergleich zum bekannten Verfahren bzw. zur bekannten Vorrichtung deutlich höherer Genauigkeit ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 2 gelöst.

Zur Vermeidung von Kalibrierfehlern aufgrund der beim Drehen eines zu kalibrierenden Beschleunigungsaufnehmers auf dessen seismische Masse möglicherweise wirkende Zentrifugalbeschleunigung ist es erforderlich, den Beschleunigungsaufnehmer mit dem Schwerpunkt seiner seismischen Masse auf der Drehachse anzuordnen. Um vor dem eigentlichen Kalibriervorgang des Beschleunigungs aufnehmers feststellen zu können, ob der Schwerpunkt seiner seismischen Masse auf der Drehachse liegt, ist es erforderlich, den Beschleunigungsaufnehmer um eine vertikal verlaufende Drehachse zu drehen. Bei dieser Drehbewegung um die vertikale Drehachse kann auf die seismische Masse nur dann eine durch die Drehbewegung hervorgerufene Zentrifugalbeschleunigung wirken, wenn der Schwerpunkt der seismischen Masse des Beschleuni gungsaufnehmers exzentrisch zur Drehachse liegt. Tritt eine solche Zentrifugalbeschleunigung auf, so ist es erforderlich, den Beschleunigungsaufnehmer hinsichtlich seiner auf die Drehachse bezogenen radialen Lage so zu justieren, daß bei einem erneuten Drehen des Beschleuni gungsaufnehmers um die vertikale Drehachse keine Zentri fugalbeschleunigung mehr auftritt. Dies ist dann der Fall, wenn das Ausgangssignal des Beschleunigungsaufneh mers während der Drehbewegung um die vertikale Drehachse unabhängig von der Drehfrequenz konstant, beispielsweise Null ist.

Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einem drehbar angeordneten, durch einen Antriebs motor antreibbaren Träger, an dem ein zu kalibrierender Beschleunigungsaufnehmer befestigbar und hinsichtlich seiner Lage justierbar ist, ist gemäß der Erfindung der Träger durch die Antriebswelle des Antriebsmotors gebildet, der Antriebsmotor hinsichtlich seiner Dreh frequenz einstellbar und der Antriebsmotor schließlich zwischen einer ersten Schwenkstellung, in der seine Antriebswelle horizontal verläuft, und einer zweiten Schwenkstellung, in der seine Antriebswelle vertikal verläuft, verschwenkbar. Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann ein zu kalibrierender Beschleunigungsaufnehmer, bevor der eigentliche Kalibriervorgang beginnt, zunächst hinsichtlich seiner auf die Antriebswelle bezogenen Lage derart justiert werden, daß die Achse der Antriebswelle durch die seismische Masse des Beschleunigungsaufnehmers verläuft. Dazu wird der Antriebsmotor in seine zweite Schwenkstellung gebracht, in der seine Antriebswelle vertikal verläuft. In dieser Schwenkstellung des An triebsmotors wird der Beschleunigungsaufnehmer hinsicht lich seiner auf die Antriebswelle bezogenen radialen Lage so lange justiert, bis bei einer Drehung des Beschleunigungsaufnehmers um die vertikale Drehachse auf seine seismische Masse keine Zentrifugalbeschleunigung mehr wirkt, d. h., bis das vom Beschleunigungsaufnehmer abgegebene Ausgangssignal unabhängig von der Drehfre quenz des Antriebsmotors konstant, beispielsweise Null ist. Nach der vorstehend beschriebenen Justage des Beschleunigungsaufnehmers an der Antriebswelle des Antriebsmotors wird dieser in seine erste Schwenk stellung verschwenkt, in der seine Antriebswelle hori zontal verläuft. Wenn die Meßrichtung des Beschleuni gungsaufnehmers mit der Antriebsachse einen rechten Winkel bildet, wirkt beim Drehen des Beschleunigungs aufnehmers auf diesen bezogen auf dessen Meßrichtung eine sinusförmige Beschleunigung, deren Scheitelwert mit der Erdbeschleunigung übereinstimmt und deren Schwing frequenz der Drehfrequenz des Antriebsmotors entspricht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung, deren Antriebsmotor sich in einer ersten Schwenk stellung befindet und

Fig. 2 die Vorrichtung von Fig. 1, bei der sich im Unterschied zur Fig. 1 der Antriebsmotor in seiner zweiten Schwenkstellung befindet.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Kalibriervor richtung besteht im wesentlichen lediglich aus einem Antriebsmotor 10, an dessen Antriebswelle 12 ein zu kalibrierender Beschleunigungsaufnehmer 14 derart befestigbar und justierbar ist, daß seine Meßrichtung R mit der Antriebswellenachse 16 einen rechten Winkel bildet und daß die Antriebswellenachse 16 durch den Schwerpunkt der seismischen Masse 18 des Beschleuni gungsaufnehmers 14 verläuft.

Sofern der Schwerpunkt der seismischen Masse 18 des Beschleunigungsaufnehmers 14 auf der Antriebswellenachse 16 liegt, wirkt beim Drehen des Beschleunigungsauf nehmers 14 durch den Antriebsmotor 10 auf die seismische Masse 18 lediglich die Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s², da bei dieser Lage des Beschleunigungsaufnehmers 14 relativ zur Antriebsachse 12 keine Zentrifugalbeschleu nigung auf die seismische Masse 18 wirkt. Wird der Beschleunigungsaufnehmer 14 durch den Antriebsmotor 10 mit einer bestimmten gewünschten Drehfrequenz gedreht, so wirkt auf ihn, bezogen auf seine Meßrichtung R eine sinusförmige Beschleunigung, deren Scheitelwert mit der Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s² übereinstimmt und deren Frequenz der Drehfrequenz des Antriebsmotors 10 ent spricht.

Um vor der eigentlichen Kalibrierung des Beschleuni gungsaufnehmers 14 feststellen zu können, ob der Schwer punkt seiner seismischen Masse 18 auf der Antriebswel lenachse 16 liegt, ist es erforderlich, den Antriebs motor 10 in seine in der Fig. 2 dargestellte zweite Schwenkstellung zu verschwenken, in der seine Antriebs welle 12 vertikal verläuft. Wird der Beschleunigungs aufnehmer 14 in dieser Stellung des Antriebsmotors 10 um die nun vertikal verlaufende Antriebswellenachse 16′ gedreht, so kann auf seine seismische Masse 18 in Meßrichtung R nur eine durch die Drehbewegung hervor gerufene Zentrifugalbeschleunigung wirken. Eine solche kann aber nur auftreten, wenn der Schwerpunkt der seismischen Masse 18 des Beschleunigungsaufnehmers 14 exzentrisch zur Antriebswellenachse 16′ liegt. Tritt eine solche Zentrifugalbeschleunigung auf, so ist es erforderlich, den Beschleunigungsaufnehmer 14 auf der Antriebswelle 12 so zu justieren, daß bei einem erneuten Drehen des Beschleunigungsaufnehmers 14 um die in dieser Schwenkstellung des Antriebsmotors 10 vertikal verlau fende Antriebswellenachse 16′ keine Zentrifugalbeschleu nigung mehr auftritt. Dies ist dann der Fall, wenn das Ausgangssignal des Beschleunigungsaufnehmers 14 in dieser Schwenkstellung des Antriebsmotors 10 unabhängig von dessen Drehfrequenz konstant, z. B. null ist.

Die erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung ist insbeson dere zum Kalibrieren von Beschleunigungsaufnehmern bei sehr niedrigen Frequenzen bestens geeignet. Ferner zeichnet sie sich durch ihren außergewöhnlich einfachen konstruktiven Aufbau aus.

Claims

1. Verfahren zum Kalibrieren von Beschleunigungsauf nehmern, bei dem ein zu kalibrierender Beschleuni gungsaufnehmer durch Drehen um eine horizontale Achse einer sinusförmigen Beschleunigung einer gewünschten Frequenz ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsaufnehmer (14) vor dem beim Drehen um die horizontale Achse (16) erfolgenden eigentlichen Kalibriervorgang zunächst solange hinsichtlich seiner auf die Drehachse bezogenen radiale Lage justiert wird, bis auf seine seismi sche Masse (18) beim Drehen um eine vertikale Achse (16′) keine Zentrifugalbeschleunigung mehr auf tritt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem drehbar angeordneten, durch einen Antriebsmotor antreibbaren Träger, an dem ein zu kalibrierender Beschleunigungsaufnehmer be festigbar und hinsichtlich seiner Lage justierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger durch die Antriebswelle (12) des An triebsmotors (10) gebildet ist, daß der Antriebs motor (10) hinsichtlich seiner Drehfrequenz ein stellbar ist und daß der Antriebsmotor (10) zwi schen einer ersten Schwenkstellung, in der seine Antriebswelle (12) horizontal verläuft, und einer zweiten Schwenkstellung, in der seine Antriebswelle (12) vertikal verläuft, verschwenkbar ist.