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

Abstract

In a method for calibrating acceleration pick-ups, in which an acceleration pick-up (14), which is to be calibrated, is subjected to a sinusoidal acceleration of a desired frequency, the acceleration pick-up (14) is rotated at the desired frequency about a horizontal axis (16) extending through the centroid of its seismic mass (18) and forming a right angle with the measurement direction (R) of the acceleration pick up (14). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.The invention relates to a method according to the Oberbe resorted to claim 1 and a device the preamble of claim 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.Such a method and such a device device are known from DE-PS 6 64 553. At this known device is a frame-shaped support which is an accelerometer to be calibrated can be fastened and its position adjustable, pivoted about a horizontal axis. The carrier is either by hand during the calibration process or by any drive means, for example by a drive motor around the horizontal axis turned. The adjustability of a Be to be calibrated accelerometer on the carrier serves at the acquaintance only device that accelerates transducer can be attached to the carrier so that its direction of measurement perpendicular to the horizontal rotation axis, as well as that its measuring direction with the Axis of rotation forms a predeterminable angle of inclination. Is the accelerometer with its measuring direction attached at right angles to the axis of rotation, so it is by Rotate at a desired constant rotational frequency based on its measuring direction of a sinusoidal Be exposed to acceleration, its acceleration amplitude corresponds to the acceleration due to gravity and its vibration frequency corresponds to the set rotational frequency. Is however, the accelerometer is inclined to rotate axis attached to the carrier, so the acceleration corresponds inclination amplitude only that of the cosine of the inclination angle corresponding share of the full acceleration due to gravity. With this known calibration method can accelerate sensor even at very low frequencies be calibrated without the need to carry out the Procedural effort increases. Furthermore, since other known calibration methods have no influence has the peak value of the acceleration, a too calibrating accelerometer with various the desired vibration frequencies with one and the same ben device in which only the respectively desired te rotational frequency must be set, calibrated will. A disadvantage of this known device is that the calibration is inaccurate, if an accelerometer to be calibrated like this is attached to the carrier that the focus of his seismic mass (on acceleration acting in the measuring direction attractive mass) eccentric to the horizontal Axis of rotation lies. In such a case, the con constant acceleration due to gravity then when turning the Accelerometer around the horizontal axis its seismic mass acting centrifugal overlap and falsified.

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.It is therefore an object of the invention to provide a method and specify a device of the type mentioned that a calibration of accelerometers with a compared to the known method or to the known Allow device with significantly higher accuracy.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 2 gelöst.This task is characterized by the characteristics of claim 1 or claim 2 solved.

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.To avoid calibration errors due to the Rotating an accelerometer to be calibrated possibly acting on its seismic mass Centrifugal acceleration is required Accelerometer with the focus of its Arrange seismic mass on the axis of rotation. To before the actual calibration process of the acceleration sensor to determine whether the focus its seismic mass lies on the axis of rotation, it is required the accelerometer by one to rotate the vertical axis of rotation. At this Rotational movement about the vertical axis of rotation can on the seismic mass only then by the rotary motion induced centrifugal acceleration act if the focus of the seismic mass of the acceleration tion sensor is eccentric to the axis of rotation. Kick such a centrifugal acceleration, so it is required regarding the accelerometer its radial position related to the axis of rotation adjust that when turning the acceler tion sensor around the vertical axis of rotation no centri acceleration occurs more. Then this is the Case when the output signal of the accelerometer mers during the rotation around the vertical axis of rotation constant regardless of the rotational frequency, for example Is zero.

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.In a device for performing the method, with a rotatably arranged, by a drive motor-driven carrier on which a calibrated Accelerometer attachable and regarding its position is adjustable according to the invention Carrier through the drive shaft of the drive motor formed the drive motor in terms of its rotation frequency adjustable and finally the drive motor between a first swivel position in which his Drive shaft runs horizontally, and a second Swivel position in which its drive shaft is vertical runs, pivotable. With the help of this device can an accelerometer to be calibrated, before the actual calibration process begins, first with regard to its position related to the drive shaft be adjusted so that the axis of the drive shaft due to the seismic mass of the accelerometer runs. To do this, the drive motor is in its second Brought swivel position in which its drive shaft runs vertically. In this swivel position of the An drive motor is the accelerometer Lich its radial related to the drive shaft Adjusted the position until the Accelerometer around the vertical axis of rotation its seismic mass has no centrifugal acceleration works more, d. that is, until that from the accelerometer output signal independent of the rotational frequency frequency of the drive motor constant, for example zero is. After the adjustment of the Accelerometer on the drive shaft of the The drive motor will swing it into its first position pivoted in which its drive shaft hori runs zontally. If the measuring direction of the acceler supply sensor with the drive axle a right Forms an angle, acts when turning the acceleration sensor based on this in relation to its measuring direction a sinusoidal acceleration, the peak value of which corresponds to the acceleration due to gravity and their vibration frequency corresponds to the rotational frequency of the drive motor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is in the figures described. It shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung, deren Antriebsmotor sich in einer ersten Schwenk stellung befindet und Fig. 1 is a schematic representation of a calibration device according to the invention, the drive motor is in a first pivot position and

Fig. 2 die Vorrichtung von Fig. 1, bei der sich im Unterschied zur Fig. 1 der Antriebsmotor in seiner zweiten Schwenkstellung befindet. Fig. 2 shows the device of Fig. 1, in which, in contrast to Fig. 1, the drive motor is in its second pivot position.

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.The calibration device shown schematically in FIG. 1 consists essentially of only a drive motor 10 , on the drive shaft 12 of which an accelerometer 14 to be calibrated can be fastened and adjusted such that its measuring direction R forms a right angle with the drive shaft axis 16 and that the drive shaft axis 16 through the center of gravity of the seismic mass 18 of the acceleration transducer 14 runs.

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.If the focus of the seismic mass 18 of the accelerometer 14 lies on the drive shaft axis 16 , when the accelerometer 14 is rotated by the drive motor 10 , the seismic mass 18 acts only on the gravitational acceleration g = 9.81 m / s ² , since in this position the Accelerometer 14 relative to the drive axis 12 no centrifugal acceleration acts on the seismic mass 18 . If the accelerometer 14 is rotated by the drive motor 10 at a certain desired rotational frequency, then a sinusoidal acceleration acts on it, based on its measuring direction R , the peak value of which corresponds to the gravitational acceleration g = 9.81 m / s ² and the frequency of which corresponds to the rotational frequency of the Drive motor 10 speaks ent.

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.In order to be able to determine before the actual calibration of the acceleration transducer 14 whether the center of gravity of its seismic mass 18 is on the len 16 shaft 16 , it is necessary to pivot the drive motor 10 into its second pivot position shown in FIG the drive shaft 12 runs vertically. If the acceleration sensor 14 is rotated in this position of the drive motor 10 about the now vertically running drive shaft axis 16 ' , only a centrifugal acceleration caused by the rotary movement can act on its seismic mass 18 in the measuring direction R. Such can only occur if the center of gravity of the seismic mass 18 of the accelerometer 14 is eccentric to the drive shaft axis 16 ' . If such a centrifugal acceleration occurs, it is necessary to adjust the accelerometer 14 on the drive shaft 12 so that when the accelerometer 14 is rotated again about the drive shaft axis 16 which is vertical in this pivoting position of the drive motor 10 ', centrifugal acceleration no longer occurs. This is the case when the output signal of the accelerometer 14 in this pivoted position of the drive motor 10 is constant, z. B. is zero.

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.The calibration device according to the invention is in particular to calibrate accelerometers very suitable for very low frequencies. Further it is characterized by its extraordinarily simple constructive structure.

Claims

1. A method for calibrating accelerometers, in which a transducer to be calibrated is subjected to a sinusoidal acceleration of a desired frequency by rotating about a horizontal axis, characterized in that the accelerometer ( 14 ) before rotating around the horizontal axis ( 16 ) actual calibration process is initially adjusted with respect to its radial position related to the axis of rotation, until centrifugal acceleration no longer occurs on its seismic mass ( 18 ) when rotating about a vertical axis ( 16 ' ).

2. Device for carrying out the method according to claim 1, with a rotatably arranged, driven by a drive motor carrier, on which an accelerometer to be calibrated be fixable and adjustable in position, characterized in that the carrier through the drive shaft ( 12 ) of the is formed on drive motor (10), that the drive motor (10) of its rotational frequency is adjustable with respect to and that the drive motor (10) rule Zvi a first pivot position in which its drive shaft (12) extends horizontally, and a second pivot position, in which runs its drive shaft ( 12 ) vertically, is pivotable.