加速度传感器频响的自动标定.docx

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1、加速度传感器频响的自动标定0引言在振动分析和测试中所用的加速度计在研制过程中需要对其频响进行测试。根据频响曲线来标定其动态性能。这方面的性能标定有比较法和绝对法两种。传统的比较法标定过程中，正弦激励要手动调频，响应特性的测试也是人为逐点记录，整个过程不仅工作量大，而且因人为因素较多而产生较大误差［1］。近年来，国内外市场上出现的频响分析仪解决了上述问题，可以自动测量信号频响特性，存储有效数据，以供绘图仪绘制响应曲线。这类仪器虽然性能优良，但由于价格昂贵，未能在实际工作中得到广泛使用。随着计算机的普及，各种测试和分析

2、技术已向微机化、数字化发展，利用一台微机可完成多项工作。1系统的工作原理及组成加速度传感器动态标定的方法通常有绝对校准法和比较校准法。绝对法常用于标定高精度传感器或标准传感器，比较法是工程中常用的校准方法。比较法是将两只加速度传感器背靠背地安装在一起（或同一刚性支架上），其中一只为参考标准加速度传感器，它的全部技术性能是已知的；另一只为被校传感器，采用同样加速度a激励它们，则通过两只传感器的输出之间的关系求出被校传感器的技术性能。这个系统就是基于比较法以486微机为主机，外配一块a/d、d/a接口板，用以采集传感器

3、输出模拟信号。接口板是北京华远公司生产的hy8011接口板。该板有12位16通道a/d并有d/a输出，50hz采集通过率，程控增益及8253定时器等，其它的外围设备还有功率放大器，振动台以及打印机等，硬件组成框图如图1［2］。标准加速度计与被校加速度传感器背靠背”地安装在振动台上，振动台的正弦激励由微机控制接口板上d/a输出，通过功率放大器将小信号放大以推动振动台。同时标准加速度计输出的信号分成两路，一路用于反馈回振动台控制系统，控制振动台台面加速度使之保持恒定；另一路与被校传感器的信号一道送入计算机［3］。图1系

4、统构成框图系统工作时选通微机中的定时中断，取出计算好的按正弦规律变换的数据，编程d/a口，经d/a口变换成模拟量，从而得到正弦信号。此信号经功放放大后驱动振动台，使得振动台按照预计频率做振动实验。只须改变定时器初值，就可很方便地改变激励频率，系统设计的频率范围是1hz〜15khz。两只传感器的输出信号经电荷放大器放大后直接连到hy8011板上的ad0、ad1口，定时通过a/d转换测量加速度传感器的输出电压值，使用定时触发方式可以按照一定的频率角对两个a/d通道进行采集。当用正弦信号激励时传感器的输出信号为正弦同频信

5、号，故对两个通道的数据按此模型进行处理可得到两个正弦信号的幅值。同样根据此模型可计算出被测传感器与标准传感器之间的相位差。此频率测完之后，计算机按照预定的步幅自动增加频率，在新的频率下继续测量直至结束，从而得到传感器的幅频和相频特性。2软件设计在以往的测试中，由于振幅的测量，尤其是©值的测量较为困难，而且计算量大，误差较大，通常采用定点测量，然后拟合出整个频率的方法。在这套系统中，采用计算机自动产生激励信号，自动记录计算，因此可以定频、扫频。根据奈魁斯采样定理，只要f采》2f模就可以不失真地复原出模拟信号。此接口板

6、a/d转换最大的通过率为50hz,但每次a/d建立时间为10卩而每次采集两路。每一路的最大采集频率为25khz，则模拟信号的最高频率最好不要超过20khz。根据公式v=asin(wt+，其中：v为电压测量值；3为振动台振动频率；a为幅度最大值；©为初始偏移角度。则有：wt+市arcsin(v/a)(1)对于某一路传感器来说，两次采集时间为固定时间，因此对于固定的角率的为已知量，且根据公式(1)有：S护arcsin(v2/a)-arcsin(v1/a)(2)式中：v1、v2分别为相邻两次采集的数据。每一振动频率下可以

7、测量多个点故可用解方程组的方法求解方程(2)中的a值。但此方程直接求解析解，算法复杂，故本文运用数值分析的方法求出振幅a的数值解。对于方程(2)同样有：S护arcsin(v4/a)-arcsin(v3/a)故有：arcsin(v4/a)-arcsin(v3/a)=arcsin(v2/a)-arcsin(v1/a)令f(a)=arcsin(v4/a)-arcsin(v3/a)-arcsin(v2/a)+arcsin(v1/a)故求解振幅a的过程即为求解方程f(a)=0的解。这里采用迭代法，令a0=max{v1,v2,

8、v3,v4}，b0=4096(数字量4096表示模拟电压5v,2048代表模拟量0v)。在区间［a0,b0］中计算每一个值的f(ai)，并找到使丨f(a)最小时的a值就是所求的振幅。求出多组的幅值，计算出均方根硏再根据3c的范围剔除粗大误差，然后求出算术平均值，即为某一频率下的幅值ai，这样就可测出传感器的幅频特性。计算流程如图2所示。(时)Fiirc^n(