专利名称：高频高幅值振动传感器校准装置及方法
技术领域：
本发明属于振动传感器校准领域，具体涉及一种高频高幅值振动传感器校准装置及方法。
背景技术：
迄今为止，在航空领域，国外国内厂家在高频高幅值振动传感器校准方面主要采用冷水标准振动台，该设备体积大、耗能高、使用周期短、标准性差，尤其是振动幅值达到200g以上的标准振动台几乎是一个空白。

发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种高频高幅值振动传感器校准装置及方法，以达到减小装置体积、降低耗能、延长使用周期、提高标准性、扩大测量频率范围和提高振动幅值的目的。一种高频高幅值振动传感器校准装置，包括信号发生器、功率放大器、第一励磁线圈、谐振梁、夹具、第二励磁线圈、直流稳压电源、标准传感器、被校传感器、信号调理器、测振仪、第一数字万用表和第二数字万用表；其中，被校传感器和测振仪组成被校准目标装置；信号发生器的输出端连接功率放大器的输入端，上述功率放大器的输出端连接第一励磁线圈的输入端，第一励磁线圈的铁芯开口正对谐振梁，所述谐振梁固定于夹具上，所述的夹具下端缠绕第二励磁线圈，第二励磁线圈的输入端连接直流稳压电源的输出端；所述的谐振梁的下端设置有标准传感器，上端设置有被校传感器；所述标准传感器的输出端连接信号调理器的输入端，上述信号调理器的输出端连接第一数字万用表的输入端；所述被校传感器的输出端连接测振仪的输入端，所述测振仪的输出端连接第二数字万用表的输入端。采用高频高幅值振动传感器校准装置进行校准的方法，包括以下步骤步骤I、确定校准所需固有频率在谐振梁上的位置，在谐振梁下端的该频率位置安装标准传感器，上端安装被校传感器；步骤2、启动装置，将信号发生器输出电压调小，有输出信号即可；根据目标固有频率调节信号发生器，使其输出的正弦波信号频率处于目标固有频率的±5%范围内，并在该范围内微调输出信号的频率，直至第一数字万用表电压输出值达到最大值即达到谐振梁真实共振频率；步骤3、根据标准传感器的电压校验点目标值，调节信号发生器，使第一数字万用表的电压输出值达到电压校验点目标值；步骤4:调节测振仪，使第二数字万用表的电压输出值与第一数字万用表的电压输出值所对应的振动幅值相同，则此时测振仪和传感器构成的被校准装置为合格产品。本发明优点
本发明一种高频高幅值振动传感器校准装置及方法，具有装置体积小、耗能小、使用周期长、标准性好的特点，并且该装置激发出高频高幅值的振动，频率范围和振动幅值更大。


图I为本发明一种实施例高频高幅值振动传感器校准装置结构框图；其中，I-信号发生器，2-功率放大器；3_第一励磁线圈；4_谐振梁；5-夹具；6-第二励磁线圈；7_直流稳压电源；8_标准传感器；9_被校传感器；10-信号调理器；11_测振仪；12_第一数字万用表；13_第二数字万用表；图2为本发明一种实施例高频高幅值振动传感器校准装置电路原理图； 图3为本发明一种实施例第一个谐振梁结构图；图4为本发明一种实施例第二个谐振梁结构图；图5为本发明一种实施例高频高幅值振动传感器校准方法流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明实施例做进一步说明。本发明根据谐振梁理论，应用分析计算的固有振型，应用3000Hz 7000Hz频率段的共振特性，设计创造了高频高幅值振动传感器校准装置。如图I所示，一种高频高幅值振动传感器校准装置，包括信号发生器1，功率放大器2 ;第一励磁线圈3 ;谐振梁4 ;夹具5 ;第二励磁线圈6 ;直流稳压电源7 ;标准传感器8 ；被校传感器9 ;信号调理器10 ;测振仪11 ;第一数字万用表12和第二数字万用表13 ;其中，被校传感器9和测振仪11组成被校准目标装置；如图2所示，信号发生器I的输出端BNC接口输出正弦波信号至功率放大器2的输入端Line OUT,上述功率放大器2的输出端OUTPUT的正极端连接第一励磁线圈3的正极输入端，功率放大器2的输出端OUTPUT的负极端连接第一励磁线圈3的负极输入端；第一励磁线圈3的铁芯开口正对谐振梁4，所述谐振梁4固定于夹具5上，所述的夹具5下端缠绕第二励磁线圈6，第二励磁线圈6的正极输入端连接直流稳压电源7的正极输出端，第二励磁线圈6的负极输入端连接直流稳压电源7的负极输出端；所述的谐振梁4的下端设置有标准传感器8，上端设置有被校传感器9 ;所述标准传感器8的输出端BNC接口连接信号调理器10的输入端SENSOR，上述信号调理器10的输出端OUTPUT正极连接第一数字万用表12的正极输入端，信号调理器10的输出端OUTPUT负极连接第一数字万用表12的负极输入端；所述被校传感器9的输出端I ;2和4分别连接测振仪11的输入端I ;2和4，所述测振仪11的输出端BNC接口正极连接第二数字万用表13的正极输入端，测振仪11的输出端BNC接口负极连接第二数字万用表13的负极输入端。本发明实施例中，信号发生器I选用WF1943A型号；功率放大器2选用PA-1000W型号；直流稳压电源7选用DH1716A型号；标准传感器8选用PCB型号；信号调理器10选用PCB型号；测振仪11选用CZY型号；第一数字万用表12和第二数字万用表13选用HP34401A型号。在信号发生器I的控制下，第一励磁线圈3产生高强度交变磁场，谐振梁4为“L”型结构，第二励磁线圈6通直流稳压电流后，谐振梁4被磁化，谐振梁4两端具有电极，并与第一励磁线圈3所产生的交变磁场方向正交，通过电流时将会产生谐振梁4厚度方向的安培力，谐振梁4产生固有频率共振，激发出多个频率的高幅值振动，标准传感器8与被校准传感器9背靠背安装于谐振梁4的指定位置，通过标准传感器校准被校准传感器。所述的谐振梁4可以是有孔谐振梁或无孔谐振梁。如图3所示，为本发明实施例采用的第一个谐振梁，其中，位置I为传感器第一次安装的位置，位置2为传感器第二次安装的位置。当第一个谐振梁的频率达不到目标频率时，更换第二个谐振梁，如图4所示，为本发明实施例采用的第二个谐振梁，该谐振梁的尺寸与第一个谐振梁不同，其中，位置3为传感器第一次安装的位置，位置4为传感器第二次安装的位置。本发明实施例中采用的谐振梁性能数据如表I所示表I
WWI密度/kg m_3~I弹性模量/Pa~I泊松比
谐振梁~ 45号钢~ 78l02^HO本发明实施例中，计算为谐振梁模态计算，不考虑自身重力，无外载荷，自主梁顶端(无悬臂处)向下30mm区域内完全固定，即施加全约束。为了方便传感器的安装,在谐振梁4的共振位置设置了安装螺孔，通过对谐振梁4有孔和无孔两种情况进行谐振梁模态计算，结果如表2所示表2
阶次频率\Hz I谐振梁I (有孔)I谐振梁I (无孔)I谐振梁2 (有孔)I谐振梁2 (无孔)^
fl238. 342236. 934251.3124948
f2858. 386867.80982. 80990. 38
f3895. d09890. 871161. I1150. 7
f417391739. 31738. 31733. I
f5^832226. 62888. 73027.9
f634683551. 73215.03321. 5
f746274646. I4713. 74696. 4
f853855391. 45855.45914. I
f963476411. 56255. I62418
flO72057188.27343.67316. 3
由表2可知，谐振梁打孔对其性能影响不大。本发明实施例中，通过软件找出谐振梁不同位的谐振频率，谐振梁下表面位于XY平面，小悬臂为X方向，Z轴垂直于下表面，第一个谐振梁在第五阶固有频率至第十阶固有频率下，其阵型特点是第五阶阵型小悬臂端在XY平面内绕Z轴摆动，越到末端变形越大。第六阶阵型主梁绕XY平面中间处一竖直线扭转(一扭)，小悬臂随之摆动，越到末端变形越大。第七阶阵型主梁延Y向三弯，主梁上两点变形较大。第八阶阵型主梁在XY平面内二弯，小悬臂随之上下摆动，主梁上一点；小悬臂两点变形较大。
第九阶阵型主梁绕XY平面中间处一竖直轴线有两个反向的扭转，即二扭，小悬臂端延X向摆动，小悬臂末端变形最大。第十阶阵型主梁延Y向上下往复运动，小悬臂随之上下摆动，二者运动方向相反，拐角处和小悬臂末端变形最大。第二个谐振梁第五阶至第十阶阵型特点是第五阶至第七阶；第十阶阵型与第一个谐振梁一致，第八阶阵型与第一个谐振梁第九阶阵型一致，第九阶阵型与第一个谐振梁第八阶阵型一致。采用高频高幅值振动传感器校准装置进行校准的方法，如图5所示，包括以下步骤步骤I ;确定校准所需固有频率在谐振梁上的位置，在谐振梁下端的该频率位置安装标准传感器，上端安装被校传感器；本发明实施例采用ANSYS有限元软件来确定校准所需固有频率在谐振梁上的位置。步骤2;启动装置，将信号发生器输出电压调小，有输出信号即可；根据目标固有频率调节信号发生器，使其输出的正弦波信号频率处于目标固有频率的±5%范围内，并在该范围内微调输出信号的频率，直至第一数字万用表电压输出值达到最大值即真是达到谐振梁真实共振频率；步骤3 ;根据标准传感器的电压校验点目标值，调节信号发生器，使第一数字万用表的电压输出值达到电压校验点目标值；步骤4 :调节测振仪，使第二数字万用表的电压输出值与第一数字万用表的电压输出值所对应的振动幅值相同，则此时测振仪和传感器构成的被校准装置为合格产品。表3为本发明装置所激发的频率和幅值范围。表权利要求
1.一种高频高幅值振动传感器校准装置，其特征在于包括信号发生器(I)，功率放大器(2)、第一励磁线圈(3)、谐振梁(4)、夹具(5)、第二励磁线圈(6)、直流稳压电源(7)、标准传感器(8)、被校传感器(9)、信号调理器(10)、测振仪(11)、第一数字万用表(12)和第二数字万用表(13);其中， 被校传感器(9 )和测振仪(11)组成被校准目标装置； 信号发生器(I)的输出端连接功率放大器(2)的输入端，上述功率放大器(2)的输出端连接第一励磁线圈(3)的输入端，第一励磁线圈(3)的铁芯开口正对谐振梁(4)，所述谐振梁(4)固定于夹具(5)上，所述的夹具(5)下端缠绕第二励磁线圈(6)，第二励磁线圈(6)的输入端连接直流稳压电源(7)的输出端；所述的谐振梁(4)的下端设置有标准传感器(8)，上端设置有被校传感器(9);所述标准传感器(8)的输出端连接信号调理器(10)的输入端，上述信号调理器(10)的输出端连接第一数字万用表(12)的输入端；所述被校传感器(9)的输出端连接测振仪(11)的输入端，所述测振仪(11)的输出端连接第二数字万用表(13)的输入端。
2.采用权利要求I所述的高频高幅值振动传感器校准装置进行校准的方法，其特征在于包括以下步骤 步骤I、确定校准所需固有频率在谐振梁上的位置，在谐振梁下端的该频率位置安装标准传感器，上端安装被校传感器； 步骤2、启动装置，将信号发生器输出电压调小，有输出信号即可；根据目标固有频率调节信号发生器，使其输出的正弦波信号频率处于目标固有频率的±5%范围内，并在该范围内微调输出信号的频率，直至第一数字万用表电压输出值达到最大值即达到谐振梁真实共振频率； 步骤3、根据标准传感器的电压校验点目标值，调节信号发生器，使第一数字万用表的电压输出值达到电压校验点目标值； 步骤4:调节测振仪，使第二数字万用表的电压输出值与第一数字万用表的电压输出值所对应的振动幅值相同，则此时测振仪和传感器构成的被校准装置为合格产品。
全文摘要
本发明一种高频高幅值振动传感器校准装置及方法，属于振动传感器校准领域，该装置包括信号发生器、功率放大器、第一励磁线圈、谐振梁、夹具、第二励磁线圈、直流稳压电源、标准传感器、被校传感器、信号调理器、测振仪、第一数字万用表和第二数字万用表；其中，被校传感器和测振仪组成被校准目标装置；本发明具有装置体积小、耗能小、使用周期长、标准性好的特点，并且该装置激发出高频高幅值的振动，频率范围和振动幅值更大。
文档编号G01H17/00GK102967361SQ20121044853
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者王海霞, 谭亮, 周学东 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司