基于窄脉冲冲击激励的压电加速度计动态校准

论述了目前加速度计校准的方法以及主要不足之处,并以压电加速度计为例,采用冲击激励法对其进行了动态校准,详细说明了校准所使用的装置和校准过程,采用单自由度的质量弹簧系统来描述加速度计的数学模型,利用系统辨识的方式得到了数学模型的参数,分析了加速度计动态校准的结果并且与绝对法振动校准进行了比较与分析。     

冲击激励脉宽对加速度计校准结果的影响

冲击激励法是确定加速度计输入输出特性常用的方法.本文对不同脉宽冲击激励下加速度计校准所得结果进行了分析,说明了激励脉宽与校准结果的关系,分析了不同脉宽下校准结果的差异性,通过频域分析说明了原因和不同脉宽下校准结果的同一性.利用不同脉宽冲击激励计算得到了加速度计在各个频率点对应复灵敏度的幅度谱,其结果的一致性也证明了不同脉宽的冲击激励所得结果的可靠性.     

基于绝对法冲击校准的加速度计参数辨识研究

针对动态计量中加速度计动态特性计量的问题,本文主要论述了基于绝对法冲击校准的加速度计动态计量.依据加速度计物理结构,采用一个二阶微分方程来描述其输入输出特性,并将该方程转化为一种特定的形式,然后利用绝对法冲击校准加速度计的数据,采用一种新的方法在频域确定了方程的未知系数从而得到了加速度计动态特性参数.最后采用激光绝对法振动校准对加速度计进行了校准试验,并将得到的复灵敏度结果与模型的频率响应进行了比较,一致性的结果证明了该方法的有效性.     

加速度计冲击特性的绝对校准方法

从描述测量系统的微分方程出发,用系统的输入输出数据辨识系统的离散传递函数,弥补在加速度计灵敏度校准中不能给出加速度计动态特性的缺陷,再应用系统的离散传递函数将加速度计输出信号恢复为一定的动态特性范围内“真实”的现场冲击加速度－时间历程。     

激光干涉法一次冲击加速度计动态特性校准

介绍利用激光光栅干涉技术进行冲击加速度动态特性校准的一种方法。将冲击加速度直接绝对溯源于基本量和单位(时间和长度);说明差动式光栅激光干涉冲击校准装置的原理,介绍了使用调频信号的数字化解调方法和模式识别方法实现数据处理的基本过程;最终给出了被校准的加速度计的频率特性曲线和传递函数实验结果;使用本文方法可以进行加速度计动态特性的校准测试。     

基于激光干涉法的一次冲击微分加速度动态特性校准

介绍了利用激光光栅干涉技术进行冲击加速度校准的一种方法,并着重讨论微分加速度的动态特性校准。将冲击加速度和微分加速度直接溯源于基本量和单位(时间和长度);叙述了差动式光栅激光干涉冲击校准装置的原理,介绍了使用调频信号的数字化解调方法和模式识别方法实现数据处理的基本过程;最终给出了被校准的加速度计的微分加速度的频率特性曲线和传递函数的实验结果。结果表明,该方法可以进行加速度计之微分加速度的动态特性的校准测试。     

一种加速度计冲击校准系统

介绍了一套加速度计冲击校准系统的测试原理和方法,该系统可产生半正弦冲击脉冲,可对压电式、内置电路式和压阻式等多种加速度计的冲击灵敏度进行校准.其中冲击比较校准器通过弹体碰撞装有标准传感器和被校传感器的砧子,进行背靠背式比较校准,其可产生低量程的冲击加速度,可对加速度计进行精确、可控的校准;高g值冲击校准器可产生可控的冲击激励脉冲,共基于Hopkinson棒原理,通过高压气加速弹体碰撞Hopkinson棒,使棒中产生压缩波,并传到装有被校传感器的棒的另一端,系统通过贴在棒中部的应变片测得该点的应变,通过应变与加速度之间的关系式计算出棒末端被校传感器处所受到的冲击加速度值.     

基于地球重力法的低频加速度计校准

ISO 16063-16描述的地球重力法只能用于低频加速度计灵敏度幅值静态校准, 无法用于灵敏度幅值与相位的动态校准。采用机器视觉方法测量激励加速度相位,并得到对应时刻的加速度计输出信号相位,该方法可同时实现基于地球重力法的灵敏度幅值与相位动态校准。该方法测量时由转台为被校加速度计提供峰值恒定为1g的正弦激励加速度,有效避免了低频时微小激励加速度引起的加速度计输出低信噪比信号对校准精度的影响。实验结果表明,地球重力法可实现从静态(DC)至10Hz范围内的灵敏度幅值与相位高精度校准。     

不同冲击激励系统绝对法冲击校准比对可行性的研究

比对是确定不同装置与不同方法之间一致性的主要方法,本文主要论述了基于激光绝对法校准的不同冲击激励系统校准结果比对可行性的问题。首先依据ISO16063-13标准规定的基于刚体碰撞与基于Hopkinson杆的冲击激励系统,分析了其基本原理与典型冲击波形;然后比较了同一只传感器在两种装置上校准结果,说明了结果的差异并分析了原因。最后提出了不同冲击激励系统之间可比性的方法,为冲击校准实验室、区域以及国际比对提供参考。     

加速度计动态校准装置的研究

加速度计动态校准装置的研究是在加速度计静态校准的基础上提出的.针对加速度计动态校准领域中在大加速度、低频范围内的校准,本文论述了加速度计动态校准发展现状,主要从校准装置的原理、组成和不确定度分析等几方面进行了研究,最后对该校准装置的下一步研究领域进行了展望.     

可编程动态特性补偿滤波器设计

以常用的典型传感器为应用对象,设计了一种可编程配置的动态特性补偿模拟滤波器,通过单片机控制改变模拟滤波器电路的结构与参数以实现对不同传感器动态特性的补偿。通过对不同方案的分析和比较,选择了合适的电路结构以及元件参数,实现了针对常见工作频带在20 k Hz以下的机电系统3~6阶可编程传感器动态特性补偿滤波器。通过对由电路构成的一阶系统和悬臂梁系统的补偿,验证了该动态特性补偿滤波器的可用性。     

应变式力传感器动态特性研究及动态补偿

通过测试传感器的固有频率和冲击响应,对不同结构的应变式力传感器的动态特性进行了研究。当力传感器动态特性不理想时,根据零极点配置法设计了动态补偿数字滤波器,对力传感器进行动态补偿,使之适用于动态测量。实验表明:柱式力传感器的动态特性优于S形力传感器。通过对S形传感器进行动态补偿,拓宽了力传感器的工作频带,提高了力传感器的动态性能,减小了动态误差。     

互易压电加速度计校准技术研究

介绍一种针对内部带有驱动部件的压电加速度计的校准方法,基于互易法的校准原理,通过2次试验测量2个端口灵敏度的比值和乘积,实现互易压电加速度计的校准。通过建立互易压电加速度计的振动方程及力学模型,分析了灵敏度比值、灵敏度乘积和自校准系数的频率响应特性,并说明了对应的校准方法。与激光干涉法进行了对比验证实验,实验结果表明：在频率范围5～4 000 Hz, 2个端口灵敏度的平均相对偏差分别不超过1%和2%,最大相对偏差分别不超过2%和4%。     

加速度计稳定性测试的补偿技术

介绍了加速度计稳定性的测量装置及方法。由于环境因素可以对稳定性测试产生影响,因此对加速度计的工作温度、基础水平倾角的影响进行了分析。通过研究加速度计温度误差模型,确定了建模方法。在稳定性试验中,使用高精度铂热电阻测量加速度计的工作温度,对加速度计的模型方程系数和输出进行温度补偿;使用地震前兆倾斜仪监测基础水平倾角变化,对加速度计零位输出进行补偿。     

基于正弦激励的压电加速度计模型参数辨识

针对压电加速度计常规校准无法完全满足实际机械动态量测量要求的问题,采用基于加速度计模型参数校准的方法。参数未知的线性二阶微分方程用来表示加速度计动态特性,利用绝对法振动校准加速度计频率响应数据,采用最小二乘算法确定了未知的参数的值,同时利用蒙特卡罗法确定了参数值的不确定度。最后对加速度计进行了瞬态冲击加速度校准,计算辨识所得模型在相同冲击激励下的预测输出。结果表明:瞬态冲击加速度校准与计算辨识模型结果相差不超过1%。     

基于双离心机的线加速度计动态校准

介绍基于双离心机的线加速度计动态校准方法,在分析双离心机原理的基础上,对各加速度分量进行合成,建立了基于双离心机的正弦加速度数学模型.阐述了线加速度计动态校准装置的组成和校准过程,分析了校准装置所产生的正弦加速度的幅值测量不确定度和相位测量不确定度.介绍了实验数据的处理方法三参数正弦波拟合算法,并在正弦加速度幅值为200 m/s.、角频率范围为0.1～10 Hz的条件下进行了实验验证,给出了相应的实验曲线图.线加速度计动态校准装置具有产生大g值正弦加速度的优点,正弦加速度幅值可达700 m/s2.     

加速度计校准的贝叶斯不确定度评估

主要论述了贝叶斯统计用于加速度计校准结果的分析.首先介绍了对于线性测量模型,GUM、GUM S1以及基于贝叶斯统计分析测量不确定度的过程,说明三种方法分析的不同之处.然后结合实际工作中振动与冲击校准加速度计的数据,利用不同先验分布的贝叶斯统计和GUM系列方法进行了分析并对结果进行了比较.针对冲击加速度国际关键比对的部分数据建立了贝叶斯独立和层次两种不同的数据统计模型,在此基础之上结合马尔科夫链蒙特卡罗法(MCMC)对比对参考值和相应不确定度的计算,并且与通用方法的计算结果进行了比较.通过不同方法得到结果的一致性与差异性说明了贝叶斯统计用于不确定度评估的优缺点.     

激光干涉法冲击绝对校准的研究

基于ISO 16063-13冲击绝对法校准标准,介绍了基于砧体碰撞的低g值和基于Hopkinson杆的高g值冲击激励机械系统的特点,并模拟了2套系统产生的冲击波形,通过解调零差和外差激光干涉仪的输出信号重构了机械激励系统产生的随时间变化的位移信号,信号处理算法有效地抑制了确定和随机噪声,从而准确地确定了加速度信号的峰值与频谱,仿真、实验以及与绝对法振动校准比较的结果表明,其测量扩展不确定度小于1%(k=2)。     

二阶线性时不变测量系统动态特性的补偿与动态不确定度评估

采用一种新的设计测量系统补偿滤波器的方法,根据校准得到的测量系统频率响应数据直接设计补偿滤波器,避免了系统辨识过程。通过接近实际测量条件的仿真实验表明,该方法能有效地提高测量系统的带宽,减小动态误差。同时,按照GUM推荐的不确定度评定准则,对整个动态测量过程,包括动态补偿以及滤波运算过程的不确定度进行了评估,得到了经过补偿后系统输出的被测量以及对应的动态不确定度曲线。     

加速度计温度补偿方法

介绍了加速度计温度补偿的几种方法,从加速度计的热设计、温度补偿结构设计、改善加速度计工作环境的措施、建立加速度计温度模型等几个方面对加速度计的温度补偿方法进行了分析和研究.