加速度传感器频响的自动标定

　　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。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。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。

　　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1 Hz～15 kHz。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。