振动自动校准系统的研究及实现

　　1　引　言

　　振动传感器及测振仪器的检定/校准的目的是保证振动计量器具量值的统一性和可靠性。随着科学技术的发展,诸多领域引入了振动技术,振动计量器具的检定/校准工作日趋繁重。在某些行业部门,传统的手工校准已不能满足日益增长的工作需要,在保证精度和可靠性的前提下用自动化校准代替手工校准,可大量减少计量人员的工作量,提高了工作效率。

　　2　振动自动校准系统的构成

　　2. 1　振动校准方法

　　常用的振动校准方法可分为绝对法和比较法两大类。将振动量值以及传感器的特征参数直接溯源于基本物理量长度(激光波长)和时间频率的校准方法称为“绝对法”。此方法特点是测量不确定度小,但激光干涉仪调整困难,容易受到外界因素干扰,适合于对校准要求较高的实验室使用。由绝对法校准过的标准传感器将振动量值传递给工作用传感器或测振仪的方法称为“比较法”。比较法校准的不确定度大于绝对法,且校准范围受限于参考传感器相应的指标,但校准使用设备和技术比较简单,操作方便,比较适合于一般的测振部门使用。

　　2. 2　振动自动校准系统的原理

　　本文重点介绍绝对法振动自动校准系统。在自动控制原理上比较法自动校准系统与此类似,区别仅在于振动测量装置不同。绝对法自动校准系统如图1所示,计算机作为校准系统的核心,发出指令给函数发生器和幅度控制器,函数发生器根据计算机命令输出指定频率和幅值的正弦信号。信号经过幅度控制器的衰减或放大后输出给功率放大器,以驱动振动台起振。激光干涉仪检测并输出振动台的振动物理信息,计算机通过A/D采集激光的干涉信号,经过软件算法完成数据处理,得到振动台的实时振动状态。在振动台未达到指定振动幅值时,计算机通过控制算法得到下一步控制量,进行新一轮的调整,直到振动幅值达到所设置的目标参数值。这时计算机通过A/D采集被校传感器的输出信号和干涉仪的干涉信号,计算得到给定频率和幅值下被校传感器灵敏度校准结果。然后系统根据用户输入的校准参数重新设置函数发生器,进入下一个点的校准,如此循环直到所有的设置点校准完毕。

　　2. 2. 1　控制部分

　　自动校准系统分为两个主要的部分,一是振动台频率和振幅自动控制部分,二是系统的测量部分。当控制部分将振幅调整到设定目标值且稳定后,系统进行振动台的振动物理量和被校传感器或测振仪器输出信号的测量。对于电动式振动台,可以写出它控制系统的简单数学模型,即式(1)。正弦信号经过功率放大器放大后,输入到振动台动圈,它与振动台磁场发生作用产生一个交变力F,推动可动系统运动。设电流i呈简谐变化,即i=Isin(ωt),则力的大小为[1]：