專(zhuān)利名稱(chēng)：諧振式傳感器振型測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)諧振式傳感器振型的測(cè)試儀。
背景技術(shù)：
諧振式傳感器是一種工作在以其某一階模態(tài)或者某幾階模態(tài)組合的振動(dòng)狀態(tài)下的傳感器，通過(guò)理論計(jì)算和有限元仿真分析的方法可以近似地算出諧振式傳感器的一些模態(tài)所對(duì)應(yīng)的振型，但由于材料特性、加工工藝等因素的影響，其結(jié)果往往與傳感器的真實(shí)振型有一定的誤差。
測(cè)量諧振式傳感器的振型，就必須測(cè)出其振動(dòng)元件表面一些點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的幅值，對(duì)于振動(dòng)元件較大的傳感器，例如科里奧利質(zhì)量流量計(jì)，可以采用電容、電磁等位移傳感器。但對(duì)于振動(dòng)元件較小的傳感器，例如硅微機(jī)械諧振式傳感器，其結(jié)構(gòu)尺寸在微米級(jí)，電容、電磁等，目前的位移傳感器無(wú)法測(cè)得其振動(dòng)表面多個(gè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)，激光測(cè)振儀卻具備測(cè)量這種微小結(jié)構(gòu)尺寸振動(dòng)信號(hào)的能力。
目前，對(duì)于諧振式傳感器的振型通常采用理論分析和有限元仿真的方法來(lái)進(jìn)行分析和仿真，還沒(méi)有專(zhuān)利或其它公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)闡述關(guān)于諧振式傳感器振型測(cè)試方面的研究成果。
對(duì)諧振式傳感器振型的測(cè)試是諧振式傳感器研制中的一個(gè)重要需求，通過(guò)精確地測(cè)量諧振式傳感器的振型，對(duì)諧振式傳感器的研究有著指導(dǎo)性的幫助。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠測(cè)量諧振式傳感器振型的諧振式傳感器振型測(cè)試儀。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案諧振式傳感器振型測(cè)試儀，其特征在于包括計(jì)算機(jī)、激勵(lì)信號(hào)源、被測(cè)諧振式傳感器、激光測(cè)振儀、數(shù)據(jù)采集卡，激勵(lì)信號(hào)源的輸入端通過(guò)串行接口與計(jì)算機(jī)連接，其輸出端與被測(cè)諧振式傳感器連接，在計(jì)算機(jī)的控制下產(chǎn)生與被測(cè)諧振式傳感器模態(tài)所對(duì)應(yīng)的固有頻率一致的激勵(lì)信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集該激勵(lì)信號(hào)后送至計(jì)算機(jī)；激光測(cè)振儀與被測(cè)的被測(cè)諧振式傳感器輸出端相接，測(cè)量被測(cè)諧振式傳感器振動(dòng)元件的振動(dòng)信號(hào)，該振動(dòng)信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集后送至計(jì)算機(jī)中；計(jì)算機(jī)通過(guò)計(jì)算激勵(lì)信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)的幅度和相位差，解算和繪制出被測(cè)諧振式傳感器對(duì)應(yīng)模態(tài)的振型。
本發(fā)明的原理計(jì)算機(jī)控制激勵(lì)信號(hào)源，以與被測(cè)諧振式傳感器一個(gè)模態(tài)所對(duì)應(yīng)的固有頻率一致的激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)被測(cè)諧振式傳感器，使之處于受迫振動(dòng)狀態(tài)，計(jì)算機(jī)通過(guò)其中的數(shù)據(jù)采集卡控制激光測(cè)振儀對(duì)被測(cè)諧振式傳感器的振動(dòng)元件表面進(jìn)行空間掃描，測(cè)出被測(cè)諧振式傳感器振動(dòng)元件表面各點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡將激勵(lì)信號(hào)和激光測(cè)振儀測(cè)出的振動(dòng)信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)中，通過(guò)算出振動(dòng)信號(hào)與激勵(lì)信號(hào)的幅度和相位差，解算并繪制出被測(cè)諧振式傳感器該模態(tài)對(duì)應(yīng)的振型。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)由于利用計(jì)算機(jī)將測(cè)量諧振式傳感器振型的儀器連接到了一起，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)諧振式傳感器振型的自動(dòng)化測(cè)量；通過(guò)測(cè)量諧振式傳感器激勵(lì)信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)相位差的方法，能夠精確地確定諧振式傳感器振型的節(jié)點(diǎn)。相對(duì)于采用理論分析和有限元仿真的方法，本發(fā)明能夠精確地測(cè)出的諧振式傳感器的實(shí)際振型。


圖1為諧振式傳感器振型測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明自動(dòng)測(cè)試諧振式傳感器振型的軟件流程圖；圖3為本發(fā)明計(jì)算機(jī)中的測(cè)試軟件的界面圖；圖4為本發(fā)明所述的諧振式傳感器振型測(cè)試儀所測(cè)得的一個(gè)振膜諧振式傳感器固有頻率為21566.9Hz的模態(tài)所對(duì)應(yīng)的振型。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明由計(jì)算機(jī)1、激勵(lì)信號(hào)源2、被測(cè)諧振式傳感器3、激光測(cè)振儀4、數(shù)據(jù)采集卡5，激勵(lì)信號(hào)源2通過(guò)串行接口與計(jì)算機(jī)1連接，激勵(lì)信號(hào)源2的輸入端通過(guò)串行接口與計(jì)算機(jī)1連接，其輸出端與被測(cè)諧振式傳感器連接，在計(jì)算機(jī)1的控制下產(chǎn)生與被測(cè)諧振式傳感器3模態(tài)所對(duì)應(yīng)的固有頻率一致的激勵(lì)信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡5采集該激勵(lì)信號(hào)后送至計(jì)算機(jī)；激光測(cè)振儀4與被測(cè)的被測(cè)諧振式傳感器3輸出端相接，測(cè)量被測(cè)諧振式傳感器3振動(dòng)元件的振動(dòng)信號(hào)，該振動(dòng)信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡5采集后送至計(jì)算機(jī)中；計(jì)算機(jī)1通過(guò)計(jì)算激勵(lì)信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)的幅度和相位差，解算和繪制出被測(cè)諧振式傳感器3對(duì)應(yīng)模態(tài)的振型。
通過(guò)激勵(lì)信號(hào)和被測(cè)諧振式傳感器3振動(dòng)元件上各點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的幅度，計(jì)算出被測(cè)諧振式傳感器3振動(dòng)元件上各點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)的幅度比，通過(guò)激勵(lì)信號(hào)和被測(cè)諧振式傳感器3振動(dòng)元件上各點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的相位差的變化確定出被測(cè)諧振式傳感器3振型的節(jié)點(diǎn)，從而唯一的解算出被測(cè)諧振式傳感器3對(duì)應(yīng)模態(tài)的振型，然后將其繪制顯示在顯示器上。
數(shù)據(jù)采集卡5選用NI PCI-6111E數(shù)據(jù)采集卡，激勵(lì)信號(hào)源2采用了HP 33120A信號(hào)發(fā)生器，激光測(cè)振儀4是Polytec激光多普勒測(cè)振儀。
本發(fā)明的諧振式傳感器振型測(cè)試儀的具體測(cè)試功能由計(jì)算機(jī)中1通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，計(jì)算機(jī)1中通過(guò)軟件由數(shù)據(jù)采集卡5向激光測(cè)振儀4發(fā)送坐標(biāo)信息，控制激光測(cè)振儀4對(duì)被測(cè)諧振式傳感器3振動(dòng)元件的表面進(jìn)行空間掃描。為了靈活、高效地測(cè)試，根據(jù)不同的測(cè)試目的，本發(fā)明主要提供兩種控制模式，第一種是手動(dòng)掃描控制模式。在該模式下可以通過(guò)軟件提供的控制面板，將激光束定位于一點(diǎn)，測(cè)試該點(diǎn)振動(dòng)的振動(dòng)參數(shù)。第二種是自動(dòng)掃描模式，用于自動(dòng)測(cè)試諧振式傳感器的振型，軟件流程如圖2所示，通過(guò)圖3所示的人機(jī)交互界面，輸入掃描范圍和掃描步長(zhǎng)，并確定掃描的起始位置，選擇開(kāi)始掃描，在計(jì)算機(jī)控制下，在選定的掃描范圍內(nèi)，以選定的掃描步長(zhǎng)，逐點(diǎn)進(jìn)行空間掃描，測(cè)出被測(cè)諧振式傳感器3對(duì)應(yīng)模態(tài)的振型，然后在顯示器上顯示出來(lái)。
計(jì)算機(jī)1中的測(cè)試軟件通過(guò)對(duì)采集到的激勵(lì)信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行一定的濾波處理，算出振動(dòng)信號(hào)的幅值和振動(dòng)信號(hào)與激勵(lì)信號(hào)的相位差，然后解算出被測(cè)諧振式傳感器3的相應(yīng)振型，并在計(jì)算機(jī)1的屏幕上顯示出來(lái)，如圖3所示。
圖4是本發(fā)明所述的諧振式傳感器振型測(cè)試儀所測(cè)得的一個(gè)振膜諧振式傳感器固有頻率為21566.9Hz的模態(tài)所對(duì)應(yīng)的振型。圖4中(a)為該傳感器振膜振動(dòng)的振幅，(b)為振膜振動(dòng)信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)的相位差，(c)為由(a)和(b)分析得出的該振膜諧振式傳感器固有頻率為21566.9Hz的模態(tài)所對(duì)應(yīng)的振型。
權(quán)利要求
1.諧振式傳感器振型測(cè)試儀，其特征在于包括計(jì)算機(jī)(1)、激勵(lì)信號(hào)源(2)、被測(cè)諧振式傳感器(3)、激光測(cè)振儀(4)、數(shù)據(jù)采集卡(5)，激勵(lì)信號(hào)源(2)的輸入端通過(guò)串行接口與計(jì)算機(jī)(1)連接，其輸出端與被測(cè)諧振式傳感器連接，在計(jì)算機(jī)(1)的控制下產(chǎn)生與被測(cè)諧振式傳感器(3)模態(tài)所對(duì)應(yīng)的固有頻率一致的激勵(lì)信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡(5)采集該激勵(lì)信號(hào)后送至計(jì)算機(jī)；激光測(cè)振儀(4)與被測(cè)的被測(cè)諧振式傳感器(3)輸出端相接，測(cè)量被測(cè)諧振式傳感器(3)振動(dòng)元件的振動(dòng)信號(hào)，該振動(dòng)信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡(5)采集后送至計(jì)算機(jī)中；計(jì)算機(jī)(1)通過(guò)計(jì)算激勵(lì)信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)的幅度和相位差，解算和繪制出被測(cè)諧振式傳感器(3)對(duì)應(yīng)模態(tài)的振型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)諧振式傳感器振型的測(cè)試儀，主要由計(jì)算機(jī)、激勵(lì)信號(hào)源、激光測(cè)振儀、數(shù)據(jù)采集卡組成，計(jì)算機(jī)控制激勵(lì)信號(hào)源，以與被測(cè)諧振式傳感器一個(gè)模態(tài)所對(duì)應(yīng)的固有頻率一致的激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)被測(cè)諧振式傳感器，使之處于受迫振動(dòng)狀態(tài)，計(jì)算機(jī)通過(guò)其中的數(shù)據(jù)采集卡控制激光測(cè)振儀對(duì)被測(cè)諧振式傳感器的振動(dòng)元件進(jìn)行空間掃描，測(cè)出被測(cè)諧振式傳感器振動(dòng)元件表面各點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡將激勵(lì)信號(hào)和激光測(cè)振儀測(cè)出的振動(dòng)信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算出振動(dòng)信號(hào)與激勵(lì)信號(hào)的幅度和相位差，解算并繪制出被測(cè)諧振式傳感器該模態(tài)對(duì)應(yīng)的振型。
文檔編號(hào)G01H9/00GK1834597SQ20061001168
公開(kāi)日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者樊尚春, 蔡晨光, 邢維巍 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)