本发明涉及一种速度或加速度传感器动态特性 的校验装置、 系统及方 法。 背景技术

速度或加速度传感器在现有技术中已经被广泛 应用， 其中加速度传感 器通常可以测量两种加速度值， 第一种是静态加速度， 第二种是动态加速 度。 这样的加速度传感器通过在各种设备中应用， 从而实现了诸如计步器、 空中识别等功能。 在使用过程中， 速度或加速度传感器难免受到外界环境、 使用时间等因素的影响而导致灵敏度度降低， 因而需要对速度或加速度传 感器进行校准。 然而， 在现有技术中， 虽然开发出了一些校验设备， 但是 这类设备结构复杂， 本身的标准性也较差， 严重影响了校准精度。 因此， 目前需要一种结构简单、 能够准确可靠地校验速度或加速度传感器的装 置。 发明内容

本发明的目的是提供一种速度或加速度传感器 动态特性的校验装置、 系统及方法， 该方法可以确保速度或加速度传感器校验的实 用性和可靠性。

为了实现上述目的， 本发明提供一种速度或加速度传感器动态特性 的 校验方法， 该方法包括： 同时对同步运动的位移传感器和速度或加速度 传 感器进行信号采集， 获得位移信号、 和第一速度信号或第一加速度信号； 对位移信号、 和第一速度信号或第一加速度信号进行滤波处 理； 对滤波处 理后的位移信号进行转换以得到比对信号， 并基于比对信号和滤波处理后 的第一速度信号或第一加速度信号进行分析比 较， 以得到速度或加速度传 感器的动态特性分析结果。

为了实现上述目的， 本发明还提供一种速度或加速度传感器动态特 性 的校验装置， 该装置包括： 信号采集模块， 用于同时对同步运动的位移传 感器和速度或加速度传感器进行信号采集， 获得位移信号、 和第一速度信 号或第一加速度信号； 信号调理模块， 用于对位移信号、 和第一速度信号 或第一加速度信号进行滤波处理； 以及校准分析模块， 用于对滤波处理后 的位移信号进行转换以得到比对信号， 并基于比对信号和滤波处理后的第 一速度信号或第一加速度信号进行分析比较， 以得到速度或加速度传感器 的动态特性分析结果。

为了实现上述目的， 本发明还提供一种速度或加速度传感器动态特 性 的校验系统， 该系统包括： 位移传感器； 速度或加速度传感器； 运动装置， 位移传感器和速度或加速度传感器相邻布置在 运动装置上， 运动装置用于 使位移传感器和速度或加速度传感器同步运动 ； 以及上述的速度或加速度 传感器动态特性的校验装置。

通过上述技术方案采集位移传感器和速度或加 速度传感器的信号， 利 用位移与速度或加速度之间的换算关系， 对位移信号和速度或加速度信号 进行比较分析， 从而验证速度或加速度传感器的动态特性， 保证了校验的 实用性和可靠性。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施 方式部分予以详细说 明。 附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解， 并且构成说明书的一部分， 与下面的具体实施方式一起用于解释本发明， 但并不构成对本发明的限制。 在附图中：

图 1 是根据本发明实施例的速度或加速度传感器动 态特性的校验方法 的流程图；

图 2是根据本发明实施例的速度或加速度传感器� �态特性的校验装置 的方框图；

图 3 为根据本发明实施例的加速度传感器动态特性 的校验装置与位移 传感器和加速度传感器连接的示意图；

图 4为图 3中所示的传感器安装盒的示意图；

图 5为加速度传感器在一低频段内幅频特性的曲� �图；

图 6为加速度传感器在一低频段内相频特性的曲� �图。 具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详 细说明。应当理解的是， 此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释 本发明， 并不用于限制本发 明。

图 1 是根据本发明实施例的速度或加速度传感器动 态特性的校验方法 的流程图。

如图 1所示， 该加速度传感器动态特性的校验方法包括：

S102 , 同时对同步运动的位移传感器和速度或加速度 传感器进行信号 采集， 获得位移信号、 和第一速度信号或第一加速度信号；

S104, 对位移信号、 和第一速度信号或第一加速度信号进行滤波处 理; 以及

S106 , 对滤波处理后的位移信号进行转换以得到比对 信号， 并基于比 对信号和滤波处理后的第一速度信号或第一加 速度信号进行分析比较， 以 得到速度或加速度传感器的动态特性分析结果 。

其中， 在步骤 S 106中：

当采集到的是位移信号和第一速度信号时， 对滤波处理后的位移信号 进行转换以得到比对信号包括： 对位移信号进行一次求导， 所得到的比对 信号为第二速度信号； 基于比对信号和滤波处理后的第一速度信号进 行分 析比较包括： 对滤波处理后的第一速度信号进行频域分析， 得到第一速度 信号的频域特性曲线； 对第二速度信号进行频域分析， 得到第二速度信号 的频域特性曲线； 将第一速度信号的频域特性曲线与第二速度信 号的频域 特性曲线进行曲线对比， 并执行曲线相关性评价。

当采集到的是位移信号和第一加速度信号时， 对滤波处理后的位移信 号进行转换以得到比对信号包括： 对位移信号进行二次求导， 所得到的比 对信号为第二加速度信号； 基于比对信号和滤波处理后的第一加速度信号 进行分析比较包括： 对滤波处理后的第一加速度信号进行频域分析 ， 得到 第一加速度信号的频域特性曲线； 对第二加速度信号进行频域分析， 得到 第二加速度信号的频域特性曲线； 将第一加速度信号的频域特性曲线与第 二加速度信号的频域特性曲线进行曲线对比， 并执行曲线相关性评价。

在本实施例中， 频域特性曲线包括幅频特性曲线和相频特性曲 线。 在步骤 S106中， 执行曲线相关性评价包括： 将第二加速度信号和第一 加速度信号进行比较， 得到曲线相关性评价因子， 如果曲线相关性评价因 子大于 0.9， 则表示第二加速度信号的频域特性曲线与第一 加速度的频域特 性曲线一致。

在本实施例中， 位移传感器和加速度传感器二者同步进行单摆 运动， 并且单摆运动的频率为可调节的。

图 2是根据本发明实施例的速度或加速度传感器� �态特性的校验装置 的方框图。

如图 2所示， 该速度或加速度传感器动态特性的校验装置包 括： 信号采集模块 10， 用于同时对同步运动的位移传感器和速度或加 速度 传感器进行信号采集， 获得位移信号、 和第一速度信号或第一加速度信号; 信号调理模块 20， 用于对位移信号、 和第一速度信号或第一加速度信 号进行滤波处理； 以及 校准分析模块 30， 用于对滤波处理后的位移信号进行转换以得到 比对 信号， 并基于比对信号和滤波处理后的第一速度信号 或第一加速度信号进 行分析比较， 以得到速度或加速度传感器的动态特性分析结 果。

在本实施例中， 在采集到的是位移信号和第一速度信号时， 校准分析 模块 30包括： 第一转换单元， 用于对位移信号进行一次求导， 所得到的比 对信号为第二速度信号； 第一分析比较单元， 用于对滤波处理后的第一速 度信号进行频域分析， 得到第一速度信号的频域特性曲线， 对第二速度信 号进行频域分析， 得到第二速度信号的频域特性曲线， 将第一速度信号的 频域特性曲线与第二速度信号的频域特性曲线 进行曲线对比， 并执行曲线 相关性评价。

在采集到的是位移信号和第一加速度信号时， 校准分析模块包括： 第 二转换单元， 用于在采集到的是位移信号和第一加速度信号 时， 对位移信 号进行二次求导， 所得到的比对信号为第二加速度信号； 第二分析比较单 元， 用于对滤波处理后的第一加速度信号进行频域 分析， 得到第一加速度 信号的频域特性曲线， 对第二加速度信号进行频域分析， 得到第二加速度 信号的频域特性曲线， 将第一加速度信号的频域特性曲线与第二加速 度信 号的频域特性曲线进行曲线对比， 并执行曲线相关性评价。

本发明还提供了一种速度或加速度传感器动态 特性的校验系统， 该系 统包括： 位移传感器； 速度或加速度传感器； 运动装置， 位移传感器和速 度或加速度传感器相邻布置在运动装置上， 运动装置用于使位移传感器和 速度或加速度传感器同步运动； 以及上述实施例中的速度或加速度传感器 动态特性的校验装置。

在本实施例中， 运动装置为单摆装置。 该单摆装置包括摆绳以及连接 在摆绳一端的安装板或安装盒， 位移传感器和速度或加速度传感器相邻布 置在安装板上或安装盒的一个面上。 优选地， 位移传感器和速度或加速度 传感器布置在安装板或安装盒的同一水平面上 。 其中， 速度或加速度传感 器动态特性校验装置中的信号采集单元的输入 端通过数据线与位移传感器 和加速度传感器的信号输出端相连。

图 3 为根据本发明实施例的加速度传感器动态特性 的校验装置与位移 传感器和加速度传感器连接的示意图。

如图 3所示， 该加速度传感器动态特性的校验装置与单摆形 式的位移 传感器和加速度传感器连接。 也就是， 该校验装置中的信号采集模块 10对 单摆运动过程中的位移传感器和加速度传感器 同时进行信号采集， 得到单 摆运动过程中的位移信号 ^和加速度信号"。 信号调理模块 20对采集的信 号进行滤波处理， 校准分析单元 30对滤波处理后的信号进行计算分析。 在本实施例中， 单摆的摆绳长度可调， 根据 w = ^， 当 变大， 对应 的固有频率《变小， 调节一次 长度， 测得一次数据进行对比分析， 从而可 以在一段低频范围内通过多组数据验证其动态 特性， 使得校验更精准。 但 是， 本领域技术人员可以理解， 本发明的位移传感器和加速度传感器进行 单摆运动仅仅是示例性的， 并非用于限定本发明。

在图 3中， 摆绳 1与安装板 2连接， 传感器安装盒 3固定在安装板 2 上。其中， 传感器安装盒 3中装有加速度传感器 4和位移传感器 5， 且加速 度传感器 4和位移传感器 5布置在同一水平面上， 通过数据线与校验装置 的信号采集模块 10的输入端连接以进行信号传递 （如图 4所示）。

在本实施例中， 位移信号用 X表示， 用表达式表示为： = A _S in(^ + ， 对其求一次导数得到该处的速度表达式： = A^in(^ + ， 对 X求二次导数 得到该处的加速度信号表达式： = -Α^ ₈ ( + ^。 由加速度传感器采集到 的加速度信号用 "表示， 其与 ' ^相等关系， 由此可以得到 " _{= JC =} - _Aiy ² _s i _{n(iy +} ^。其中， 加速度"、频率 、位移信号幅值 Α、 时间 等 参数可以通过执行步骤 S106得到， 从而可以对加速度传感器的相位 和幅 值 A进行校验。 单摆的固有频率可以通过公式《 = ^求得， 通过调节摆绳 1的长度， 可以测得一段固有频率内的加速度信号和位移 信号， 通过校准分析单元 30 对采集的信号进行频域分析， 得到幅频和相频曲线， 取同一频段内幅频曲 线和相频曲线进行曲线相关性评价。

由于位移传感器的特性验证简单且准确性高， 本发明以位移传感器的 位移信号为基准， 理论上， 得到的位移信号的相位与加速度信号的相位应 该相差 180度， 加速度传感器的加速度信号幅值与位移传感器 的位移信号 幅值相差 - w ² 倍。

图 3所示的校准分析单元 30主要对采集的信号进行分析处理， 对位移 信号进行换算， 并对换算后的位移信号和加速度信号分别进行 频域分析， 得到如图 5所示的幅频特性曲线图和如图 6所示的相频特性曲线图， 从而 验证加速度传感器动态特性。 在图 5中， 实线为加速度信号 （换算） 幅频 特性曲线 19， 虚线为加速度信号 （实测） "幅频特性曲线 20， 其中， ω和 corcos表示频率， 单位为 rad/s; A (ω) 表示幅值， 单位可以为 （m/s ² )。 在 图 6中， 实线为加速度信号 （换算） 相频特性曲线 22， 虚线为加速度信 号（实测）"相频特性曲线 21，其中， ω和 _ωι -ω ₆ 表示频率，单位可以为 rad/s; φ (ω)表示相位， 单位可以为 （。 )。 经由图 5和图 6的幅相曲线图进行曲线 相关性评价得其曲线相关评价因子， 校验动态特性。

具体地， 对采集到的位移传感器的位移信号进行换算得 到加速度信号 对得到的加速度信号（位移换算） 进行频域分析，得到加速度信号（位 移换算） 频域特性曲线 19和 21。 对采集到的加速度信号 "进行频域分析， 得到加速度信号（实测）频域特性曲线 20和 22。将换算后得到的加速度信 号 （位移换算） 频域特性曲线 19和 21分别与信号采集模块从加速度传感 器采集到的加速度信号 （实测） 频域特性曲线 20和 22进行曲线对比， 并 进行曲线相关性评价， 根据评价结果来校验加速度传感器的动态特性 。 其 中曲线相关性评价是对由位移信号换算得到的 加速度信号' ^与对加速度传 感器进行信号采集得到的加速度信号"比较，� �到曲线相关性评价因子，若 曲线相关性评价因子大于等于 0.9， 则表明两曲线有较好的一致性， 从而可 以实现通过位移传感器验证加速度传感器动态 特性。 其中， 对信号的相位 和幅值验证过程可以通过程序来实现， 曲线相关性评价因子的获取可以通 过采用现有技术中的曲线相关性评价方法实现 。

在本实施例中， 实现了加速度传感器的动态特性的校验。 而对于速度 传感器的动态特性的校验而言， 与加速度传感器的动态特性的校验不同的 是:对位移信号 ^求一次导数，从而得到该处的速度表达式 = Awsin^ + ^， 其相位理论上相差为 90度， 幅值相差《倍。 其中， 《表示频率， 单位可以 为 rad/s; A表示幅值， 单位可以为 （ _m /s); φ表示相位， 单位可以为 （。 ) 。

从上述实施例可以看出， 本发明通过采集位移传感器和速度或加速度 传感器的信号， 利用位移与速度或加速度之间的换算关系， 通过校准分析 模块对位移信号和速度或加速度信号进行时域 分析和频域分析， 得到其特 征参数， 并对其进行比较分析， 从而验证速度或加速度传感器的动态特性， 保证了校验的实用性和可靠性。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方 式， 但是， 本发明并不 限于上述实施方式中的具体细节， 在本发明的技术构思范围内， 可以对本 发明的技术方案进行多种简单变型， 这些简单变型均属于本发明的保护范 围。

另外需要说明的是， 在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术 特 征， 在不矛盾的情况下， 可以通过任何合适的方式进行组合， 为了避免不 必要的重复， 本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。 此外， 本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行 任意组合， 只要 其不违背本发明的思想， 其同样应当视为本发明所公开的内容。