一種磁電式智能數(shù)字振動速度傳感器超低頻實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于磁電式速度傳感器制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種磁電式智能數(shù)字振動 速度傳感器超低頻實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超低頻振動是一種常見的物理現(xiàn)象，礦井井架、井塔、高層建筑物、鐵路、公路橋 梁、水壩的振動都屬此類，地震波也是這種振動方式的產(chǎn)物。這類振動具有振動頻率低（IHz 以下頻率成份極豐富)、振幅大(可高達(dá)IOmm以上)、破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)。它在正常情況下對人 們的日常生活沒有太大影響，然而一旦超過允許的極限將會對社會生產(chǎn)和生活造成極大的 危害。因此在工程技術(shù)領(lǐng)域，超低頻振動的測試與研究一直受到高度重視。但在工程測試 中，常用的磁電式振動速度傳感器，由于其下限頻率都在13Hz以上，導(dǎo)致超低頻測試精度 不能滿足工程要求。
[0003] 目前多數(shù)采用的串連校正電路的方法來降低磁電式振動傳感器的測試頻率，即 "基于模擬濾波技術(shù)對傳感器傳遞函數(shù)進(jìn)行電路模擬補(bǔ)償與校正"，在理論、實(shí)際中均得到 了驗(yàn)證，也取得了良好的效果；但在批量生產(chǎn)和產(chǎn)品化上遇到多個難題無法解決，因此其只 能作為實(shí)驗(yàn)室研究。
[0004] 磁電式振動速度傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將輸入運(yùn)動速度變換成感應(yīng)電勢輸 出的傳感器。它不需要輔助電源，就能把被測對象的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號，是一 種有源傳感器。磁電式振動速度傳感器有時也稱作電動式或感應(yīng)式傳感器，它只適合進(jìn)行 動態(tài)測量。
[0005] 磁電式振動速度傳感器由于具有輸出信號大、后續(xù)電路簡單及抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu) 點(diǎn)，在低頻傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。它是一種慣性式傳感器，為單自由度系統(tǒng)，其頻域具 有二階高通特性。受系統(tǒng)的固有頻率制約，通?？蓽y頻率要高于速度傳感器的3倍固有頻 率。目前工程測量用磁電式振動速度傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)固有頻率一般不低于4Hz，因而測量 頻率在13Hz以上，因此不能滿足超低頻測試的需要。
[0006] 磁電式慣性速度傳感器，是測量超低頻絕對振動的主要傳感器之一，其力學(xué)模 型可簡化為一個彈性系數(shù)為k的彈簧，慣性質(zhì)量塊m和阻尼C三部分組成的單自由度系 統(tǒng)。
[0007] 要直接檢測超低頻絕對振動，磁電式速度傳感器有其機(jī)械結(jié)構(gòu)上的先天不足。
[0008] 由對傳感器進(jìn)行標(biāo)定，求出其靈敏度、固有頻率、阻尼比和幅頻特性等，但是，需 要根據(jù)每個傳感器的個體進(jìn)行獨(dú)立分析后才能設(shè)計出反饋網(wǎng)絡(luò)電路及補(bǔ)償校正網(wǎng)絡(luò)電路。 這種設(shè)計后電路板需要根據(jù)不同傳感器個體的機(jī)器結(jié)構(gòu)差異進(jìn)行電路調(diào)整，該調(diào)整過程只 能由人工完成，因此很難批量生產(chǎn)，精度也與操作人員的人為因素有很大關(guān)聯(lián)，因此即使生 產(chǎn)成本也很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是在磁電式速度傳感器數(shù)字化基礎(chǔ)上，結(jié)合磁電式絕對振動速度傳 感器的力學(xué)模型分析，利用"數(shù)字濾波技術(shù)進(jìn)行數(shù)字信號補(bǔ)償校正"代替?zhèn)鹘y(tǒng)"基于模擬濾 波技術(shù)，對傳感器傳遞函數(shù)進(jìn)行電路模擬補(bǔ)償與校正"，從而展寬磁電式振動速度傳感器 的頻響，能夠解決工程爆破振動測試領(lǐng)域超低頻測試實(shí)際問題，可以大大降低超低頻磁電 式速度傳感器的制造成本，實(shí)現(xiàn)超低頻磁電式速度傳感器的批量生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前 景。
[0010] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種磁電式智能數(shù)字振動速度傳感器超 低頻實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟： S1，對采用的磁電式速度傳感器進(jìn)行標(biāo)定分析，建立數(shù)字補(bǔ)償法的數(shù)學(xué)模型，要求采用 的磁電式速度傳感器機(jī)芯應(yīng)在1Hz，其參考速度靈敏度在50mv/cm/s以上，目前國內(nèi)正規(guī)生 產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品均能滿足該要求； 52, 在出廠時對數(shù)學(xué)模型關(guān)鍵點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)際標(biāo)定并寫入數(shù)字磁電式速度傳感器中， 關(guān)鍵點(diǎn)參數(shù)為I-IOHz內(nèi)的超低頻段，要求最少每IHz標(biāo)定一次參考速度靈敏度，并且每個 頻率的線性幅值度小于±5%，目前工程爆破標(biāo)定中心設(shè)備完全可以實(shí)現(xiàn)出廠時關(guān)鍵參數(shù)的 標(biāo)定； 53, 在實(shí)際測量過程中利用FFT (快速傅里葉變換）求得實(shí)測波形的FFT主頻，然后將 頻率和實(shí)測電壓值帶入數(shù)字補(bǔ)償法的數(shù)學(xué)模型求得其實(shí)際振動速度，現(xiàn)場實(shí)際測試結(jié)果表 明：采用磁電式智能數(shù)字振動速度傳感器超低頻實(shí)現(xiàn)方法的設(shè)備與價格昂貴的傳統(tǒng)低頻磁 電式振動速度傳感器采集的數(shù)據(jù)基本一致，誤差小于±5%。
[0011] 進(jìn)一步地，所述步驟S3具體為： S31，根據(jù)對傳感器進(jìn)行的標(biāo)定，求出其靈敏度、固有頻率、阻尼比和幅頻特性，然后利 用快速付里葉變換的方法直接實(shí)現(xiàn)公式：
的補(bǔ)償效果； S32,在原有標(biāo)定40Hz標(biāo)準(zhǔn)靈敏度的基礎(chǔ)上分別在2、3、4、5、6、7、8、9Hz增加標(biāo)定低頻 靈敏度，準(zhǔn)確測量出傳感器靈敏度、幅頻特性；然后對實(shí)際采集的H(S)數(shù)字信號，進(jìn)行FFT 變換計算出FFT主頻；再根據(jù)實(shí)測的FFT主頻利用預(yù)置的數(shù)字補(bǔ)償算法R(S)，求出當(dāng)前頻 率下的放大因子，對D(S)信號進(jìn)行放大因子調(diào)整的補(bǔ)償校正計算， 得到最終準(zhǔn)確的合適H1(S)13
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)： 本發(fā)明的磁電式智能數(shù)字振動速度傳感器超低頻實(shí)現(xiàn)方法是展寬磁電式振動速度傳 感器頻響的新方法，能夠解決工程爆破振動測試領(lǐng)域超低頻測試實(shí)際問題，可以大大降低 超低頻磁電式速度傳感器的制造成本，實(shí)現(xiàn)超低頻磁電式速度傳感器的批量生產(chǎn)。利用傳 統(tǒng)電路模擬補(bǔ)償方法或選用高精度材料制造的磁電式振動速度傳感器其成本較高，通過磁 電式智能數(shù)字振動速度傳感器超低頻實(shí)現(xiàn)方法運(yùn)用將大幅降低超低頻磁電式速度傳感器 的生產(chǎn)成本，有益于產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化推廣。
[0013] 除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。 下面將參照圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【附圖說明】
[0014] 構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí) 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0015] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種磁電式智能數(shù)字振動速度傳感器超低頻實(shí)現(xiàn)方法流 程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0017] 參考圖1，如圖1所示，一種磁電式智能數(shù)字振動速度傳感器超低頻實(shí)現(xiàn)方法，包 括以下步驟： S1，對采用的磁電式速度傳感器進(jìn)行標(biāo)定分析，建立數(shù)字補(bǔ)償法的數(shù)學(xué)模型，要求采用 的磁電式速度傳感器機(jī)芯應(yīng)在1Hz，其參考速度靈敏度在50mV/cm/S以上，目前國內(nèi)正規(guī)生 產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品均能