传感器的动态标定

1.动态标定的目的

动态标定的目的是确定传感器动态性能指标，即通过线性工作范围 （用同一频率不同幅值的正弦信号输入传感器测量其输出）、频率响应函数、幅频特性和相频特性曲线、阶跃响应曲线来确定传感器的频率响应范围、幅值误差和相位误差、时间常数、固有频率等。

2.动态标定的方法

传感器种类繁多，动态标定方法各异。下面介绍几种常用的动态标定方法。

（1）冲击响应法

这种方法具有设备少、操作简单、力值调整及波形控制方便的特点，因此被广泛采用。

例如对力传感器的动态标定，如图12－1所示。落锤式冲击台根据重物自由下落，冲击砧子所产生的冲击力为标准动态力而制成。提升机构将质量为m的重锤提升到一定高度后释放，重锤落下，撞击安装在砧子上的被校传感器，其冲击加速度由固定在重锤上的标准加速度计测出。因此，被标定传感器所受的冲击力为ma。改变重锤下落高度，可得到不同冲击加速度，即不同冲击力。通过一个测试系统测量传感器的输出信号，与输入传感器的标准信号进行比较，可得传感器的各项性能指标。图12－1（b）中，0～t1为冲击力作用时间虚线为冲击波形，附在其上的高频分量和t1～t的自由振荡信号即为测力仪（或传感器）的固有频率信号。

图12－1 力传感器的动态标定

（a）冲击法测量原理图；（b）冲击波形图

为提高校准精度，一般采用测速精度很高的多普勒能测速系统测定落锤的速度，并经微分电路换成加速度信号输出，由此测定力传感器的输入信号。

（2）频率响应法

频率响应法较直观、精度较高，但需要性能优良的参考传感器，非电量正弦发生器的工作频率有限，实验时间长。例如：测力仪的标定。

（3）激振法

通过激振器或振动台对测力仪的刀尖部位施加不同频率 （不同幅值）的激振力，求得输出与输入的对应关系。

例如动态切削测力仪，如图12－2所示。在测力刀杆 （或工作合）下方紧压一压电传感器。力作用在刀尖上时，传感器也接收到一定大小的力并将力信号转化成电荷信号输出，经电荷放大器将电荷信号转化成电压信号并放大，通过仪器显示记录。

图12－2 动态切削测力仪

（4）阶跃响应法

当传感器受到阶跃压力信号作用时，测得其响应，用基于机理分析的估计方法或实验建模方法求出传感器的频率特性、特征参数和性能指标。