压电式加速度传感器幅频特性补偿方法与实验研究

摘要

加速度传感器在机器人运动控制、故障诊断与预测、地震波探测等领域有着广泛的应用，其动态性能约束了传感器的应用范围。现有针对加速度传感器动态特性的研究技术已经商用，但校准设备复杂且昂贵，不适用于多维加速度传感器动态特性研究。开展面向多维加速度传感动态特性测试技术研究，是目前多维加速度传感器的关键技术之一。　　本文针对采用冲击激励法进行传感器动态标定时所存在的不足，开展了冲击激励实验机理研究；为了进一步改善加速度传感器的动态特性，基于一种“能同时辨识线性差分方程模型阶次和参数”的方法建立了传感器的动态数学模型并分析了其动态特性；针对通过优化传感器结构参数改善动态特性的不足，采用一种高效的后期动态补偿算法实现了加速度传感器动态特性的改善。本文的主要工作内容如下：　　①从理论分析方法入手分析了加速度传感器的动态特性。首先介绍了传感器动态特性的描述方法和动态性能指标的计算方法；然后基于ANSYS有限元分析软件，完成了加速度传感器瞬态动力学仿真并分析了其动态特性。　　②对加速度传感器动态标定方法进行了实验研究。基于测试动力学、振动与冲击的相关理论知识，建立了传感器安装系统的力学模型；然后针对目前冲击激励实验存在的主要不足进行了实验分析和研究；最后完成了传感器的动态标定并给出了其动态性能指标。　　③建立加速度传感器的动态数学模型。基于一种“能同时辨识差分方程模型阶次和参数”的建模方法，使用传感器动态标定实验数据建立了可描述加速度传感器动态特性的数学模型；然后对所建立的动态数学模型进行模型验证。　　④加速度传感器幅频特性补偿方法研究。在不改变传感器机械结构的前提下，基于一种简单高效的补偿方法，依据传感器的幅频特性计算出其动态补偿函数；然后完成了传感器动态补偿器的仿真分析以及实验验证。　　本文针对压电加速度传感器动态特性分析和改善开展了相关工作，研究结论对压电加速度传感器系统的动态标定和动态特性改善具有一定的指导意义。

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本章小结

2 压电式加速度传感器动态特性理论分析

2.1 压电式加速度传感器工作原理

2.2 加速度传感器的动态特性分析

2.3 加速度传感器瞬态动力学仿真分析

2.4 本章小结

3 压电式加速度传感器的动态标定实验研究

3.1 冲击实验系统的基本原理

3.2 冲击实验系统力学模型

3.3 冲击激励实验的测试及分析

3.4 本章小结

4 压电式加速度传感器的动态数学模型

4.1 建立动态数学模型的基本原理

4.2 基于SIM建立传感器模型的方法

4.3 传感器动态模型的建立及分析

4.4 本章小结

5 压电式加速度传感器的动态数字补偿

5.1 传感器动态补偿原理

5.2 传感器补偿器设计及仿真分析

5.3 传感器动态补偿实验

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间参加的科研项目

B. 作者在攻读学位期间发表的论文

C. 学位论文数据集:

致谢