伪随机M序列激励的压电传感器校准方法

本发明涉及压电传感器检测，特别涉及一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法。

背景技术：

1、压电陶瓷是一种机-电能量转换介质，广泛用于现代测量技术领域，压电式传感器是其重要的应用之一，在工业、国防军事等领域发挥重要作用。压电式传感器通常用于测量压力、振动加速度、超声波等物理信号，它将接收到的物理信号转化为电信号。测量过程中，灵敏度是极其重要的性能参数，直接决定了测量可靠性和准确性，快速地校准灵敏度参数可以提高传感器现场应用效率，实现工程价值。

2、一般来说，压电式传感器灵敏度校准需要在实验室进行，例如超声传感器需要在一块钢块上与参考传感器同步接收激励超声信号进行校准，振动传感器需要在一块振动台上与参考传感器同步接收振动信号以校准。校准耗时长，过程繁琐，效率低下，无法在现场开展。可见传统的传感器校准方法限制较多，难以应用于测量现场。随着科技发展，越来越多的传感器被应用于电力、能源、军事科技行业，因此亟需一种快速、可靠、便于实现的传感器校准方法应用于测量现场。对于压电传感器校准来说，白噪声是理想的激励信号，因为其功率谱密度在整个频带上均匀分布，但是实际情况中白噪声难以产生，并且通常需要高端昂贵而笨重的设备，所以白噪声不是合适的激励信号。

3、背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法，快速校准压电传感器的灵敏度响应和阻抗响应，耗时最多仅数秒，实施方便，成本较低，稳定可靠，适合在工程现场快速开展压电传感器校准工作。

2、本发明是通过以下技术方案予以实现：

3、一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法包括：

4、以伪随机m序列作为激励源施加到机-电转化模块将电信号转化为机械信号，待校压电传感器检测所述机械信号并输出第一输出电信号，标准压电传感器检测所述机械信号并输出第二输出电信号；

5、根据标准压电传感器的灵敏度响应曲线信息、待校压电传感器的第一输出电信号以及标准压电传感器的第二输出电信号计算得到待校传感器的灵敏度响应曲线信息。

6、所述的一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法中，待校压电传感器、标准压电传感器和机-电转化模块通过固定架固定，信号发生-采集器连接待校压电传感器、标准压电传感器和机-电转化模块以输出伪随机m序列到机-电转化模块且接收第一输出电信号和第二输出电信号。

7、所述的一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法中，待校传感器的灵敏度响应曲线信息为：其中，s1(f)为待校传感器的灵敏度响应曲线信息，s2(f)为已知的标准传感器的灵敏度响应曲线信息，u1(f)为第一输出电信号的fft快速傅里叶变换，u2(f)为第二输出电信号的fft快速傅里叶变换。

8、所述的一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法中，还包括，

9、以伪随机m序列作为激励源施加到匹配电阻串联待校压电传感器并接地的电路中，同时采集伪随机m序列输入信号和待校压电传感器的输出信号；

10、根据伪随机m序列输入信号和所述输出信号计算获得待校压电传感器的阻抗响应。

11、所述的一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法中，待校压电传感器的阻抗响应为：其中，uout(f)为输出信号的fft快速傅里叶变换，uin(f)为伪随机m序列输入信号的fft快速傅里叶变换。

12、所述的一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法中，信号发生-采集器连接匹配电阻和待校压电传感器以输出伪随机m序列到匹配电阻且接收输出电信号。

13、所述的一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法中，所述机-电转化模块为压电陶瓷或压电传感器。

14、所述的一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法中，机械信号包括力信号、加速度信号或超声波信号。

15、所述的一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法中，所述伪随机m序列的时钟频率为100khz到3mhz，级数为6阶到12阶。

16、所述的一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法中，伪随机m序列的时钟频率为待校准的频率范围fm的倍数关系。

17、和现有技术相比，本发明具有以下优点：

18、本发明的伪随机二进制m序列作为一种周期性序列，具有类似于离散二进制白噪声的统计特性，使得快速校准传感器频率响应成为可能。m序列的优势显著，它可由线性反馈移位寄存器设计，并且通过低成本的数字模拟转换器(dac)生成，具有良好的重复性；可以通过调整m序列的时钟频率轻松设置测量带宽；最重要的是，整个测量过程非常短暂(毫秒级)，且功耗少，本发明可以快速校准压电传感器的灵敏度响应和阻抗响应，耗时最多仅数秒，实施方便，成本较低，稳定可靠，适合在工程现场快速开展校准工作。

技术特征：

1.一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法，其特征在于，优选的，待校压电传感器、标准压电传感器和机-电转化模块通过固定架固定。

3.根据权利要求1所述的一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法，其特征在于，信号发生-采集器连接待校压电传感器、标准压电传感器和机-电转化模块以输出伪随机m序列到机-电转化模块且接收第一输出电信号和第二输出电信号。

4.根据权利要求1所述的一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法，其特征在于，还包括，

5.根据权利要求4所述的一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法，其特征在于，信号发生-采集器连接匹配电阻和待校压电传感器以输出伪随机m序列到匹配电阻且接收输出电信号。

6.根据权利要求1所述的一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法，其特征在于，所述机-电转化模块为压电陶瓷或压电传感器。

7.根据权利要求1所述的一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法，其特征在于，机械信号包括力信号或加速度信号或超声波信号。

8.根据权利要求1所述的一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法，其特征在于，所述伪随机m序列的时钟频率为100khz到3mhz。

9.根据权利要求1所述的一种伪随机m序列激励的压电传感器校准方法，其特征在于，所述伪随机m序列的级数为6阶到12阶。

技术总结伪随机M序列激励的压电传感器校准方法，包括灵敏度响应和阻抗响应校准。灵敏度响应校准实验中，以伪随机M序列作为激励源施加到机‑电转化模块将电信号转化为机械信号，待校压电传感器检测机械信号并输出第一输出电信号，标准压电传感器检测机械信号并输出第二输出电信号，根据标准压电传感器的灵敏度响应曲线信息、待校压电传感器的第一输出电信号以及标准压电传感器的第二输出电信号计算得到待校传感器的灵敏度响应曲线信息；阻抗响应校准实验中，以伪随机M序列作为激励源施加到匹配电阻串联待校压电传感器并接地的电路中，同时采集伪随机M序列输入信号和待校压电传感器的输出信号，计算获得传感器的阻抗响应。本方法响应快，稳定可靠。技术研发人员：李军浩,张昭宇,韩旭涛,张轩瑞受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/8/5