【摘 要】
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低频振动传感器广泛运用于航空航天、地震、土木建筑等各类工程领域,而传感器在使用之前或者使用一段时间以后通常需要定期进行灵敏度校准。目前,振动传感器校准通常采用电动振动台进行校准,普遍存在行程短、校准频率范围窄、且低频段失真度高等缺陷。为解决上述问题,国内外通常采用对磁路、导轨以及弹性支撑元件进行优化设计来改善控制性能。本文采用直线电机作为作动器,精密光栅位移传感器作为反馈输入,开发了基于直线电机的
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低频振动传感器广泛运用于航空航天、地震、土木建筑等各类工程领域,而传感器在使用之前或者使用一段时间以后通常需要定期进行灵敏度校准。目前,振动传感器校准通常采用电动振动台进行校准,普遍存在行程短、校准频率范围窄、且低频段失真度高等缺陷。为解决上述问题,国内外通常采用对磁路、导轨以及弹性支撑元件进行优化设计来改善控制性能。本文采用直线电机作为作动器,精密光栅位移传感器作为反馈输入,开发了基于直线电机的一种新的工作原理的低频校准设备,优化了低频振动控制算法,并提出了自适应谐波抑制策略应用于波形失真度的控制。本文首先对低频标准振动校准系统进行了系统的研究与分析,对电机驱动、反馈控制、数据采集、幅相测量、谐波抑制等模块进行了理论分析与数学建模,通过仿真分析和计算,确定出可行性方案与相应的设计参数。其次,针对低频振动校准存在正弦信号幅值识别精度较差和测量时间较长的缺陷,本文提出利用多采样率的方式进行跟踪滤波,通过在校准时自适应选择采样率实现对信号幅值和相位的精确测量,提高了系统校准速度和控制精度。针对低频标准振动校准系统中存在的失真度高的问题,本文对直线电机的工作原理进行了研究,对直线电机在工作中导致波形失真的影响因素进行了理论分析,并且提出和实现了自适应谐波抑制策略来降低加速度输出波形的谐波分量。该策略先通过幅值测量技术对系统的传递函数进行辨识,继而采用Least Mean Square算法对系统内主动注入各阶权值向量可调的谐波分量,最终使整个系统的失真度达到设计要求。本文在对低频校准系统进行理论和仿真分析的同时,对振动控制校准系统进行了软硬件设计;并在该平台上对幅相控制技术和自适应谐波抑制策略进行了验证。最后,进行了多组传感器校准的对比试验。试验结果证明,本文研究的低频振动校准系统具有校准频率范围广（0.01Hz～200Hz）,波形失真度低,行程长等优势,符合振动与冲击传感器校准方法（GB/T20485.21-2007）和低频振动传感器校准规范（NB/T42120-2017）的要求。
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