一种基于声压加载的薄膜传感器阵列标定装置及标定方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于声压加载的薄膜传感器阵列标定装置及标定方法，标定装置包括声源模块、固定模块、控制模块以及数据采集模块，标定方法中包括声压矫正实验和标定实验两个部分。本发明专利技术提供的一种基于声压加载的薄膜传感器阵列标定装置及标定方法，与现有技术相比，运用声压来对薄膜传感器阵列实施标定，保证了薄膜传感器阵列上测点受到的负载的均匀性，而且声源模块可以保证对薄膜传感器阵列在任意声压、任意频率情况下进行标定；同时，本发明专利技术适用于单测点和多测点的标定，低频压力脉动和高频压力脉动的标定，任意形状薄膜传感器阵列的标定，操作简单，标定方便，通用性强，且标定环境更加符合真实工作环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器标定装置的设计
，尤其涉及一种基于声压加载的薄膜传感器阵列标定装置及标定方法。
技术介绍
随着传感器技术的飞速发展以及各种新型材料的应用，一大批新型传感器开始涌现并凭借其优异的性能开始逐步取代一些旧式传感器，其中就包括薄膜传感器。薄膜传感器具有重量轻、柔软不脆、耐冲击、不易受水和化学药品的污染、易制成任意形状的面积不等的片或管状等优势，在力学、声学、光学、电子、医疗等
应用十分广泛。传感器的标定，就是利用一种标准设备，产生已知的非电量(如标准力、位移等)作为输入量输入至待标定的传感器中，得到传感器的输出量，然后将传感器的输入量与输出量建立关系。工程测试中传感器的标定，应在与其使用条件相似的环境下进行，以获得较高的精度。压电传感器和压力传感器的标定通常采用冲击响应法。冲击响应法具有所需设备少、操作简便、调整控制方便的特点，如通常用于压电薄膜传感器标定的分离式霍普金森压杆装置就是利用子弹撞击入射杆产生的一维应力波作为标准力加载到压电薄膜传感器上的。用冲击信号作为传感器输入时，传感器系统传递函数为其输出信号的拉氏变换，由此可确定传感器的传递函数。但是工程测试中传感器的标定，应在与其使用条件相似的环境下进行，然而冲击响应法不能有效模拟传感器在一个持续脉动压力情况下的实际使用情况，标定结果并不能真实反映传感器的动态特性，与实际使用情况存在一定的差距。由于薄膜传感器是柔性的，因此在相同负荷下，即使是压力分布的改变也会改变此类传感器的输出。故而，对于薄膜传感器进行灵敏度标定的标定装置，应确保在其有效区域的负载均匀分布，以保证获取准确和重复性好的测力数据。目前成品薄膜传感器的标定尚无行之有效的方法，分离式霍普金森压杆装置测试的是压电薄膜传感器在脉冲响应下的灵敏度值，更多时候厂家是直接根据压电材料的d33参数给出理论灵敏度值，而实际测试发现，压电材料的理论灵敏度值与传感器实际灵敏度值有一定的差距。经过对现有技术的检索发现，专利号为CN102175390A的中国专利，公开了一种压电传感器的标定装置和标定方法，该系统包括气缸、传感器、电荷放大器、示波器、控制阀、压力表、气压机和信号发生器，气缸为密闭容器，其内充有一定量的水，且水中放置有压电传感器，并使水位高于该压电传感器的顶面高度，所述气缸上还设有两个孔洞；所述待标定压电传感器的导电线经由气缸上一个孔洞连接电荷放大器，而电荷放大器的输出端连接示波器；所述气缸上的另一个孔洞通过导气管连接控制阀，控制阀的另一端分别连接压力表和信号发生器，所述压力表的另一端连接气压机。该技术与本专利技术相比，其无法解决的技术问题进一步包括：1、其用压力表的显示压力作为标准压力，无法说明这个压力就是压电传感器受到的水压力；3、其测试的频率范围有限，无法实现高频压力脉动下的标定；4、其测试方案的不便，传感器需要固定在水下，对传感器的防水特性有要求，信号引出经过气缸，对气缸密闭性要求高。专利号为CN202057451U的中国专利，公开了一种薄膜测力传感器高速动态标定装置，它包括一上支撑板、一底座、一水平调整平台、一用于放置薄膜测力传感器的力传感器、一导向衬套和一冲击圆柱，它采用冲击的方式，即通过冲击圆柱碰撞薄膜测力传感器表面的有效感应区域来进行标定。该技术与本专利技术相比，其无法解决的技术问题进一步包括：1、其标定的是冲击响应下的灵敏度，而不是脉动压力下的灵敏度值；2、其标定是单个薄膜传感器的灵敏度，而不是由多个测点组成的薄膜传感器阵列。
技术实现思路
本专利技术针对前述
技术介绍
中的缺陷和不足，提供一种适用于薄膜传感器阵列标定的、结构简单的、标定方便的标定装置。具体方案如下：本专利技术提供了一种基于声压加载的薄膜传感器阵列标定装置及标定方法，包括有：固定模块，用于安装待标定的薄膜传感器阵列、第一传声器、第二传声器；声源模块，用于产生声压作用到待标定薄膜传感器阵列、第一传声器、第二传声器上，其中第一传声器和第二传声器用于采集声压信号作为标准传感器；控制模块，用于控制薄膜传感器阵列或第二传声器相对于固定模块进行X向和Z向移动，从而实现薄膜传感器阵列上各个测点的移动；数据采集模块，用于采集并存储薄膜传感器阵列、第一传声器、第二传声器输出的信号。较佳的，所述固定模块包括有X向滑台、Z向滑台、传感器粘贴面板、传声器固定装置、传声器固定面板；所述X向滑台水平固定在一底板上，所述Z向滑台一端竖直安装到所述X向滑台的滑块上；所述薄膜传感器阵列固定在所述传感器粘贴面板上，所述第二传声器固定在所述传声器固定面板上；所述传感器粘贴面板或所述传声器固定面板可替换的安装在所述Z向滑台的滑块上；所述第一传声器固定在所述声器固定装置上，所述传声器固定装置固定在所述底板上，且位于所述X向滑台的一端处。较佳的，所述声源模块包括有信号发生器、功率放大器、扬声器阵列，所述功率放大器与所述信号发生器相连，将所述信号发生器产生的信号进行放大；所述扬声器阵列与所述功率放大器相连，通过所述功率放大器放大的信号驱动发出声音，从而产生声压作用到薄膜传感器阵列、第一传声器、第二传声器上。较佳的，所述扬声器阵列包括有多个扬声器，多个扬声器通过扬声器固定架安装在所述底板上，所述多个扬声器呈弧形分布且朝向所述固定装置。较佳的，所述控制模块包括有单片机、人机交互模块、步进电机驱动器和步进电机，所述步进电机连接所述X向滑台和Z向滑台用于驱动其上滑台的移动，所述人机交互模块与所述单片机相连并传输控制信号，所述单片机与所述步进电机驱动器相连并传输电机控制信号，所述步进电机驱动器与步进电机相连并传输电机控制信号从而控制所述步进电机运转。较佳的，所述控制模块还包括有光电传感器，所述光电传感器设置在所述X向滑台和Z向滑台上，所述光电传感器与所述单片机相连传输X向滑台和Z向滑台上滑块的位置信号。较佳的，所述数据采集模块包括有数据存储设备、数据采集设备，数据采集设备连接第一传声器、第二传声器，用于采集第一传声器、第二传声器上采集到的声压信号；数据采集设备连接薄膜传感器阵列，用于采集薄膜传感器阵列上各个测点处产生的信号；所述数据存储设备与所述数据采集设备相连用于存储信号。较佳的，所述数据采集模块还包括有电荷放大器，所述数据采集设备通过所述电荷放大器与所述薄膜传感器阵列相连。本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种适用于薄膜传感器阵列标定的、结构简单的、标定方便的采用薄膜传感器标定装置的标定方法。具体方案如下：本专利技术提供了一种基于声压加载的薄膜传感器阵列标定方法，采用如上所述的薄膜传感器阵列标定装置，薄膜传感器阵列标定方法包括有声压矫正实验和传感器标定实验两大步骤。较佳的，所述声压矫正实验包括以下步骤：S11、控制模块控制固定模块上的X向滑台和Z向滑台，使X向滑台和Z向滑台上的滑块都处于起始位；S12、将第一传声器固定到固定模块上的传声器固定装置上，并使第一传声器端面与传声器固定装置的面板处于同一平面；S13、将第二传声器固定到传声器固定面板上，并使第二传声器端面与传声器固定面板处于同一平面，再将传声器固定面板固定到固定装置中的Z向滑台的滑块上；S14、打开声源模块中的相连的信号发生器和功率放大器，选择并记录适当的频率、幅值以及放大倍数，功率放大器连接扬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声压加载的薄膜传感器阵列标定装置，其特征在于，包括有：固定模块，用于安装待标定的薄膜传感器阵列、第一传声器、第二传声器；声源模块，用于产生声压作用到待标定薄膜传感器阵列、第一传声器、第二传声器上，其中第一传声器和第二传声器用于采集声压信号作为标准传感器；控制模块，用于控制薄膜传感器阵列或第二传声器相对于固定模块进行X向和Z向移动，从而实现薄膜传感器阵列上各个测点的移动；数据采集模块，用于采集并存储薄膜传感器阵列、第一传声器、第二传声器输出的信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于声压加载的薄膜传感器阵列标定装置，其特征在于，包括有：固定模块，用于安装待标定的薄膜传感器阵列、第一传声器、第二传声器；声源模块，用于产生声压作用到待标定薄膜传感器阵列、第一传声器、第二传声器上，其中第一传声器和第二传声器用于采集声压信号作为标准传感器；控制模块，用于控制薄膜传感器阵列或第二传声器相对于固定模块进行X向和Z向移动，从而实现薄膜传感器阵列上各个测点的移动；数据采集模块，用于采集并存储薄膜传感器阵列、第一传声器、第二传声器输出的信号。2.据权利要求1所述的基于声压加载的薄膜传感器阵列标定装置，其特征在于，所述固定模块包括有X向滑台、Z向滑台、传感器粘贴面板、传声器固定装置、传声器固定面板；所述X向滑台水平固定在一底板上，所述Z向滑台一端竖直安装到所述X向滑台的滑块上；所述薄膜传感器阵列固定在所述传感器粘贴面板上，所述第二传声器固定在所述传声器固定面板上；所述传感器粘贴面板或所述传声器固定面板可替换的安装在所述Z向滑台的滑块上；所述第一传声器固定在所述声器固定装置上，所述传声器固定装置固定在所述底板上，且位于所述X向滑台的一端处。3.据权利要求2所述的基于声压加载的薄膜传感器阵列标定装置，其特征在于，所述声源模块包括有信号发生器、功率放大器、扬声器阵列，所述功率放大器与所述信号发生器相连，将所述信号发生器产生的信号进行放大；所述扬声器阵列与所述功率放大器相连，通过所述功率放大器放大的信号驱动发出声音，从而产生声压作用到薄膜传感器阵列、第一传声器、第二传声器上。4.据权利要求3所述的基于声压加载的薄膜传感器阵列标定装置，其特征在于，所述扬声器阵列包括有多个扬声器，多个扬声器通过扬声器固定架安装在所述底板上，所述多个扬声器呈弧形分布且朝向所述固定装置。5.据权利要求2所述的基于声压加载的薄膜传感器阵列标定装置，其特征在于，所述控制模块包括有单片机、人机交互模块、步进电机驱动器和步进电机，所述步进电机连接所述X向滑台和Z向滑台用于驱动其上滑块的移动，所述人机交互模块与所述单片机相连并传输控制信号，所述单片机与所述步进电机驱动器相连并传输电机控制信号，所述步进电机驱动器与步进电机相连并传输电机控制信号从而控制所述步进电机运转。6.据权利要求5所述的基于声压加载的薄膜传感器阵列标定装置，其特征在于，所述控制模块还包括有光电传感器，所述光电传感器设置在所述X向滑台和Z向滑台上，所述光电传感器与所述单片机相连传输X向滑台和Z向滑台上滑块的位置信号。7.据权利要求1所述的基于声压加载的薄膜传感器阵列标定装置，其特征在于，所述数据采集模块包括有数据存储设备、数据采集设备，数据采集设备连接第一传声器、第二传声器，用于采集第一传声器、第二传声器上采集到的声压信号；数据采集设备连接薄膜传感器阵列，用于采集薄膜传感器阵列上各个测点处产生的信号；所述数据存储设备与所述数据采集设备相连用于存储信号。8.据权利要求7所...

【专利技术属性】
技术研发人员：从继庆，荆建平，杨广振，陈昌敏，王志强，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31