计量检定类虚拟仿真实验  
 
高频加速度传感器检定虚拟仿真实验
作者:admin     时间:2015-8-18 19:49:05   点击:492

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项目概况

中心针对加速度传感器的主要检定项目及操作特点,结合相关检定规程要求的软硬件环境,同时考虑学生计量检定意识与能力的培养,设计了高频加速度传感器检定虚拟仿真实验系统。将加速度传感器的检定建设为虚拟仿真实验项目的必要性主要有以下几点原因:

根据《JJG223-2008压电加速度计检定规程》的要求,计量检定实验中参考标准加速度传感器在灵敏度幅值和相移测量不确定度、灵敏度频率响应、灵敏度幅值线性度、参考灵敏度幅值的年稳定度等多个性能参数上,都要求比被检传感器高出3-5倍,因此其价格远高于被检传感器,使用时操作不当引起的参考标准传感器故障将导致较大损失;采用比较法对加速度传感器进行检定时,对参考和被检传感器的安装精度要求非常高,如传感器安装的垂直度小于10μm,安装台面的平面度小于5μm,未接受过任何专业训练的学生及易对安装台面(包括振动台、参考标准传感器与被检传感器的安装台面)造成不可逆损伤,因此长期以来,真实实验的运行维护成本费很大;采用比较法对加速度传感器进行检定时,对实验场所的振动源、电磁场、噪声都有严格的具体要求,实验对大气环境与温湿度的变化也非常敏感,这是在常规实验教学时特别是学生人数较多时难以保证的;振动台工作时会发出较大的噪音,故周围人员一般应采取保护措施(耳塞等),这样的处理显然不便于教学,尤其是当振动台发生电源损坏、漏磁等情况,对人体的伤害较大而且难以察觉,同时也存在触电与强电磁辐射等风险。

本虚拟仿真实验采用比较检定法,即将待校准传感器和标准传感器背靠背由螺柱连接在一起,再将标准传感器基准面刚性安装到标准振动台台面的中心位置,程控标定仪给出指定的信号驱动振动台,然后将两个传感器测回的信号进行比较分析,得出待校准传感器的灵敏度、幅值线性度与频率响应等参数。在虚拟实验过程中强调计量检定的专业性,如标准传感器的等级要求、振动台扫频频率、幅值的设定方法等,本实验有效解决了真实实验台套数少、参考标准传感器贵重且损坏风险高、实验本身具有一定危险性、真实实验环境不符计量检定规范等问题,旨在让学生深入了解计量检定规程的内在原理,培养其计量检定意识及综合实践与创新能力。

结构与功能

本虚拟仿真实验系统能模拟加速度计检定实验的全过程。操作过程,学生可以自由选取电磁振动台、振动台功放、振动台控制器以及加速度计(被检与参考标准)等重要部件,并模拟实现振动台控制与加速度计检定软件操作。学生根据所选各部分硬件及接线,对相关硬件参数、检定项目控制参数、振动系统限制参数、存储等模块的关键要素进行设置。检定过程中,可以仔细观察参考标准与被检传感器输出的瞬时信号及演化过程。实验结束后可以根据所记录的数据生成标准加速度计检定报告,完成合格或者不合格等检定结论。

可开设的具体实验项目

1)加速度传感器灵敏度的检定

2)加速度传感器频率响应的检定

3)加速度传感器幅值线性度的检定

系统效果与特色

利用该虚拟仿真实验,中心避免了真实实验中电磁振动台及功放价格高、体积大、占地面积大、参考标准传感器较为昂贵易且操作不当易损坏,高频噪音对人体有一定伤害,特别是对其敏感的同学,实验存在危险性,实验环境难以符合计量检定要求,设备台套数严重制约教学效率,教学效果无法达到该计量特色课程的预期等问题,有效实现了对学生计量意识、计量实践及创新能力的培养。

1)本虚拟实验不但具备真实实验系统所实现的功能,而且在传感器类型上具备更优越的扩充性,能提供不同输出类型加速度传感器检定的全景模拟,涵盖了硬件接线、软件关键参数设置、生成报告等重要实验环节。

2)本虚拟实验在培养学生基本计量检定实践能力的同时,在实验中融入实验环境监测、检定周期检查、参考标准传感器选择、传感器标准安装等检定规程要求的强制性操作,不同的实验模式下,给出相应的科学提问或解答,以此强化计量检定实验内涵的认知,提升学生计量素质。

3)采取了学、训、评相结合的实验模式。本装置通过建立振动台及控制器、加速度传感器、微机等虚拟实验装置,在虚拟现实场景中再现加速度传感器检定的全过程,同时融入了计量素质培养的相关内容,提升了本科教学效率与效果。