[发明专利]使用延迟来匹配相位特性的换能器加速度补偿

说明书

技术领域

背景技术

提供以下讨论仅用于总体背景信息，并不意在用作辅助确定所请求保护的主题的范围。

本发明总体上涉及诸如力换能器或压力换能器等的换能器。更具体地，本发明涉及针对换能器的改进的加速度补偿。

加速度补偿是通常用在诸如力换能器或压力换能器等换能器中的技术。当这种换能器被加速时，该运动可能造成测量中的误差(惯性误差)。换能器包括感测元件和与该感测元件附接的附加质量。该附加质量可以是夹具质量或由于换能器的结构而导致的质量。当附接到被认为是换能器的主动侧的附加质量(不是被测单元的一部分)被加速时，该附加质量将引起对感测元件施加的力。然而，该惯性力被认为是误差，因为该力不是从被测单元向换能器施加的力的结果，而代之以是对夹具和/或换能器自身的各部分的质量进行加速所需的力的结果。

传统上利用耦合到换能器或置于换能器附近的加速计(使得该加速计感测在换能器误差存在的运动方向上的加速度)，针对惯性导致的误差来校正力或压力动态测量。因为力误差与加速度成正比，标量值乘以所测量的加速度产生了针对惯性误差的补偿信号。该标量值代表在感测元件的主动侧上夹具或换能器的各部分的质量。

尽管上述补偿技术提供了可以显著改进换能器精度的补偿信号，在一些情况下需要更高精度。

发明内容

提供本发明内容以用简化形式引入某些概念，这些概念在以下具体实施方式中进一步描述。本发明内容不意在识别所请求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用作辅助确定所请求保护的主题的范围。

提供了一种用于根据有效质量耦合的频率来校正换能器的惯性误差的方法和系统。作为本发明的一个方面，系统包括换能器和可操作地耦合到所述换能器的传感器，所述传感器提供与加速度直接或间接相关的信号。

这里和在整个本说明书和附图中，提供与加速度直接或间接相关的信号的传感器可以在最纯粹地意义上意味着加速计，或可以用备选的运动传感器(例如位移换能器、速度传感器)来替代，根据该备选的运动传感器可以通过计算和/或操作来导出加速度。

补偿器被配置为：接收基于来自换能器或传感器的输出信号的至少一个信号。所述补偿器通过应用延迟来提供相位补偿，以补偿信号。

作为本发明的另一方面，一种生成补偿信息的方法包括：向换能器和传感器应用激发运动，从其获得响应信号。所述传感器可操作地耦合到换能器，以提供与加速度直接或间接相关的信号。补偿信息是基于所述响应信号生成的。所述补偿信息被配置为：使用延迟模块提供相位补偿，其时间周期基于所述换能器的运动的相位对频率。具体地，本文所描述技术是一种力和加速度信号之间相位校正以实现有效补偿的方法。在一个实施例中，该方法不是试图跨所有频率来匹配相位特性，而是试图近似在系统动力以下频率处(例如机械谐振模式或滤波器频率)的相位特性。这些系统动力一般应当被称为模态频率(modal frequency)。在很多实例中，这足以实现用于闭环控制和数据收集目的的有效加速度补偿。

当在线性相位对线性频率尺度上看时，在第一模态频率以下的频率处，力和加速度之间的相位特性是相当线性的。已经发现通过向引导信号引入延迟，可以容易地消除两个信号之间的线性相位对频率差。延迟将不改变信号的幅度，而将改变相位对频率的斜率。通过选择用于测量未补偿系统的相位特性的斜率的开始频率和终止频率，可以在所需频率范围上优化加速度补偿。

即使在换能器信号中看到的频率模态频率(frequency modal frequencies)可以远高于用于数据和控制的关注频率范围，这些模式在远低于模态频率的力和加速度信号之间产生较小的相位差。在没有相位校正的情况下，该微小相位差限制了即使在较低频率处的加速度补偿的有效性。本文所提供的补偿装置和方法的优点是：延迟补偿是用于实现的简单技术，然而其极大地改进在较低频率处的加速度补偿的有效性。

根据需要，以下特征或方面中的一个或多个可以与前述系统和方法组合，或在前述系统和方法中使用。

换能器可以包括：力换能器、压力换能器和/或扭力(扭矩)换能器。

补偿器可以提供增益和相位补偿。除了频率之外，补偿器提供的相位补偿还可以基于另一因素。例如，该另一因素可以基于所应用的外部负载。

延迟可以被配置用于所选择的频率范围(例如在一个特殊的使用实施例中，用于小于第一模态频率的频率)。

附图说明

图1是换能器系统的示意框图，该换能器系统具有用于通过添加延迟来提供相位补偿的补偿器。