[发明专利]矫正动态力下压电系数的装置及相应的方法

权利要求书

1.一种矫正动态力下压电系数的方法，采用矫正动态力下压电系数的装置实现，所述矫正动态力下压电系数的装置包括信号采集单元、电荷放大电路、多路复用器、模数转换器、微控制器、蓝牙模块和上位机；

所述信号采集单元通过电荷放大电路与多路复用器的输入端相连，多路复用器的输出端与模数转换器的信号输入端相连，模数转换器通过微控制器、蓝牙模块与上位机相连；

所述信号采集单元包括压电材料；

其特征在于，所述矫正动态力下压电系数的方法按照以下步骤顺序进行：

一、获得原压电信号

当有压力施加在信号采集单元时，压电材料产生电荷并将电荷输出至电荷放大电路，电荷放大电路将收集到的电荷处理并将结果通过多路复用器发送至模数转换器，模数转换器将收到的模拟电压信号转换成数字信号并输出至微控制器进行缓存，微控制器将缓存的数据通过蓝牙模块发送至上位机，至此，上位机获得了原压电信号s(t)；

二、进行希尔伯特黄变换，得到每个本征模式函数的瞬时频率，本步骤按照以下步骤顺序进行，

A、通过经验模态分解，将原压电信号s(t)分解成至少两个本征模式函数

其中，每个本征模式函数满足如下的条件，

1)在数据-时间曲线中，极值个数与过零点个数差为0或者1；

2)在任何点，由局部极大值和由局部极小值定义的包络线的平均值是0；

B、希尔伯特变换

根据分析信号s_a(t)＝s(t)+js_h(t)＝A(t)e^jθ(t)的定义，将原压电信号s(t)表示为分析信号s_a(t)的实部部分，即s(t)＝Real[A(t)e^jθ(t)]，

进一步可得，分析信号s_a(t)的虚部为

C、做经验AM-FM分解，使分析信号s_a(t)的A(t)为单位幅值；

D、取原压电信号s(t)的极值包络线E₁(t)、E₂(t)，对原压电信号s(t)大于0的部分，用E₁(t)进行归一化；对原压电信号s(t)小于0的部分，用E₂(t)进行归一化,即直到|E₁(t)-E₂(t)|在全时间域内趋于0；

E、利用原压电信号s(t)的指数形式来求瞬时频率

根据公式得到每一个本征模式函数的瞬时频率；

三、将每个本征模式函数的瞬时频率代入压电系数与动态力的频率关系曲线d₃₃-f曲线来矫正原压电系数，至此完成在动态力下压电系数的矫正；

其中，矫正式子为d₃₃₀为未矫正前所使用的压电系数。

2.根据权利要求1所述的矫正动态力下压电系数的方法，其特征在于，所述步骤二中，进行经验模态分解的过程按照以下步骤顺序进行：

S1、用三次样条线连接原压电信号s(t)所有局部极大值，并计算出所有局部极大值的平均值m₁(t)；

S2、将原压电信号s(t)与平均值m₁(t)作差，计算公式为h₁₀(t)＝s(t)-m₁(t)；

S3、如果h₁₀(t)不满足条件1)或2)，则将h₁₀(t)代替原压电信号s(t)，重复步骤S1～S2，计算公式为h₁₁(t)＝h₁₀(t)-m₁₀(t)；

S4、依次类推，如果计算结果h_1(k-1)(t)不满足条件1)或2)，则将h_1(k-1)(t)代替原压电信号s(t)，重复步骤S1～S2，计算公式为h_1k(t)＝h_1(k-1)(t)-m_1(k-1)(t)；

直到计算结果满足条件1)和2)，得到了第一个本征模式函数IMF₁；

其中，m_1(k-1)(t)为h_1(k-1)(t)包络线的平均值，k≥1；

S5、从s₁(t)开始，重复S1～S4，其中s₁(t)＝s(t)-IMF₁；

S6、最终将原压电信号s(t)分解成IMF_i与误差项r_k(t)之和，即

其中，IMF_i代表第i个本征模式函数，i≥2。