[发明专利]矫正动态力下压电系数的装置及相应的方法

说明书

本发明公开了一种矫正动态力下压电系数的装置，并进一步公开了采用该装置实现的矫正动态力下压电系数的方法，该方法先通过经验模式分解将原压电信号分解成若干个本征模式函数,再对每个本征模式函数进行希尔伯特黄变换，就可以得到每个频率分量的瞬时频率,而后代入的关系，对原压电信号进行矫正。本发明通过引入希尔伯特变换，成功完成了对压电材料应用于多频率分量环境下的压电系数矫正，算法原理与应用方法，具有易于实现、方便普及等优点，在矫正压电材料压电系数的领域有开创性。本发明适用于压电材料压电系数的矫正技术领域，也适用于桥梁检测、铁轨监控等技术领域。

技术领域

本发明属于压电信号检测技术领域，用于矫正动态力下压电系数，具体地说是一种矫正动态力下压电系数的装置及相应的方法。

背景技术

近年来压电材料在人们的生活和工作被应用的越来越广泛。在很多应用场景中，需要根据压电信号来测出施加在压电材料上的力。一般的压电信号，往往包括着很多的频率分量(frequency components)，不同频率分量的信号频率不同，而压电系数d₃₃是动态力频率的函数，在不同频率的动态力下d₃₃的值不同。

目前，测力时往往将压电系数d₃₃视为一个恒定值，这就造成了测力的误差。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种矫正动态力下压电系数的装置。

本发明还有一个目的，是要提供一种矫正动态力下压电系数的方法，通过引入希尔伯特变换，完成对压电材料应用于多频率分量环境下的压电系数矫正。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下：

一种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。

一种矫正动态力下压电系数的方法，上述的矫正动态力下压电系数的装置实现，该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，

3)在数据-时间曲线中，极值个数与过零点个数差为0或者1；

4)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；