瑞士TE速度傳感器常用標(biāo)定方法及設(shè)備(振動(dòng)臺(tái))
1.重力場(chǎng)法
對(duì)具有零頻響應(yīng)的加速度計(jì),可用地球靜態(tài)重力場(chǎng)法進(jìn)行標(biāo)定,校準(zhǔn)裝置如下圖所示。地球重力場(chǎng)法也是一種校準(zhǔn)法,具有較高的精度。
被校傳感器安裝到臺(tái)面上,臺(tái)面可繞中心軸旋轉(zhuǎn),傳感器靈敏軸也隨之旋轉(zhuǎn)。當(dāng)傳感器轉(zhuǎn)至任一角度時(shí):
此方法使用中須注意:
①該方法原則上屬于靜態(tài)校準(zhǔn),僅適用于具有零頻響應(yīng)的加速度計(jì)(如伺服式、壓阻式、應(yīng)變式和張絲式)的校準(zhǔn)。
②裝置必須具有良好的隔振基礎(chǔ),旋轉(zhuǎn)軸應(yīng)嚴(yán)格保持水平位置,否則精度將受到影響。
2.轉(zhuǎn)臺(tái)式重力場(chǎng)標(biāo)定法
零頻法校準(zhǔn)屬靜態(tài)校準(zhǔn)。將零頻校準(zhǔn)裝置適當(dāng)改進(jìn),即讓臺(tái)面以一定頻率勻速旋轉(zhuǎn),則構(gòu)成低頻重力場(chǎng)標(biāo)定臺(tái)。當(dāng)臺(tái)面旋轉(zhuǎn)時(shí),加速度傳感器敏感元件受 -1?+ 1g的交變加速度,記錄下不同頻率下加速度傳感器的輸出值,即可求出它們的動(dòng)態(tài)靈敏度。
此方法僅適用于低頻。
3.比較法
比較法是傳感器校準(zhǔn)常用的方法。它具有原理簡(jiǎn)單、操作方便、對(duì)設(shè)備要求不高等一系列優(yōu)點(diǎn),所以應(yīng)用十分廣泛。
1)比較法工作原理
兩只加速度傳感器背靠背地安裝在一起(或安裝在一剛性支架上),其中一只為參考標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器,它的靈敏度和全部技術(shù)性能是已知的;另一只為被校傳感器,用同樣的加速度激勵(lì)它們,則它們的輸出分別是:
2)標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器
在比較校準(zhǔn)中,標(biāo)準(zhǔn)傳感器是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。它的質(zhì)量好壞對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果有十分重要的影響。因此,需對(duì)標(biāo)準(zhǔn)傳感器提出一定的要求或規(guī)定。我國(guó)已發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)壓電加速度計(jì)檢定規(guī)程。從其在比較法中起著傳遞量值的振動(dòng)基準(zhǔn)的作用來(lái)看,它應(yīng)滿足如下要求:
①靈敏度高,用激光法或互易法校準(zhǔn),校準(zhǔn)精度優(yōu)于0.5%。
②靈敏度應(yīng)具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性,即在檢定周期內(nèi)應(yīng)無(wú)明顯變化,要髙于校準(zhǔn)精度1倍。
③橫向靈敏度比不大于3%。
④線性度要高。
⑤非振動(dòng)環(huán)境靈敏度要低,如溫度響應(yīng)、磁靈敏度、基座應(yīng)變靈敏度、瞬變溫度靈敏度應(yīng)盡量低。
標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器全部是壓電式的,如美國(guó)2270型、丹麥8305型、國(guó)產(chǎn)SHQ-16型和YD44型等。
下圖示出了兩種標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器的外形圖,美國(guó)2270型標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)的換能元件系采用高穩(wěn)定度的硬性壓電陶瓷材料;丹麥BK公司8305型標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器及其他型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)電壓加速度傳感器都采用石英晶體為換能元件。標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器用激光干涉法進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí),測(cè)量鏡必須粘貼在傳感器頂部的安裝面上,否則會(huì)引入誤差。
具體標(biāo)定方法是,首先將轉(zhuǎn)換開關(guān)置于K1,電荷放大器靈敏度適調(diào)開關(guān)置于標(biāo)準(zhǔn)傳感器靈敏度位置,增益為1V/g檔。在一定頻率下(通常為160Hz)激勵(lì)振動(dòng)臺(tái),觀察電壓表輸出,并調(diào)整信號(hào)源激勵(lì)信號(hào)幅度,使電壓表指示為一整數(shù)值(如峰值1V)。此時(shí),電壓表指示的值即為臺(tái)面振動(dòng)加速度。
將開關(guān)k1置于K2,此時(shí),被校傳感器與電壓表接通,通過(guò)調(diào)整電荷放大器增益與適調(diào)電位器旋鈕,使電壓表指示與標(biāo)準(zhǔn)傳感器相一致(注意增益檔位置)。此時(shí),如電壓表輸出為1V(峰值),電荷放大器增益為1V/g檔,電荷放大器靈敏度適調(diào)旋鈕指示為13.2pC,那么,該被標(biāo)定傳感器的靈敏度即是13.2pC/g。
同理,用此方法也可標(biāo)定其他類型傳感器。標(biāo)定中,標(biāo)準(zhǔn)通道的作用是控制振動(dòng)臺(tái)的激勵(lì)加速度,使之為定值。這樣,只要測(cè)出被測(cè)通道的輸出,則求出了被校傳感器的靈敏度。工程上,常將傳感器連同信號(hào)適調(diào)器一起標(biāo)定。
在該系統(tǒng)中,標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)與被校加速度傳感器“背靠背”地安裝在振動(dòng)臺(tái)上。受激勵(lì)后,標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出分為兩路:一路用于反饋回振動(dòng)臺(tái)控制系統(tǒng),控制振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面加速度使之保持恒定;另一路與被校準(zhǔn)傳感器的信號(hào)一道被送入計(jì)算機(jī)。
振動(dòng)臺(tái)的頻率信號(hào)也同時(shí)輸入計(jì)算機(jī)。經(jīng)數(shù)據(jù)處理后,計(jì)算機(jī)通過(guò)打印機(jī)接口電路,驅(qū)動(dòng)打印機(jī)自動(dòng)打印出被校傳感器的靈敏度、頻率響應(yīng)、諧振頻率等。
二、加速度傳感器動(dòng)態(tài)標(biāo)定設(shè)備——振動(dòng)臺(tái)
一般來(lái)說(shuō),常用的傳感器動(dòng)態(tài)標(biāo)定設(shè)備主要有:振動(dòng)臺(tái)、激波管、周期函數(shù)壓力發(fā)生器、非周期函數(shù)壓力發(fā)生器等。此處主要提到的是振動(dòng)臺(tái)。
振動(dòng)臺(tái)是標(biāo)定振動(dòng)、沖擊測(cè)量用各種類型加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器、力傳感器和壓力傳感器的重要設(shè)備。
我國(guó)已先后建立了髙頻、中頻和低頻振動(dòng)國(guó)家ji基準(zhǔn)裝置。其中,高頻裝置為壓電式振動(dòng)臺(tái),中頻、低頻裝置均為磁電式(也稱電磁式)振動(dòng)臺(tái)。
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