加速度计校准

三. 加速度计及传声器的校准与校准系统 ----------------------------------- P.13

1) 加速度计的校准简介------------------------------------------------------------P.13

2) 加速度计的校准系统 ------------------------------------------------------P.14 1.磁悬浮空气轴承加速度计校准系统(5Hz-20KHz)---------------------------------------- P.14 2.超低频大振幅空气轴承低频加速度计校准系统(DC-500Hz)-------------------------------P.15 3.冲击加速度校准系统(20g-10000g)--------------------------------------------------- P.15 4.Hopkinson 弹性桿大冲击加速度校准系统( >100000g)---------------------------------- P.15 5.便携式加速度计校准器------------------------------------------------------------- P.16 6.传感器橫向灵敏度校准系统 ---------------------------------------------------------P.16 3) 传声器的校准系统 --------------------------------------------------------------P.17 1. 传声器校准工作站 9350 C ----------------------------------------------------------P.17 2. 915A01型号的活塞发生器式组件 -----------------------------------------------------P.17 4) 压传感器校准 -------------------------------------------------------------------P.17 1. 静压传感器校准 -------------------------------------------------------------------P.17 2. 动态压力传感器校准 ---------------------------------------------------------------P.18

12

三. 加速度计的校准与校准系统

1) 加速度计的校准简介

振动与冲击测量中所使用的加速度传感器,出厂需要检定其全面技朮性能.给出灵敏度,非线性,频响等性能指标; 使用一段時间后(如一年后),或每次重要測試前后都要对传感器重新进行检定. 加速度传感器检定的项目可分为三类: a) 工作特性的校准:包括参攷灵敏度, 频率响应, 谐振频率, 幅值线性, 橫向灵敏度比, 电阻抗等. b) 环境特性的校准:包括极限加速度, 温度响应, 极限工作温度, 基座应变灵敏度, 声灵敏度, 磁灵敏度等. c) 物理, 几何参数: 包括重量, 极性, 安装螺纹, 几何尺寸等. 其中工作特性的校准为主耍检定的项目. 在进行传感器检定時, 要严格遵守有关检定规程. 为获得最好的測試精度, 传感器应与其配套的放大器联合校准.

A) 加速度传感器灵敏度的校准: 加速度传感器灵敏度是指它所接受的加速度与它所产生

2

的电量(电荷或电压) 之比. 通常以电荷灵敏度 pc/g (pc s/m)或电压灵敏度mv/g

2

(mv s/m) 表示. 校淮方法有:

a) 絕对法校淮, 又称振幅測量法, 即将被校加速度传感器安装在一高精度的振动台上,通过激光干涉測振仪准确测量振幅(Xo), 和測量出振动频率 (f ), 再计算出被校加速度传感器灵敏度:

2

Sa = U/(2f )Xo

式中 U ----被校加速度传感器输出电压(峯值) f ---- 振动频率; Xo -------- 振动振幅.

校准不确定度, 在参攷频率点可达 +/- 0.5% 或更好, 在频率超过2kHz-10kHz, 约为1-2%.

b) 比较法校淮, 又称背对背比较法, 如下图所示, 將被校加速度传感器安装在参攷的标准加速度传感器上(背上), 然后一起安装到校准用振动台面上. 通过频率(f) 电信号放大后, 驱动校准用振动台产生振动. 通过測量被校加速度传感器和标准加速度传感器输出电压之比(k), 就可获得被校加速度传感器灵敏度 Sa :

Sa = kSr

其中 Sr是参攷的标准加速度传感器灵敏度. 校准不确定度, 在参攷频率点可达 +/-1% 或更好, 在频率超过2kHz-10kHz, 约为2-3%.

B) 加速度传感器幅值线性度的标定: 同樣也有絕对法校淮和比较法校淮.再此仅介绍较常

用的比较法校淮. 也是將被校加速度传感器安装在参攷的标准加速度传感器上(背上), 但是它是一起安装到能产生较大加速度(大到10000g)的校准用冲击台面上.不确定性约 2.5% - 5%.而幅值线性度指标, 一般规定, 用于振动測量为 <5%;而用于冲击測量为 <10%.

13

有关幅幅值线性度的计算方法采用最小二乘法, 可参照中国标准总局JJG-233-81”压电加速度计检定规程”.

2)加速度计校准系统

美国压电有限公司在其应用领域提供多种校准和测试服务。大量的设备投资，严格按照行业标准生产及ISO9001标准，确保PCB®传感器完全符合其性能参数。并且 ，PCB®也提供对其他品牌传感器的校准服务。一个完整的传感器校准内容包括对传感器灵敏度，线性度，适用范围及频率响应等的测试。除此以外，还包括传感器在各种环境下的性能评估。

通过长期使用后,PCB决定开始生产这些校准设备以满足客户要求。

1.磁悬浮空气轴承加速度计校准系统(5Hz-20KHz) 优点:

■通过消除横向运动满足ISO16063 Part21要求 有效地减少了误差,

横线运动(典型) < 5% (< 5000 Hz ) <10% (<10,000 Hz) <30% (<15,000 Hz)

主要参考指标 激光干涉绝对法 ■ 高精度

■ 激光干涉仪测量 ■ 通过A2LA认证

■ 5Hz到15kHz的频率范围

■ 不确定度：0.2%(100Hz)，1.5% (15kHz)

背靠背比较法

■ 石英参考加速度计 ■ 电动空气轴承激振器

■ NIST和PTB对于多频数据点的跟踪 ■ 通过A2LA认证 ■ 不确定度： 2.2% (5-10 Hz) 1.2% (10-100 Hz) 0.7% (100 Hz)

1.0% (100-1,000 Hz) 1.4% (1,000 - 5,000 Hz) 1.9% (5,000-10,000 Hz) 3.3% (10,000 - 15,000 Hz)

电动空气轴承激振器

14

2.超低频大振幅空气轴承低频加速度计校准系统 型号9155D- 779 *最大位移(峯-峯) 25cm *频率泛围 DC-500 Hz *最大速度 1.6 米/秒 *最大加速度 空载 2g 1kg载荷 1.4g 2Kg载荷 1g *光电位移读数 刻度间隔 20 m 分辨率 10 nm 线性 +/-3m/m

3.冲击加速度校准系统(20g-10000g)

* 9155C- 525型气动激励冲击加速度校准系统(比较法) * 提供20g至10Kg冲击加速度校准和线性检查

* 气动激励器提供可控的及重复一致的冲击加速度

* 电子控制弹丸驱动压力和脉冲宽度(0.1 ms to 8.0 ms) * 符合ISO16063-22冲击校准标准 * 不确定度 2.5%

4.Hopkinson 弹性桿大冲击加速度校准系统

K9560C是一套专用于校准验证高g值冲击加速度传感器的全自动系统，其g值范围可从1000-100000g * 高 g 值灵敏度校准，高达100,000g * 验证传感器的可用频率范围

* 冲击加速度计线性和零点漂移测试 * 软件易于操作，自动数据采集分析

15

5.型号 9100 D便携式振动校准器

*校准频率和幅度可调,

*校准频率: 7Hz – 10kHz

*最大加速度: 20g(峯值)(+/- 3%) *最大位移: 1.27 mm (+/- 3%) *最大负荷: 890 克

*设置校准与可靠的手段获得NIST可追踪测量 *显示加速度，速度及位移的信息

*通过Excel产生ISO 17025标准校准证书

型号699A02手持式校准激振器

*1 g RMS或1 g峰值输出 (+/- 3%) *激振频率: 159.2赫兹 (+/- 1%) *最大負荷: 250 克

*电池供电（4节AA）或直流电源选项 *提供尼龙便携袋

6. 传感器橫向灵敏度校准系统 *校准频率 *加速度 *可校加速度計最小灵敏度 *測量不确定度 *符合 ISO 5347-11 国际标准 40-400 Hz > 10g 0.05 mv/g 0.3% 16

3) 传声器的校准系统

1. 传声器校准工作站 9350 C

*适用于校准精密传声器与前置放大器和声源 *可校 1/4 寸,1/2寸和 1寸的传声器 *校准精度: 0.5dB

*软件界面操作简便, 內设有大多数厂商测試步骤 *利用频谱线自动设定通过/失敗的结果分类

2. 915A01型号的活塞发生器式组件

在这个领域内，在250Hz的高强度控制下生成一个恒定的134分贝声压来校准高强度的声音传感器 。组件内适配器用于ICPR103B,106B,106B50系列以及一英寸的麦克风。

4) 压传感器校准

1. 静压传感器校准

静压对比校验

压力传感器处于氮气加压的岐管中，输出信号与参考 标准传感做对比。

压力传感器绝对校准

自重测试仪利用其本身精确的重量和活塞的直径 气动比较器（氮气） 来提供单位面积的力值作为静态压力的参考。 ■0至10000psi（0至69MPa）范围（精度0.021%FS) 阶跃压力也可以通过快速排气系统获得. ■0至1000psi（0至7MPa）范围（精度0.015%FS）

液压自重测试仪法 ■量程0至20000psi（0至138MPa） ■精度±1.0%FS

17

2. 动态压力传感器校准

气动脉冲校准器-型号903B02

可手动调节的提升阀施加一个阶跃参考压力给待测传感 器（被安装在一个空间较小的歧管内),而该参考压力 置于一个远大于待测传感器安装空间的腔体内。 气动脉冲法（低压）

■应变压力传感器作为参考

■手动驱动提升阀 阿伦森阶跃压力校准-型号907A02

质量块冲击底盘,底盘快速打开阀门。施加一个阶跃参考压力给待测传感器(它被安装在一个空间较小的歧管内),而该参考压力置于一个远大于待测传感器安装空间的腔体内。

■上升时间5毫秒（通常情况下） ■量程0至150psi（0至1MPa）

■精度0.8%FS 动态阶跃压力法

■应变压力传感器作为参考

■阿伦森无冲击阶跃压力发生器

■带电子触发的冲击提升阀

■氦气（或其他可替换气体）上升时间小于50微秒

■量程0至100psi（0至7MPa）

■精度1.3%FS

液压阶跃压力校准-型号905C

高压泵施加阶跃压力给被测传感器,

该压力是由一个排气阀来调节压力的释放。

液压阶跃法（高压）

■应变压力传感器作为参考 ■用于反向压力阶跃得排气阀

■量程0至100000psi（0至690MPa） ■精度1.7%FS

18

液压，动态脉冲法（高压） ■冲击加速度传感器参考 ■受质量块作用的活塞

■量程0至100000psi（0至690MPa） ■脉宽7毫秒

中压液压脉冲校准

（到20000psi）-型号913B02

活塞杆顶部受质量块挤压在歧管内产生压力脉冲作为对比校准的参考值。

液压，动态脉冲法（中压） ■受质量块作用的活塞

■0至20000psi（0至138MPa） ■脉宽6毫秒

19