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如何校准DC直流响应的加速度计

来源:未知 发布时间:2019-09-10热度:

  DC加速度计的***佳实践经验

  直流响应加速度计是能够测量直流或0 Hz响应的振动传感器。***常见的直流响应加速度计是基于可变电阻或电容设计的。测量和仪器仪表行业中通常称为压阻电阻(PR)或可变电容(VC)的传感器,这些传感器覆盖广泛的应用,从用于军事和国防应用的昂贵的精密传感器,到部署在智能手机和汽车安全气囊电子元件上的非常便宜的MEMS传感器。

  PR压阻加速度计是由传感元件设计的,它们的电阻会因施加的机械应力而改变。他们利用压阻材料,通常是金属应变片或硅电阻,以惠斯通电桥形式配置,并需要一个固定的直流激励电压供电。传感元件通常与悬臂梁连接,悬臂梁会随着加速度而弯曲,从而导致电阻的变化。由于这种变化的电阻对稳态加速度很敏感,比如它在地球重力场中的方向,PR加速度计提供了一个真实的直流响应。

 压阻加速度计

  压阻加速度计

  VC加速度计感应到与加速度有关的电容的变化,从而改变通电电路的输出。通常,传感元件的设计由两个平行板电容在差分模式下工作组成。这些电容与两个固定电容一起工作在桥式电路中,当结构受到加速度影响时,它们会改变振荡器产生的峰值电压。电路捕获峰值电压,并将其输入一个加法放大器,该放大器处理***后的模拟输出电压信号进行测量。

可变电容加速度计

  可变电容加速度计

  PR和VC加速度计都是典型的三线或四线制激励电源;对于四线制版本,一对用于信号/接地的引线和另一对用于电源/接地的引线;对于三线制版本,一对用于共享接地的引线。激励电压是一个固定的直流电压,通常设置在一个指定的范围内(请参阅制造商具体型号的技术规格表),并可以影响被测单元的灵敏度。因此,在校准这些类型的传感器时,使用可靠的、校准过的直流电源,并在校准证书上注明激励电压是非常重要的。

  这些类型的传感器设计的一个显著优点是,传感器是真正对直流加速度响应的,至少在0 Hz上它们具有内在的自校准能力。由于传感器对直流加速度很敏感,所以它们对地球引力场中的“翻转”也很敏感。因此,如果你有一个固体表面的平面,传感器可以从一边翻转到另一边,(180度翻转从底部到顶部)这相当于2 g的变化。通过测量直流电压输出变化,并除以2 g,可以计算出0 Hz时的单位灵敏度(单位为V/g或mV/g),并验证其直流响应性能。此外,直流偏置电压也可以用同样的方法测量,通过找到1 g和-1 g激励之间的电压“中点”。

  完整的校准通常还包括频率响应校准,传统上在电动空气轴承校准级振动台上作为步进正弦扫描进行。这种方法通常是二次校准,通常称为“背对背”,参照“背对背”传递标准设计。需要注意的是,校准的频率范围取决于振动台的性能。工业标准宽频空气轴承校准振动台的工作范围为5 Hz到15 kHz或20 kHz。这些振动台一般具有良好的横向运动特性,但行程短(通常约10毫米)。由于在下降的频率上缺乏合理的加速度水平,这一短行程无法在低于5Hz的频率上进行足够的校准。为校准5 Hz至0.1 Hz,必须使用专门的长冲程振动台(一般可达0.25 米冲程),以便校准技术员在这些超低频率下产生适当的加速度。在校准直流响应加速度计时,这一点可能尤其重要。直流响应加速度计用于测量非常低的频率,适用于汽车行驶质量或民用基础设施动力学等应用。无论在校准过程中采用哪种振动台设计,将动态校准的***低频率与翻转试验的直流响应进行比较都是很好的实践。

空气轴承校准台

  空气轴承校准台

 低频长冲程校准台

 低频长冲程校准台

  PCB®***新推出的便携式校准仪9210D,低频便携式振动校准仪是世界上***个、也是唯一得到ISO 17025认证的,NIST可溯源的便携式振动校准台。其内部采用高分辨率的石英参考加速度计提供无与伦比的精度,而坚固耐用的碳纤维复合电枢支持更重的有效载(*高达800克)。它具有耐用的Pelican箱和长续航电池。闭环控制缩短了校准时间。9210D可按位移、速度或加速度(公制或英制单位)进行缩放,频率范围为0.7 Hz至2 kHz(42 CPM至120,000 CPM) ,便于客户现场验证传感器低频。

低频便携式振动校准仪

  根据直流加速度计的特定应用,完整的校准还可以包括冲击校准。直流响应加速度计的一个常见用途是测量高g冲击和爆炸事件。对于这些传感器设计,***佳实践是连同频率响应进行一个冲击校准。有几种类型的冲击校准装置可以进行宽振幅范围的线性校准,它们通常通过某种碰撞产生。摆锤装置、气动控制的弹丸冲击和霍普金森杆冲击通常用于产生从100到100万g的脉冲。

气动冲击校验台

  气动冲击校准台

  ***后,与基于应变的直流加速度计相关的一种常见的"校准"技术称为分流校准。分流校准是本文前面提到的已知的应变计惠斯通电桥的电路不平衡。这是通过在桥的一条臂上放置一个固定电阻来实现的,或者“分流”它。利用该技术,在不将传感器暴露于已知物理输入的情况下,验证了与基于应变的直流传感器相匹配的信号调节器的增益。由于这种技术不能提供传感器的真正的机械校准,它主要用于对已知的、应用的、可跟踪的机械输入的校准之间的定期验证或检查。

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