计测常见问题解答——第21讲“利用振动校正器校正加速度检测器”

本测量专栏收集了您经常向我们的客户咨询室询问的问题，并介绍了答案。

使用FFT分析器或数据站等分析装置分析加速度检测器记录的加速度信号时，有时直接输入加速度检测器的灵敏度值，有时使用加速度检测器的灵敏度校正器进行校正。

如果在连接或设置不正确的情况下执行校准，或者在没有注意到设备故障或电缆断开的情况下执行校准，即使乍一看显示正确的值，实际上也不会执行正确的测量这将是。这次我们将介绍一些关于电荷输出型加速度检测器的不正确校准的例子。

加速度检测器用的灵敏度校正器是以固定大小和频率(159.2 Hz、10 m/s2等)振动的激振器。将加速度检测器安装在该激振器上，利用分析装置确认加速度检测器输出的信号的电压大小，即可知道加速度检测器的灵敏度。可以确认加速度检测器、放大器、分析装置的动作，还可以得到修正了经年变化引起的灵敏度偏差、分析装置输入特性偏差的灵敏度值。

正常校准信号

电荷输出型加速度检测器与分析装置的连接示例如图1所示。

本公司的DS-3000数据站、CF-9000 FFT分析仪等无法直接连接电荷输出型加速度检测器。将本公司的CH-1200A充电放大器和CH-6130/6140充电转换器等产品连接在一起，利用加速度检测器输出的电流，就可以实现充电。
需要将负载信号转换为电压信号。

前置放大器内置型加速度检测器的话，可以直接连接。本公司的加速度检测
其中，NP-2000系列为电荷输出型，NP-3000系列为前置放大器内置型 (电压输出型
类型的图像时可能出现的故障。区分电荷输出型和前置放大器内置型的最简单方法是连接到加速度检测器
的发运特性表。灵敏度单位为pC/ (m/s2) 的是电荷输出型。前置放大器内置型的灵敏度单位为mV/ (m/s2) 。

将本公司的NP-2710电荷输出型加速度检测器通过CH-6130电荷转换器连接到DS-3000数据站，对加速度检测器灵敏度校正器的10 m/s2、159.2 Hz校正信号进行测量，结果如图2所示。经灵敏度校正器确认，电荷输出型加速度检测器的灵敏度为0.297 pC/ (m/s2) 。CH-6130电荷转换器的增益为1.0mV/pC,因此加速度检测器和CH-6130电荷转换器的总灵敏度为0.297mV/ (m/s2) 。校正信号的大小为有效值10 m/s2,两个振幅28.2 m/s2,因此校正信号的电压计算为有效值2.97 mV,两个振幅8.40 mV。电压波形 (上行) 的最大值和最小值之间的差值大致等于8.45 mV。

用灵敏度校正器校正的加速度波形 (中段) 的最大值和最小值之差为28.4 m/s2,与校正信号的振幅28.2 m/s2基本一致。功率谱 (下段) 的160 Hz分量和全幅值分别为9.80 m/s2和10.0 m/s2,与校准信号的大小基本一致。

关闭CCLD (恒流驱动) 时

CCLD (恒流驱动) 是一种从分析设备向传感器和前置放大器供电的机制。根据厂家不同，也叫做IPC、IEPE,但是是相同的构造。CH-6130/6140变频器
CCLD电源驱动，使用时需要从分析装置等供给CCLD
电源。

在关闭DS-3000的CCLD电源的情况下测量的校准信号如图3所示。
校正信号的电压波形 (上段) 的最小值与最大值之差为70.8μV,比标准值 (8.40 mV) 小得多。但是，如果将图表的纵轴设定为自动缩放等，则会显示接近正弦波的波形，因此有可能在没有注意到设定错误的情况下进行校正。

在此状态下利用灵敏度校正器进行校正时的加速度波形及其功率谱如图3的中间和下面所示。总灵敏度为0.297 mV/ (m/s2)，因此EU值应约为2.97E-4V/EU,但实际EU值为2.58E-5 V/EU。这表示加速度探测器的灵敏度仅为0.0258 mV/ (m/s2)，因此该值不正确。

电压波形 (顶部) 和加速度波形 (中间) 包括直流偏移 (直流分量) 。直流偏移的大小为-189.2μV, -7.36 m/s2。如果输入0V,分析器应将其显示为0V,但实际显示的值与0V略有不同。这是DC偏移误差。根据图3所示，DC偏移量为189.2μV,但是由于错误的校准，将获得加速度波形，就好像发生了7.36 m/s2的振动一样。这是由于校正操作错误和直流偏移误差引起的，不是实际发生的振动。

此外，虽然图3中的波形不明显，但如果在CCLD电源关闭的情况下执行测量，则可能会获得噪声波形。

使用灵敏度校正器进行校正时，通过检查校正前的电压波形，由于振幅异常小，可以注意到这些设置错误。

使用内置前置放大器的加速度检测器时，同样需要从分析器提供CCLD电源。与上述情况一样，如果在关闭CCLD电源的情况下执行校准和测量，则电压非常小，并且可以获得DC偏移和噪声信号。在这种情况下，请检查加速度检测器是否需要CCLD电源，然后更改设置。

直接连接电荷输出型加速度检测器时

本公司的DS-3000数据站、CF-9000 FFT分析仪等无法直接连接电荷输出型加速度检测器。需要插入CH-6130/6140充电转换器和CH-1200A充电放大器等进行连接。

电荷转换器和电荷放大器是将从加速度检测器输出的电荷信号转换为电压信号的放大器，输入端是微型连接器(No.10 -32 UNF)，输出端是BNC连接器。另一方面，还有一些产品，如NP-0021微型/BNC转换适配器，只需转换传感器电缆连接器即可。NP-0021微型/BNC转换器类似于充电器转换器，但不能替代充电器。

本公司的NP-2710电荷输出型加速度检测器通过微型/BNC转换适配器与DS-3000数据进行了集成。
与塔站连接的加速度检测器灵敏度校正器的10 m/s2、159.2 Hz校正信号
的规格化距离的幂函数。这不是正确的连接/测量方法。

如果正确连接，电压信号的振幅值应为8.40 mV。电压信号 (上段) 的最
最大值与最小值之差为6.37mV,乍看之下较为正常。

由于所使用的电荷输出型加速度检测器的灵敏度为0.297 pC/ (m/s2)，因此EU值应约为2.97E-4 V/EU。在此状态下用灵敏度校正器进行校正后，EU值为2.26E-4V/EU。这相当于加速度检测器的灵敏度0.226 mV/ (m/s2) 。灵敏度的单位是不同的，但如果你只关注数值，你会得到一个大致有数字的值。因此，如果您没有注意到连接不正确，则可能会继续校准和测量。

关于直接连接电荷输出型加速度检测器时显示的波形

电荷输出型加速度检测器不通过充电转换器和充电放大器直接与分析装置连接时，有时会显示看似正确的波形。

Q [C]，频率f的电荷信号的时间波形由公式1表示。其中t为时
间。

q (t) =Q×sin (2πft) 式1

对电荷信号进行微分后，如式2所示，得到电流信号i (t) 。

公式2

将电流信号输入到输入阻抗R [Ω] 的分析装置后得到的电压信号v (t) 如式3所示。

v (t) =R×i (t) =2πf×R×Q×cos (2πf) 式3

输入阻抗R为1 MΩ，频率f为159.2 Hz,得到公式4。

v (t) =2π×159.2×100万=10 ⁹ ×Q×cos (2πf) 式4

输入大小Q=1 pC的电荷信号后，分析装置观测到的电压信号大小为
的109倍，即1 mV。因此，通过这种错误校正获得的
灵敏度值与将单位从pC/ (m/s2) 更改为mV/ (m/s2) 的值基本一致。

但是，如果您将pC单位的值更改为mV单位，则值仅在振动频率为159.2 Hz时匹配，而在其他频率上则不匹配。在此状态下，即使测量实际的加速度信号，也无法获得正确的结果，因此必须使用充电转换器等正确连接。

总结

用FFT分析仪或数据站等分析装置分析加速度检测器记录的加速度信号时，有时会使用加速度检测器用的灵敏度校正器进行校正。
如果校准过程中设置或连接不正确，则可能会观察到看似正确的加速度信号，但实际测量结果可能不正确。

这次我们介绍了忘记供应CCLD电源和不使用电荷转换器连接电荷输出型加速度检测器的情况下可以获得什么样的校准信号，这可能是加速度检测器无法获得正确测量结果的原因。如果即使正确连接和设置，校准和测量也不顺利，则可能是电缆断线，加速度检测器或分析设备故障，电噪声等原因。请逐一检查。

(摘自2018年12月19日发行的电子邮件杂志)