关于测量的常见问题——第30讲“关于加速度检测器和检测器噪声”

本计测专栏中，选取了经常向本公司顾客咨询室咨询的问题，介绍了次
的回答内容。

关于加速度检测器的一个常见问题是关于可测量的最小加速度、振动速度和变
位。如果没有暗振动或电噪声，并且分析器的自噪声
足够小，则可以测量的最小加速度值由加速度检测器的检测器噪声 (对于电荷输出
型加速度检测器，电荷放大器的输入转换噪声) 确定。

加速度检测器的检测器噪声

前置放大器内置型加速度检测器的检测器噪声在产品规格中有记载。敝公司 3轴加速度检测器NP-3574和NP-3578N20为0.004 m/s2 (rms) 或更低。这表示即使在没有振动的情况下，也能以有效值 (rms) 输出相当于4mm/s2的电压信号。

测量加速度的时间波形或该时间波形的最大值等时，误差约为4
mm/s2。测量结果为40 mm/s2时，误差为±4 mm/s2 (±10%) ;测量结果为400mm/s2时，误差为±4 mm/s2 (±1%) 。如果允许10%的测量精度，则可测量的最小加速度为40 mm/s2,是探测器噪声的10倍。

当测量有效值或功率谱的加法平均值时，探测器噪声的影响较小，因为计算是以加速度的平方进行的
。测量结果为40 mm/s ²时，误差为
1−􀶥 1− (4/40) ² =约0.005为0.5%。加速度约为检测器噪音的10倍
可以获得足够的精度。

关于可以测量的最小振动速度和位移，加速度值和振动速度值·位移值的关系
取决于振动的频率分布，因此不能根据加速度检测器的检测器噪声估计。
没有。需要测量实际测量对象物的振动进行验证。

电荷输出型加速度检测器和电荷放大器的噪声

使用电荷输出型加速度检测器时的噪音由充电放大器的输入换算噪音决定
。敝公司的电荷放大器CH-1200A的输入换算噪声小于0.05 pC (rms) 。
敝公司的加速度检测器NP-2106的灵敏度约为0.035 pC/ (m/s ²)，与NP-2106的组合
0.05 pC相当于1.43 m/s ²。如果将可测量的最小加速度设置为探测器噪声的10倍，则NP-2106可测量的最小加速度为14.3 m/s ²。NP-2106是落下试
实验、冲击试验用的测量大加速度的检测器，不适合小加速度的测量
。

检测器噪声的时间波形

将加速度检测器NP-3574放置在架子上测量的噪声的时间波形如图1所示。
该信号包含加速度检测器本身的检测器噪声、暗振动、电噪声等
。NP-3574的灵敏度为10 mV/ (m/s ²)，探测器噪声小于或等于0.004 m/s ² (rms) 。频率
在波数范围10 kHz、电压范围31.6 mVrms下进行了测量。

图1的左上角是从加速度检测器输出的噪声信号的时间波形。低频暗振动
包括电噪声，峰值是16.742 m/s2。左下方是左上波形的双积分
来定义自定义外观。由于原始信号的低频成分的影响，它变成了一个向右下降的波形
,最小值为-440μm。这不是实际发生的位移波形。
没有。对含有低频噪声的信号进行数值积分时得到的错误波形
的双曲余切值。

图1的右上方是利用逆FFT功能去除25 Hz以下分量后的加速度的时间波形。
是的。峰值为5.079 m/s2。右下方是去掉25 Hz以下的成分进行双重积分求出的。
位移波形的峰值为0.058μm,相当小。

在实际测量中，除加速度检测器的检测器噪声外，还会受到暗振动和电噪声的影响
，因此必须实际测量噪声信号，确认可测量的加速度和位移值。

检测器噪声的功率谱 (1)

将加速度检测器NP-3574放置在架子上测量的噪声功率谱如图2 (绿色) 所示
显示。该信号包括加速度检测器本身的检测器噪声，暗振动，电噪声等。
) 中被调用，将出现故障。NP-3574的灵敏度为10 mV/ (m/s2)，探测器噪声小于或等于0.004 m/s2 (rms) 。在频率范围10 kHz、样品点数2048个、电压范围31.6 mVrms下进行了10秒的加法平均。

图2中的橙色表示当敝公司数据站DS-3000的电压范围设置为1 Vrms时
DS-3000自身的自噪声。由于噪声大于NP-3574的噪声，因此在电压范围
1 Vrms时无法测量小振动。如果测量对象的振动很小，即使降低电压范围
，也不会发生输入过度。请在不会发生输入过度的
范围内，尽量将电压范围设定得较小。

功率谱是将信号分解为频率成分的产物，所以各频率成分的值是检测出来的。
它远小于仪器的自噪声 (4mm/s2) 。实际暗振动、电噪声
Z等的大小需要在现场实际测量确认。然后，测量对象的振动
如果它比噪声大得多，我们就可以测量它，否则它会产生暗振动，电噪声，
需要研究困难的测量方法。

对于噪声的功率谱，如果进行一重积分、二重积分，振动速度和位移就会发生变化。
可以计算转换后的噪波谱。要测量的振动速度和位移值，
或者，通过与测量对象的实际振动速度和位移的测量结果进行比较，来判断是否可以进行测量。
可以考虑一下。

检测器噪声的功率谱 (2)

图3显示了测量1 kHz频率范围内NP-3574噪声和DS-3000 (31.6 mVrms范围，1 Vrms范围)自噪声功率谱的结果。NP-3574噪声包括加速度检测器本身的检测器噪声，以及暗振动和电噪声。

因为降低了频率范围，所以50 Hz和20 Hz以下的成分很显眼。我们做了这个测量，
虽然办公场所是一般的办公室，但即便如此，由于20 Hz以下的低频成分、商用电源等原因造成的损失也很大。
观测到50 Hz和100 Hz的频率成分。测量对象的振动要比这些大得多
如果可以，就可以进行测定，否则就不能进行不易受暗振、电噪声影响的测定方法的检测。
需要补偿。

对于噪声的功率谱，如果进行单积分、双积分，振动速度和位移就会发生变化。
您可以查看已转换噪波的频谱。要测量的振动速度和位移值，
或者，通过与测量对象的实际振动速度和位移的测量结果进行比较，来判断是否可以进行测量。
可以考虑一下。

总结

这次，我们介绍了加速度检测器可以测量的最小加速度，振动速度和位移
。

加速度检测器可测量的最小加速度值可通过其规格 (检测器噪声) 求出
。但是，由于在测量现场会受到暗振动和电噪声的影响，因此有必要在测量现场测量NOI
，并确认可以测量的加速度值。

由于加速度值与振动速度值、位移值的关系取决于振动的频率分布，因此无法根据加速度检测器的规格求出可测量的最小
振动速度值、位移值。测量对象物
的振动大小和频率分布后，需要确认能测量到什么程度的值
。

(摘自2019年9月25日发行的电子邮件杂志)