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。
加速度检测器的规格没有指定检测器可以测量的加速度的下限。实际下限取决于加速度检测器和分析设备的自噪声、测量方法以及所需测量结果的精度。
加速度检测器的检测器噪声
前置放大器内置型 (电压输出型) 的加速度检测器有检测器噪音的规格。即使在没有振动的情况下，加速度检测器也会输出相应的电压信号 (噪声) 。敝公司的前置放大器内置型加速度检测器中的几种产品的灵敏度和检测器噪声如表1所示。通常，灵敏度较高的探测器具有较低的探测器噪声 (转换为加速度值) 。
表1前置放大器内置型加速度检测器的检测器噪声 (一例)
| 型式 | 灵敏度 | 检测器噪声 | |
| NP-3418 | 1.0 mV/(m/s2) | 20μV rms以下 | 0.02 m/s 2 rms以下 |
| NP-3331B | 5.0 mV/(m/s2) | 20μV rms以下 | 0.004 m/s 2 rms以下 |
| NP-3572 (3轴) | 1.0 mV/(m/s2) | 40μV rms以下 | 0.04 m/s 2 rms以下 |
| NP-3574 (3轴) | 10 mV/(m/s2) | 40μV rms以下 | 0.004 m/s 2 rms以下 |
如果将40 mm/s 2的加速度输入到检测器噪声为0.004 m/s 2 rms,即4 mm/s 2 rms的加速度检测器，则输出在平均值为40 mm/s 2和标准偏差为4 mm/s 2的分布中变化。简单地说，准确度是10%，但实际准确度取决于平均次数和测量方法。
电荷型加速度检测器没有检测器噪声的规格。噪声的大小由连接检测器的电荷放大器的输入换算噪声电平决定。敝公司的电荷放大器CH-1200A的输入换算噪声电平在0.05 pC rms以下。该值和加速度检测器的电荷灵敏度将检测器噪声转换为加速度。敝公司电荷输出型加速度检测器中的几种产品的灵敏度和由此求出的检测器噪声如表2所示。
表2电荷输出型加速度检测器的检测器噪声 (一例)
| 型式 | 灵敏度 | 检测器噪声 (输入换算噪声0.05 pC时) |
| NP-2106 | 0.035 pC/(m/s2) | 0.05 ÷ 0.035 = 1.43 m/s2 rms |
| NP-2110 | 0.16 pC/(m/s2) | 0.05 ÷ 0.16 = 0.3125 m/s2 rms |
| NP-2710 | 0.306 pC/(m/s2) | 0.05 ÷ 0.306 = 0.163 m/s2 rms |
| NP-2120 | 5 pC/(m/s2) | 0.05 ÷ 5 = 0.01 m/s2 rms |
加速度检测器的检测器噪声功率谱密度
前置放大器内置型3轴加速度检测器NP-3574的检测器噪声实测结果的功率范围
扭矩密度 (PSD) 如图1所示。CH.1 (蓝色) 是NP-3574的X轴，CH.3 (红色) 是NP-3574的Z轴。CH.4 (绿色) 是将DS-3000的输入端子以50Ω电阻短路后测定的，是DS-3000自身的自噪声，设定与NP-3574相同的电压灵敏度后换算成的加速度值。
使用机器
NP-3574前置放大器内置型3轴加速度检测器
DS-3000系列数据站
测量条件
频率范围800 Hz
样品点数2048点
电压范围10 mV rms
平均时间10秒DC取消:ON
-
图1内置前置放大器的3轴加速度检测器的检测器噪声功率谱 (PSD) CH.1 (蓝) :NP-3574 X轴、CH.3 (红) :NP-3574 Z轴、CH.4 (绿) :DS-3000自噪声
目的是测量探测器噪声，但由于测量地点是一般办公室，因此会受到暗振动的影响。在5 Hz至80 Hz之间观察到似乎是暗振动的振动。CH.1 (NP-3574 X轴) 的整流罩为3.229 mm/s 2，满足检测器噪声规格值 (小于或等于4 mm/s 2) 。在CH.3 (NP-3574 Z轴) 中观察到比检测器噪声更大的暗振动。CH.4 (DS-3000自噪声) 大约是探测器噪声的1/100,因此不影响探测器噪声的测量。
另外，此次将DS-3000的电压范围设定为最小的10 mV rms范围进行了测量。在此电压范围内，DS-3000的自噪声足够小。如果保持初始电压范围 (1 V rms) 或电压范围较大，DS-3000数据站的自噪声也会增加，因此无法测量检测器噪声、暗振动或微振动。电压范围应根据实际测量的振动幅度适当设置。
此外，DC取消已打开。如果为分析器输入了0V,则分析器应将其显示为0V,但实际上会略有偏差。此偏移量称为残余偏移。在此测量条件下，剩余偏移的规格小于0.14 mV (相当于14 mm/s 2) 。由于对测量的影响不可忽视，因此DC取消将其移除并进行测量。
加速度检测器的检测器噪声的时间波形
前置放大器内置型3轴加速度检测器NP-3574的X轴检测器噪声实测结果的时间轴波形如图2所示。
使用机器
NP-3574前置放大器内置型3轴加速度检测器
DS-300系列数据站
测定条件
频率范围8 kHz
收录时间:10秒
电压范围10 mV rms
-
图2内置前置放大器的3轴加速度检测器的检测器噪声的时间轴波形 (X轴)
似乎由于DS-3000数据站的剩余偏移 (DC偏移)，时间波形正向偏移14 mm/s 2 (0.14 mV) 。在此测量条件下，剩余偏移的规格小于或等于0.14 mV (相当于14 mm/s 2)，与该值基本一致。
时间轴波形缓慢波动被认为是低频率的暗振动。
从时间轴波形读取加速度值时 (之一)
将实测到长度为10秒的探测器噪声的时间轴波形数据分割为10个长度为1秒的时间轴波形，在分割后分别加上了频率为160 Hz、单幅振幅为40 m/s 2的正弦波。在存在探测器噪声的情况下，可以获得模拟频率为160 Hz,振幅为40 m/s 2，长度为1秒的正弦波测量10次的情况的数据。
表3显示了读取长度为1秒的测量数据的第一个正弦波周期 (62.5 ms) 内的时间波形的最小值和最大值，并将其差值除以2来测量片段振幅值的结果。
表3加速度片振幅的读取结果 (根据1个正弦波周期间的时间轴波形)
| 测量次数 | 平均值 | 最大值 (mm/s 2) | 最小值 (mm/s 2) | 单侧振幅 (mm/s 2) |
| 1 | 23.22 | 63.06 | -17.15 | 40.10 |
| 2 | 16.74 | 58.80 | -25.51 | 42.16 |
| 3 | 15.16 | 55.84 | -25.43 | 40.63 |
| 4 | 15.99 | 57.50 | -24.27 | 40.88 |
| 5 | 7.30 | 47.79 | -32.81 | 40.30 |
| 6 | -3.92 | 37.24 | -44.28 | 40.76 |
| 7 | 17.54 | 57.28 | -24.75 | 41.01 |
| 8 | 21.80 | 61.92 | -17.85 | 39.88 |
| 9 | 14.24 | 55.72 | -27.19 | 41.46 |
| 10 | 21.02 | 62.32 | -20.96 | 41.64 |
| 平均值 | 14.91 | 40.88 | ||
| 标准偏差 | 7.60 | 0.71 |
10次测量的平均值为40.88 mm/s 2，标准偏差为0.71 m/s 2。基本上得到了正确的结果。
1秒测量数据的第一个正弦波周期 (62.5 ms) 之间的平均值变化范围为-3.92~23.22 mm/s 2，如表3所示。这是分析设备的残余偏移和暗振动的影响。如果仅用最大值或最小值的值来计算振幅，平均值与0的偏差会产生影响，因此这次我们根据最大值和最小值的差算出了单振幅。
从时间轴波形读取加速度值时 (之2)
对于与前一项相同的数据，读取长度为1秒的整个时间轴波形的最大值和最小值，将其差值用2进行分割片振幅值的测量，结果如表4所示。
表4加速度片振幅的读取结果 (根据1秒间的时间轴波形的最大值)
| 测量次数 | 平均值 | 最大值 (mm/s 2) | 最小值 (mm/s 2) | 单侧振幅 (mm/s 2) |
| 1 | 21.14 | 70.23 | -26.73 | 48.48 |
| 2 | 19.12 | 67.85 | -28.45 | 48.15 |
| 3 | 15.66 | 63.39 | -33.19 | 48.29 |
| 4 | 10.10 | 60.55 | -41.26 | 50.91 |
| 5 | 0.30 | 49.90 | -48.85 | 49.37 |
| 6 | 5.09 | 60.76 | -47.60 | 54.18 |
| 7 | 17.55 | 66.56 | -32.69 | 49.62 |
| 8 | 20.04 | 67.10 | -28.72 | 47.91 |
| 9 | 16.45 | 65.22 | -35.05 | 50.14 |
| 10 | 12.38 | 62.32 | -36.63 | 49.48 |
| 平均值 | 13.78 | 49.65 | ||
| 标准偏差 | 6.48 | 1.76 |
10次测量的平均值为49.65 mm/s2,标准偏差为1.76 m/s2。由于它是160 Hz的正弦波，因此最大值和最小值 (负侧的最大值) 分别为每秒160次，并且由于探测器噪声的影响而变化。由于在这种状态下取最大值160次，因此获得的结果比原始值 (40 mm/s2) 大20%或更多。
使用有效值进行评估时
对于与前一项相同的数据，通过FFT分析求出功率谱，根据其整流值求出片振幅值的结果如表5所示。如果频率范围为8 kHz,帧长度为1024点，则1次FFT计算所需的时间波形长度为50 ms。1次的时间轴波形数据长度为1秒，以50%的重叠量进行分析后，可以切出39次FFT运算的时间轴波形。每个测量次数的单侧振幅值是39次的平均结果。
解析条件
频率范围:8 kHz
帧长度:1024点
帧时间长度:50 ms
重叠量:50%
DC取消:ON
表5功率谱覆盖值的计算结果
| 测量次数 | 单侧振幅 (mm/s 2) |
| 1 | 40.062 |
| 2 | 40.138 |
| 3 | 40.176 |
| 4 | 40.138 |
| 5 | 40.102 |
| 6 | 40.150 |
| 7 | 40.139 |
| 8 | 40.239 |
| 9 | 40.143 |
| 10 | 40.170 |
| 平均值 | 40.146 |
| 标准偏差 | 0.044 |
10次测量的平均值为40.146 mm/s 2，标准偏差为0.044 m/s 2。功率谱的覆盖范围是根据加速度的平方计算的，因此对探测器噪声不敏感。对于2次方，当信号振幅为40 mm/s 2且噪声振幅为4 mm/s 2时，组合信号的整体值仅为√ (40 2 +4 2) =40.2。如果信号比噪声大10倍，则可以获得足够高的精度。
总结
此次介绍了加速度检测器的检测器噪声的测量结果。我们确认测量的探测器噪声包括暗振动和残余偏移。
根据实测的检测器噪声加上正弦波的数据，用三种方法求出正弦波的振幅。振幅方法影响探测器噪声。
(摘自2021年5月19日发行的电子邮件杂志)
