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1、加速度计校准的基本原理加速度计校准的基本原理加速度计校准的基本原理加速度计校准的基本原理Richard Bono The Modal ShopPCB Seminar校准概述校准概述校准概述校准概述?什么是校准什么是校准什么是校准什么是校准？ 检验使用范围内的幅值响应和系统线性 解释电子信号的物理意义 典型的OEM 校准包括: 标准参考加速度计灵敏度 频率响应 输出偏压值或供电电压 横向灵敏度 共振频率检测 时间常数校准概述校准概述校准概述校准概述?为什么要校准为什么要校准为什么要校准为什么要校准?确保传感器工作符合其技术指标 通常是ISO质量体系的要求或是合同方面的原 因 ?为什么要重复校准为
2、什么要重复校准为什么要重复校准为什么要重复校准?校准是一种良好的测量习惯，有助于确保结果 的准确性以及检查传感器仍否正常。 风险vs.收益 “传感器什么时候失灵？”校准概述校准概述校准概述校准概述:标准标准标准标准?校准标准是什么校准标准是什么校准标准是什么校准标准是什么? ISO 9001 质量管理体系 ISO 17025 校准实验质量体系 明确合格的校准实验的一般要求 认证机构包括: 美国实验室认可协会,ACLASS认证,NVLAP认证等 ISO 16063 振动和冲击传感器校准方法 16063第11部分. 用激光干涉法进行基准振动校准 16063第13部分. 用激光干涉法进行基准冲击校准
3、 16063第21部分. 用对比法进行振动校准 16063第22部分. 用对比法进行冲击校准测量误差测量误差测量误差测量误差?不确定测量误差的校准数据是没有意义的不确定测量误差的校准数据是没有意义的不确定测量误差的校准数据是没有意义的不确定测量误差的校准数据是没有意义的 ?测量误差经常被误述了测量误差经常被误述了测量误差经常被误述了测量误差经常被误述了 可能没有包含标准参考加速度计带来的误差 可能与相关标准不一致 比如说，被忽视的激振器横向扰动或飘移 可能没有使用覆盖因数k=2?系统误差系统误差系统误差系统误差 一般来说一般来说一般来说一般来说 测量的准确度测量的准确度测量的准确度测量的准确度
4、 ?随机误差随机误差随机误差随机误差 一般来说一般来说一般来说一般来说 测量的精确度测量的精确度测量的精确度测量的精确度系统误差实例系统误差实例系统误差实例系统误差实例?标准参考传感器和信号适调器误差标准参考传感器和信号适调器误差标准参考传感器和信号适调器误差标准参考传感器和信号适调器误差 ?激振器的横向扰动激振器的横向扰动激振器的横向扰动激振器的横向扰动 ?标准参考传感器灵敏度的标准参考传感器灵敏度的标准参考传感器灵敏度的标准参考传感器灵敏度的“飘移飘移飘移飘移“?测量通道的不准确测量通道的不准确测量通道的不准确测量通道的不准确随机误差实例随机误差实例随机误差实例随机误差实例?安装及电缆连接
5、安装及电缆连接安装及电缆连接安装及电缆连接 安装力矩不同 电线应力消除 加速度计基座的安装应力灵敏度 ?被校加速度计和标准参考加速度计的相对运动被校加速度计和标准参考加速度计的相对运动被校加速度计和标准参考加速度计的相对运动被校加速度计和标准参考加速度计的相对运动 ?操作技术操作技术操作技术操作技术 ?电子干扰电子干扰电子干扰电子干扰 ?实验室环境实验室环境实验室环境实验室环境 温度 湿度 压力随机误差报告随机误差报告随机误差报告随机误差报告?摘自摘自摘自摘自The Modal Shop出版的出版的出版的出版的ISO 17025美国实验室认美国实验室认美国实验室认美国实验室认 可协会认证的误差
6、报告可协会认证的误差报告可协会认证的误差报告可协会认证的误差报告误差组成误差值10 Hz to 99 Hz100 Hz101 Hz to 920 Hz921 Hz to 5000 Hz5001 Hz to 10,000 Hz10k Hz to 15k Hz15k Hz to 20k Hz基准标准校准0.250.100.250.350.750.751.00基准标准稳定性0.060.060.060.060.060.060.06误差比率0.310.290.290.290.290.290.29激振器横向扰动 396C110.080.080.080.170.170.170.33随机误差(Type A)0
7、.150.120.120.140.170.300.37综合标准误差比(%) uc 396C110.420.330.400.500.840.871.15延伸误差延伸误差延伸误差延伸误差(%) U (k=2) 396C110.850.670.811.001.671.742.30最终误差最终误差最终误差最终误差(%) U (k=2)1.150.751.001.351.853.304.30校准校准校准校准?动态校准和静态校动态校准和静态校动态校准和静态校动态校准和静态校 准的比较准的比较准的比较准的比较静态频道对直流信号具 有高保真度动态频道不支持直流 信号加速度或力的阶跃 输入校准方法校准方法校准方
8、法校准方法?绝对法绝对法绝对法绝对法 使用已知、准确、可靠的性质来测试传感器 重力倒置测试 重力场坠落测试 激光干涉测试分析仪，电压表等设备信号调节器已知被 测量被校传 感器校准校准校准校准：倒置测试倒置测试倒置测试倒置测试?传感器在重力下旋转传感器在重力下旋转传感器在重力下旋转传感器在重力下旋转180度度度度，加速度变化加速度变化加速度变化加速度变化2g(-1g到到到到+1g) 需要长放电时间常数或直流响应来得到准确结果 信号适调器和读出设备必须有直流响应初状态：-1重力加 速度末状态：+1重力加 速度校准校准校准校准：倒置测试倒置测试倒置测试倒置测试初状态：-1重力加 速度末状态：+1重力
9、加 速度校准校准校准校准:坠落实验坠落实验坠落实验坠落实验? 全球范围内重力加速度大约存在全球范围内重力加速度大约存在全球范围内重力加速度大约存在全球范围内重力加速度大约存在+/-0.25%的偏差的偏差的偏差的偏差，加速度计可以做加速度计可以做加速度计可以做加速度计可以做 以重力为加速度的自由落地运动以重力为加速度的自由落地运动以重力为加速度的自由落地运动以重力为加速度的自由落地运动。重力加速度重力加速度重力加速度重力加速度 (9.80665 m/s2) 0 纬度纬度纬度纬度: 9.789 m/s2 90 纬度纬度纬度纬度: 9.832 m/s2 海拔修正量海拔修正量海拔修正量海拔修正量: -
10、3 mm/s2 海拔每海拔每海拔每海拔每 1000 m冲击力弹性 悬挂传感器安 装基座加速度计加速度单纤维细弹簧 绳校准校准校准校准：坠落实验坠落实验坠落实验坠落实验?输出电压输出电压输出电压输出电压(mV)除以重力加速度除以重力加速度除以重力加速度除以重力加速度(1 g)等于加速度计的灵敏等于加速度计的灵敏等于加速度计的灵敏等于加速度计的灵敏 度度度度冲击冲击前自由落体弹簧绳再次绷紧振荡偏压校准方法校准方法校准方法校准方法?比较方法比较方法比较方法比较方法 对传感器和校准标准传感器施加相等的加速度进行测试。输 出比率即为校准因数。 背靠背比较 手持式激振器 冲击被校传感器标准参考 传感器输入
11、信号信号调节器信号调节器分析仪，电压表等设备校准校准校准校准：对比法对比法对比法对比法?被校传感器和标准参考传感器以背靠背方式安装被校传感器和标准参考传感器以背靠背方式安装被校传感器和标准参考传感器以背靠背方式安装被校传感器和标准参考传感器以背靠背方式安装，标准标准标准标准 参考器需经过基准方法或经认证的实验室校准参考器需经过基准方法或经认证的实验室校准参考器需经过基准方法或经认证的实验室校准参考器需经过基准方法或经认证的实验室校准。被校加速度计标准参考加 速度计加速度校准校准校准校准:对比法对比法对比法对比法?ISO 16063 第第第第21部分部分部分部分 对比标准参考传感器的振动校准对比
12、标准参考传感器的振动校准对比标准参考传感器的振动校准对比标准参考传感器的振动校准 ?是所有校准系统中最常用的一种是所有校准系统中最常用的一种是所有校准系统中最常用的一种是所有校准系统中最常用的一种，通常用于生产和计通常用于生产和计通常用于生产和计通常用于生产和计 量实验量实验量实验量实验 ?标准参考传感器可以置于激振器内部或者外部标准参考传感器可以置于激振器内部或者外部标准参考传感器可以置于激振器内部或者外部标准参考传感器可以置于激振器内部或者外部 ?误差误差误差误差，包括系统误差和随机误差包括系统误差和随机误差包括系统误差和随机误差包括系统误差和随机误差: 1 to 20 Hz : +/-3
13、% 20 to 5000 Hz : +/-1.5% 5000 to 10000 Hz : +/-3% 10000 Hz : +/-4.5%关于参考价速度计关于参考价速度计关于参考价速度计关于参考价速度计?参考加速度计通常是系统误差报告中最主要的组成部参考加速度计通常是系统误差报告中最主要的组成部参考加速度计通常是系统误差报告中最主要的组成部参考加速度计通常是系统误差报告中最主要的组成部 分分分分 ?可以考虑直接使用激光来代替加速度计以减少误差可以考虑直接使用激光来代替加速度计以减少误差可以考虑直接使用激光来代替加速度计以减少误差可以考虑直接使用激光来代替加速度计以减少误差 ?石英压电材料自然石
14、英压电材料自然石英压电材料自然石英压电材料自然、稳定性稳定性稳定性稳定性 ?ICP技术提供了低噪音敏感度技术提供了低噪音敏感度技术提供了低噪音敏感度技术提供了低噪音敏感度，特别是在低频率的条特别是在低频率的条特别是在低频率的条特别是在低频率的条 件下件下件下件下关于激振器关于激振器关于激振器关于激振器?激振器横向扰动导致了明显的测量误差激振器横向扰动导致了明显的测量误差激振器横向扰动导致了明显的测量误差激振器横向扰动导致了明显的测量误差 ?符合符合符合符合ISO 16063标准的校准用空气轴承激振器可以明标准的校准用空气轴承激振器可以明标准的校准用空气轴承激振器可以明标准的校准用空气轴承激振器
15、可以明 显改善这个缺陷显改善这个缺陷显改善这个缺陷显改善这个缺陷020406080100120140160180200010002000300040005000600070008000900010000Frequency (Hz)Transverse Motion (% of axial)typical flexure based shaker responseISO recommended limit396C10/C11 air bearing shakers关于激振器关于激振器关于激振器关于激振器?由于忽略了横向扰动由于忽略了横向扰动由于忽略了横向扰动由于忽略了横向扰动，误差值常常被低估了
16、误差值常常被低估了误差值常常被低估了误差值常常被低估了，大约在大约在大约在大约在3- 5%左右左右左右左右冲击校准冲击校准冲击校准冲击校准:对比法对比法对比法对比法?被校传感器和标准参考传感器以背靠背方式安在铁被校传感器和标准参考传感器以背靠背方式安在铁被校传感器和标准参考传感器以背靠背方式安在铁被校传感器和标准参考传感器以背靠背方式安在铁 砧上砧上砧上砧上， 使用空气弹头来弹射使用空气弹头来弹射使用空气弹头来弹射使用空气弹头来弹射。Test SensorReference AccelAnvilImpact ShockPneuShock shock tower被校传感器标准参考加速 度计铁砧冲击力校准校准校准校准：冲击冲击冲击冲击?ISO 1606
