加速度振动传感器检定规程
加速度传感器测振动位移
加速度传感器测振动速度与位移方案1. 测量方法（基本原理）设加速度传感器测量振动所得的加速度为：()a t （单位：m/s 2） 对加速度积分一次可得速率： 11()()[]2Ni i i a a v t a t dt t -=+==∆∑⎰ (单位：m/s) 对速率信号积分一次可得位移：11()()[]2N i i i v v s t v t dt t -=+==∆∑⎰ (单位：m) 其中：()a t 为连续时域加速度波形()v t 为连续时域速率波形 ()s t 为连续位移波形 i a 为i 时刻的加速度采样值 i v 为i 时刻的速率值0a =0；0v =0t ∆为两次采样之间的时间差2. 主要误差分析误差主要存在以下几个方面： 1）零点漂移所带来的积分误差由于加速度传感器的输出存在固定的零点漂移。
即当加速度为0g 时传感器输出并不一定为0，而是一个非零输出error A 。
传感器的输出值为：()a t +error A 。
对error A 二次积分会产生积分累计效应。
2）积分的初始值所带来的积分误差0a 和0v 的值并不为零，同样会产生积分累计效应。
3）高频噪声信号所带来的误差高频噪声信号会对瞬时位移值测量精度带来影响，但积分值能相互抵销而不会带来累计。
3. 解决办法1）零点漂移和积分初始值不为零可以加高通滤波器的方法滤除。
2）高频噪声信号的影响并不大，为了达到更高的精度，可以加一个低通滤波器。
选择高通滤波器和低通滤波器合理的截至频率，可以得到较理想的结果。
（注：高通滤波即去除直流分量；低通滤波即平滑滤波算法）。
4. 仿真研究4.1 问题的前提背景1.本课题研究的对象是桥梁振动的加速度()a t ，速度()v t 和位移()s t ，可以认为桥梁的加速度，速度，位移的总和为0。
即：0()0a t dt ∞=⎰0()0v t dt ∞=⎰()0s t dt ∞=⎰其离散表达式为：00()Ni i a N ===∞∑0()Nii vN ===∞∑0()Nii sN ===∞∑2.加速度传感器测量值存在误差，它主要是在零点漂移和测量噪声两个方面。
振动传感器检定过程中注意事项
振动传感器检定过程中注意事项摘要：: 振动传感器作为安全监护以及环境检测的关键传感器，在各行各业的检测实验室中应用范围非常广，若因检定操作不当，会对检定结果造成影响，丧失其准确性优势。
本文通过对常用振动传感器检定中需注意问题的思考，为相关工作者提供理论支撑。
关键词：振动传感器；检定；注意事项；一、概述振动传感器是在工业生产中用来测量与振动有关各种参量，常见振动传感参数有速度、加速度、位移等。
它的工作原理是将振动的模拟量通过振动传感器转换成电量信号传输，以实现仪表显示或远程监测。
振动传感器按其功能有以下几种分类方式：按机电变换原理分：电动式（磁电式）、压电式、电涡流式、电感式、电容式、电阻式、光电式;振动传感器按所测机械量分：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、应变传感器、扭振传感器、扭矩传感器。
按安装方式分：接触式、非接触式。
按照工作位置（振动方向）分：水平、垂直、三维。
二、振动传感器的常见形式：检定中常见的传感器包括：振动速度传感器、振动加速度传感器、振动位移传感器。
速度、加速度结构常见的有电动式（磁电式）、压电式两种，位移传感器结构主要是电涡流式。
1、电动式（磁电式）传感器：基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式（磁电式）传感器。
虽然它也是一个位移传感器，由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律，其产生的电动势同被测振动速度成正比，所以它实际上是一个速度传感器。
2、压电式加速度传感器：是基于压电晶体的压电效应工作的。
振动使晶体在一定方向上受力变形时，其内部会产生极化现象，在它的两个表面上产生符号相反的电荷，外加电压使放大器输出一个电压或电流信号。
这种传感器工作模式分恒压和恒流两种。
3、电涡流位移传感器：电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的，对应输出电压信号。
实验五 速度传感器振动测量实验
实验五速度传感器振动测量实验一、实验目的通过本实验了解并掌握机械振动信号测量的基本方法二、实验原理CD-21振动速度传感器的基本原理是基于一个惯性质量（线圈组件）和壳体，壳体中固定有磁铁，惯性质量用弹性元件悬挂在壳体上工作时，将传感器壳体固定在振动体上，这样，当振动体振动时，在传感器工资频率范围内，线圈与磁铁相对运动，切割磁力线，在线圈内产生感应电压，该电压值正比与振动速度值，这就是振动速度传感器的工作原理。
三、实验仪器和设备1.计算机 n台2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套3. 速度传感器（CD-21） 1套4. 蓝津数据采集仪（LDAQ-EPP2） 1台6. 开关电源（LDY-A） 1套7. 5芯-BNC转接线 1条8. 转子实验台（LZS-A） 1 套四、实验步骤和内容1、将加速度传感器通过配套的磁座吸附在振动实验台底座上，然后将其输出端和变送器的输入端相连，变送器的输出端通过一根带五芯航空插头的电缆和数据采集仪通道连接。
2、启动服务器，运行DRVI主程序，开启DRVI数据采集仪电源，然后点击DRVI快捷工具条上的"联机注册"图标。
3、点击该实验脚本文件"服务器端"的链接，将参考的实验脚本文件读入DRVI软件平台中并运行。
服务器端实验效果示意图如图5.1所示。
图5.1 速度传感器振动测量实验（服务器端）效果图4.在振动实验台的电机转子上添加试重，启动电机，调整到一个稳定的转速，点击面板中的"开关"按钮，观察和分析所得到振动信号的波形和频谱，点击"多路接线开关"，观察滤波前后振动信号波形和频谱的变化情况并记录实验结果。
5. 关闭电机，在电机转子上改变试重和位置，再次启动电机进行测量，观察和分析所得到振动信号的波形和频谱。
6. 关闭电机，改变速度传感器的测量位置，再次启动电机进行测量，观察和分析随着测量位置的改变，振动信号的波形和频谱的变化情况。
加速度传感器振动测量实验总结
加速度传感器振动测量实验总结一、实验目的本实验旨在通过使用加速度传感器来测量不同振动情况下的加速度，并分析其特性。
二、实验原理加速度传感器是一种用于测量物体在运动过程中加速度的传感器。
其工作原理基于牛顿第二定律，即F=ma，其中F表示物体所受到的力，m表示物体的质量，a表示物体所受到的加速度。
通过测量物体所受到的力和质量，可以得出物体所受到的加速度。
三、实验步骤1. 连接电路：将加速度传感器与数据采集卡连接，并将数据采集卡连接至计算机。
2. 安装软件：安装并打开LabVIEW软件。
3. 编写程序：编写程序以读取和显示传感器输出数据。
4. 进行振动测试：将传感器固定在不同振动源上进行测试，并记录数据。
5. 分析数据：使用LabVIEW软件分析数据并绘制图表。
四、实验结果及分析通过对不同振动源进行测试，得出了相应的加速度数据。
根据图表可以看出，在不同频率下，振幅对应的加速度值也有所不同。
此外，在相同频率下，不同振幅下的加速度值也有所不同。
这表明振动源的频率和振幅对加速度传感器的输出有着重要影响。
五、实验结论本实验通过使用加速度传感器来测量不同振动情况下的加速度，并分析其特性。
结果表明，振动源的频率和振幅对加速度传感器的输出有着重要影响。
此外，通过对数据的分析可以得出更深入的结论，从而为工程应用提供参考。
六、实验注意事项1. 实验时应注意安全，避免发生意外事故。
2. 实验前应检查设备是否正常工作。
3. 实验中应仔细记录数据并进行分析。
4. 实验后应及时清理设备并妥善保存数据。
加速度传感器的振动试验
试验 大纲应包括如 下 内容 ： 画出试验设备 方框 图 ， 出试验 设备清 提 单 ， 中包括激励设备 、 其 测量分析设备 和支持 设备（ 含试 验夹具 ） ； 等 计算 试验参数 ， 如加速度值 、 幅值 、 振 速度 值等 ， 正弦扫频试 验时， 做 还要算 出 扫描速 率、 试验循环次数等 ； 确定试验 控制方 法和测量控 制点的位置 ； 制 定 详细的试验程序 和试 验步骤 ； 针对试验 任务书所提 的失效 判据 ， 出 提
实现 。
２４２ 试 件 的 试 验 前检 测 ．．
（） １质量 Ｍ 的确定。 在确定质量 Ｍ时必须包括试件质量 、 质量、 夹具 动圈质量 、 扩展 台面质量 、 平滑台 的滑板 和连接 头以及紧 固螺钉等所 水 有随动圈振动的质量 ， 质量 Ｍ 不得 大于设备允许 的最 大负载质量 ， 否则 会超过振 动台支承系统 的承载能力而造成设备 的损坏 。 （） ２ 激振力的确定 。 激振力是指振动试验 台作用在活动部分质量 （ 动 圈、 、 夹具 试件等 ） 的作用力 。 振动试验台的激振力 由试验的加速度 幅值、 振动台活动 系统的质量 和试件及夹具的质量决定 。其关 系为 ：
验是环境试验 中非常重要 和必要 的试验之一 。
用实 例数据来制定试验 条件 ； 二是 在无法 得到实例数据 的情况下 ， 参照
１ 振 动试 验的 目的和 类型
振动试 验的目的在于确定产 品能否经受住预定频率 的振动条件并可 靠地工作 ， 反映产品对振动环境 的适应性和考核其结构完好性 ， 以保证产 品具有高可靠的质量 。 振动试验 可分为随机振动和正 弦振动两大类 ， 随机 振动能够比较 真实地模拟导弹、喷气式飞机和火箭发动机等产生 的随机 振动环境 ， 能够检验同时发生的多模态响应所造 成的振动破坏 ； 正弦振动 是普遍应用的振动试验方法， 在谐振检查 、 验样品损坏或故障分析等方 试 面具有突出的优点。随机振动与正弦振动在试验上有一定的差异 ： 第一 ，
JJG 644—1990振动位移传感器检定规程
振动位移传感器检定规程JJG 644—1990目录一概述二技术要求三检定条件（一）检定的环境条件（二）检定设备四检定项目和检定方法（一）外观检查（二）示值检定五检定结果处理和检定周期附录检定项目的选择振动位移传感器检定规程JJG 644—1990Verification Regulation ofVibration DisplacementTrensducer本检定规程经国家技术监督局于1990年2月26日批准，并自1991年1月1日起施行。
归口单位：北京市标准计量局起草单位：北京市计量科学研究所本规程技术条文由起草单位负责解释。
本规程主要起草人：刘维瑾（北京市计量科学研究所）参加起草人：周汉安（清华大学）陈锋（浙江大学）李逢春（航空航天部六○八研究所）卜卫军（航空航天部六○八研究所）戚坚（北京测振仪器厂）振动位移传感器检定规程本规程适用于新制造、使用中和修理后的电感式、电容式及电阻式位移传感器的检定。
一概述位移传感器是位移测量仪的主要组成部分，是利用电阻、电感、电容量的变化把机械位移量转变为电压或电流的变化量，用于测量位移及振幅。
二技术要求1位移传感器静态校准时的灵敏度误差、示值线性度、回程误差、示值变动度、零值误差、温漂及示值稳定度见表1。
表12位移传感器的动态校准时参考灵敏度误差见表2，频率响应见表3。
表2表3三检定条件（一）检定的环境条件3温度20±5℃；4相对湿度＜85%；5电源电压220V±10%，电源频率50Hz；6周围无强电磁场干扰，无腐蚀性气体、液体、无强震。
（二）检定设备7静态检定设备见表4。
表4* 有条件的单位可选用动态测量干涉仪。
** L ——量块长度（m ） 8 动态检定所用设备见表5。
表5四 检定项目和检定方法（一）外观检查9 位移传感器外壳表面不允许有明显划痕，引出线不得有松动。
10 位移传感器必须标明制造厂名，型号和编号，出厂年、月及生产许可证的标记。
振动测量方法、标准及准则
振动测量方法、标准及实际振动原因分析及解决方案目录1、振动测量方法 21.1 加速度传感器21.1.1工作原理31.1.2优缺点41.2 速度传感器41.2.1工作原理41.2.2速度传感器优缺点51.3 位移传感器51.3.1工作原理61.3.2优缺点72、振动测量标准 82.1 ISO 10816系列标准82.2ASME标准82.3 DIN标准83、结论 84钢平台振动原因分析及解决方案84.1钢平台振动因素可包括一下几点：81、振动测量方法1.1 加速度传感器压电加速度传感器主要应用的是压电效应，压电效应是最流行的形式。
主要使用加速力而受到的微观晶体结构，压力会在晶体中产生电压，加速度传感器将这个压力转换为速度和方向。
1.1.1工作原理如上图的模型所示，加速度传感器包含微观晶体结构，当发生振动时会产生电压，然后产生的电压会产生加速度的读数。
1.1.2优缺点压电加速度传感器的优点是：1）.结构简单，取材方便；2）.安装方便，使用寿命长。
压电加速度传感器的缺点：1）谐振频率高，容易受到声音的干扰；2）输出阻抗高，输出信号弱，传感器输出信号需要经过放大电路放大后才能送检测电路检测。
1.2 速度传感器速度传感器可以测量振动的速度。
它适用于低频振动测量和对振动的整体评估，速度传感器可以直接测量振动，并提供振动速度的输出信号。
与加速度传感器相比，速度传感器具有较低的灵敏度和频率响应。
图1（a）图1（b）1.2.1工作原理速度传感器的结构示意如图1（a）所示。
一个圆筒形的线圈固定在外壳内壁，线圈中间有一个永磁铁支承在弹簧上。
传感器的外壳固定在被测对象上，以承受振动。
永磁铁（参振质量）、弹簧和阻尼组成了一个单自由度系统图1（b）。
在设计时使该系统的固有频率远低于被测物振动的频率。
这时在被测物振动时，永磁铁在空间处于静止状态，永磁铁相对于线圈的运动即为被测物的运动。
布置方式：测量轴承座振动（简称座振）时，需要测量垂直、水平、轴向三个方向的振动，因此传感器的位置，也即测点的布置如下图所示。
速度加速度及振动检测
速度是单位时间内运动物体位移的变化量，工程上一般 分为直线运动速度（简称线速度）和旋转速度（简称转 速）。线速度的计量单位通常用m/s（米/秒）来表示， 转速的计量单位常用r/min（转/分）来表示。 加速度是速度变化量与发生这一变化所用时间的比值， 是描述物体速度改变快慢的物理量 。
通过测量加速度来测量物体的运动状态，加速度测量广 泛应用于航天、航空和航海的惯性导航系统及运载武器 的制导系统中。
（1）离心式转速表
主要部件是离心摆和测量弹 簧。 重锤在轴旋转时产生的离心 力Q=作用于弹簧上的力F
Q kQ 2
F kx
x
kQ k
2
故检测出位移量即可知道待测物的转速。此 位移变形通过放大机构使指针转动，在度盘 上指示出转轴角速度的大小。
数字式转速传感器:
数字式传感器: 把输入量转换成数字量输出 优点：测量精度和分辨力高，抗干扰能力强，能避免 在读标尺和曲线图时产生的人为误差，便于用 计算机处理。 最简单的数字式传感器是编码器(ADE) 角度数字编码器（码盘）或直线位移编码器（码尺） 原理分类：电触式、电容式、感应式和光电式等
（6）霍尔式转速传感器
由传感头和齿圈组成。传感头由永磁体，霍尔元件和 电子电路等组成。
永磁体的磁力 线穿过霍尔元 件通向齿轮。 当齿圈的齿准 霍尔元件时， 磁力线集中穿 过霍尔元件， 可产生较大的 霍尔电动势，
放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮的空隙对准霍尔元件时， 输出为低电平，对霍尔器件输出信号进行放大、整形，输出稳定 的方波脉冲信号，对脉冲信号计数即可测出转速。
转速测量-光电码盘
绝对光电码盘及其编码方式
绝对光电码盘是把旋转轴的旋转角度用二进制编 码输出，它可以检测绝对角度，并且当有外部 干扰或电源断电事故发生后恢复正常时，可以 立即准确检测位置信息。
JJG298_2015_标准振动台检定规程_解读_蔡晨光
一、规程修订的背景国际标准化组织机械振动、冲击与状态监测技术委员会第3分委会———振动冲击测量仪器的应用和校准分委会（ISO TC108/SC3）负责制定振动和冲击测量仪器校准的系列国际标准。
其中，ISO16063-11《激光干涉法振动绝对校准》和ISO16063-21《振动比较法校准》中给出的振动校准的频率范围都达到了0.4Hz～10kHz；而且ISO TC108/SC3正在讨论将振动校准的频率范围扩展到0.1Hz～20kHz。
我国在国际计量局关键比对数据库（BIPM KCDB）中发布的振动校准测量能力（CMCs）的频率范围为0.1Hz～20kHz。
JJF2054-2015《振动计量器具检定系统表》中的频率范围为0.005Hz～20kHz。
JJG298-2005《中频标准振动台（比较法）检定规程》（以下简称“旧规程”）适用的频率范围仅为20Hz～2kHz，无法满足国际标准和振动量值传递的要求，因此需要对其进行修订。
针对标准振动台的检定、校准及其在振动量值传递过程中的影响，起草组向国内外主要标准振动台生产厂家和国内标准振动台使用单位进行了广泛调研，并实际测试了国内在用的多数标准振动台的性能，发现标准振动台的检定/校准存在以下几个主要问题：（1）旧规程无法覆盖振动标准装置的测量范围；（2）部分标准振动台系统集成的测量系统无法单独送检；（3）检定结果在振动校准结果的不确定度评定中如何使用不清楚；（4）对计量性能指标争议较大，有的厂家认为要高，有的认为要低。
因此，此次规程的修订主要参照以下内容：（1）ISO16063-11；（2）ISO16063-21；（3）ISO16063-41: 2011《激光测振仪校准》；（4）BIPM KCDB中公布的我国的CMCs能力；（5）国内在用的各种标准振动台的技术指标。
经多方努力，2015年12月7日，JJG298―2015《标准振动台检定规程》（以下简称“新规程”）由国家质检总局批准发布，并自2016年6月7日起实施。
振动加速度传感器 参数指标及测试方法
关于加速度指标的表示方法及测试方法黄正本文仅说明常用指标，对于相频响应、功率谱密度等指标，需要时另描述。
案例1MOI 7100加速度传感器1：频响表示方法1.1参考灵敏度，指在什么频率下（一般惯例是160Hz，或者100Hz），什么温度下（如果有温补要求），在多少加速度条件下，测试出来的灵敏度。
该灵敏度是校准值，是正确的。
例如，F=160Hz，幅值2G，FT810测试加速度计的得到的波长变化量为417.7pm，那么该单位为:285.35pc/g ;1.3频响的表示方法表示在幅值频率响应范围内，某频率处的灵敏度，相对于参考灵敏度（它是准确的），允许的一个误差范围；它可以用百分比表示，或者用dB表示；通常用±5%、±10%或者±1dB，±3dB；1）通常，频响的表示方法是采样图表的形式表示更为准确。
2）也可以采用如下的表示方法即：±5%和±3dB两个指标；尤其是产品指标不好的情况下，采用这种方式表示。
但是，特别强调一点，允许单调变化，如果不是单调变化，通常归也为指标很差。
也就是要么频响曲线缓慢上升或者下降（允许弯曲），但不应该是时大时小毫无规律。
1.4横向灵敏度理想情况下，与轴向垂直90度的方向的灵敏度，与参考灵敏度相比，应该是0%；但由于制造等原因，这个横向灵敏度可高达±5%。
2：频响的测试方法2.1按1/1倍频程或者1/3倍频程选择要测试的频率点；2.2 选择加速度幅值；2.3 按选定的频点，进行定频测试，每次测试一段时间，如100Hz时，测试20s，保存数据。
2.4数据分析1）对每个频点，可选择时域a)峰峰值or b)有效值，可通过平均的方式获取；也可以选择fft，对应频点的幅值；2）将所有的幅值Sai，和参考灵敏度所对应频点的幅值Sa0进行比较。
3）画图：纵坐标：（Sai-Sa0）/Sa0 * 100%,横坐标：对应的Sai的频点。
加速度传感器检定规程
加速度传感器检定规程
加速度传感器检定规程通常包括以下内容：
1. 设备检查：检查加速度传感器是否损坏或老化，确保传感器的外观和内部部件正常。
2. 环境条件：确认检定过程中的环境条件，例如温度、湿度、低频振动等，确保测试结果的准确性。
3. 校准：使用已知准确度的标准加速度传感器对待测传感器进行校准，校准过程中需记录标准传感器和待测传感器的输出值。
4. 全检定和抽样检定：根据需求，可以选择对所有传感器进行检定，或者抽取样本进行检定。
5. 检定参数：检定加速度传感器的参数通常包括灵敏度、线性度、频率响应、零偏等。
6. 检定方法：根据传感器的类型和要求，选择合适的检定方法，例如自由振动法、瞬态法、稳态法等。
7. 检定结果：对检定结果进行分析和评估，根据要求判定传感器是否合格。
8. 记录和报告：将检定过程中的相关数据记录下来，生成检定报告，包括样品信息、检定方法和结果等。
9. 保养和维护：在检定后对传感器进行保养和维护，确保其长期可靠地工作。
总结：加速度传感器检定规程主要包括设备检查、环境条件设定、校准、全检定和抽样检定、检定参数设置、检定方法选择、检定结果分析和评估、记录和报告生成、保养和维护等内容，通过规范的检定过程，确保加速度传感器的准确性和可靠性。
基于振动台的加速度传感器灵敏度的标定
１ 引言
Ａ Ｃ － ２ ３加速 度传 感 器 广 泛应 用 于 振 动 、 冲击 的测量 Ｊ ， 是一种拾取振 动加速度信号 、 输 出电信 号 的能 量转换 部 件 ， 可 以实 现各 种低 频 、 超 低频 振 动 测量 ｊ 。在地 震 波 信 号 拾 取 、 检测过程 中， 加 速 度 传 感器 的主要 参 数—— 灵 敏 度 的准 确 与 否 ， 直 接 关 系到最 终检 测结 果 的准 确 性 。 因此 ， 对 加 速 度 传 感 器 灵敏 度 的标定 是保 证结 果 可信度 的主要手 段 。横 向输 出也是 影 响加 速度传 感器 灵敏 度精 度 的一个 因
振 动试 验 台 的作 用 是 提 供模 拟 的振 动 环 率和强度的振动过程 。
素。研究横 向灵敏度 可以减少横 向振动对传感
器灵 敏度 的影 响 。
２ 基 本技术指标
２ ． １ 低频振动 系统 的技术指标
频率范围： ０ ～ ５ ０ Ｈ ｚ ； 加速度范围： ０～ ５ ｇ ； Ａ Ｃ － ６ ３
Ｃ ｈ ｅ ｎ Ｃ ｈ ｕ ａ ￣ｕ ｎ ａ ｎ ｄ Ｃ ｈ ｅ ｎ Ｚ ｈ ｉ ｇ ａ ｏ
（ Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆＳ ｅ ｉ ｓ ｍｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍ ｅ ｎ ｔ ， Ｉ ｓｔ ｎ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｆＳ ｏ ｅ ｉ ｓ ｍ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｃ Ｅ Ａ，Ｗ ｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ７ １ ） Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｖ ｅ ｒ ｓ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａ Ｃ － ２ ３ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ｏ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ａ ｒ ｅ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ｗ ．
闸门振动监测加速度传感器设计
• 196•闸门振动是闸门系统中最为关键的水力学问题；在闸门运行中，其振动特性与闸门结构自振特性及流体力学紧密相关，尤其是在闸门开启、闭合进程中由于流体冲击与闸门启闭设备的相互作用会引起闸门无规律振动，是导致闸门疲劳损坏的关键因素，将直接影响闸门的运行、甚至危机水利枢纽安全。
本文针对闸门振动特性，设计了一种基于ADXL356的高灵敏度加速度传感器，重点分析、研究了新型MEMS 电容式三轴加速度传感器的工作原理，设计了其外围电路，并对实际工程中传感器隔水、防腐蚀和防水压等传感器封装进行了分析、研究和设计，实际工程应用验证了该设计的工程应用的有效性。
重大水利工程是强化水旱灾害防治、优化水资源配置、改善水生态环境、促进流域区域协调发展的重要手段，由于闸门在开启过程中水流冲击与启闭机的相互作用极易引起闸门无规律振动，这将导致闸门疲劳损坏，影响闸门寿命，因此，闸门振动实时监测是水库安全运行的重要工程问题。
随着微机电系统（MEMS ）技术的飞速发展,基于MEMS 的三轴传感器具有较高的灵敏度,且重量轻、功耗低、耐用性好，将其应用于大型钢闸门振动监测具有天然优势。
本文分析、设计了适用于水下监测的基于MEMS 的低频加速度传感器，对传感器进行了特定工程需求的封装、校准和标定，以满足实际工程应用的要求。
1 加速度传感器的工作原理加速度传感器是感知加速度物理信号、并将其转换为可测量电信号的器件，基本加速度计的组成元素包含：质量块、弹性件、阻尼元件和限位件。
本文设计采用基于ADXL356芯片的加速度传感器，利用通过改变极距来改变电容，从而改变电压的输出来测量加速度的值。
有绝缘介质分开的两个平行金属板组成平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为：(1)式中：ε-电容极板间介质的介电常数，ε = ε0εr ，其中ε0为真空的介电常数，εr 为极板间介质相对介质常数：A -两平行板所覆盖的面积；d -两平行板之间的距离。
加速度计校准
三.加速度计及传声器的校准与校准系统----------------------------------- P.131) 加速度计的校准简介------------------------------------------------------------P.132) 加速度计的校准系统------------------------------------------------------P.141.磁悬浮空气轴承加速度计校准系统(5Hz-20KHz)---------------------------------------- P.142.超低频大振幅空气轴承低频加速度计校准系统(DC-500Hz)-------------------------------P.153.冲击加速度校准系统(20g-10000g)--------------------------------------------------- P.154.Hopkinson 弹性桿大冲击加速度校准系统( >100000g)---------------------------------- P.155.便携式加速度计校准器------------------------------------------------------------- P.166.传感器橫向灵敏度校准系统 ---------------------------------------------------------P.163)传声器的校准系统--------------------------------------------------------------P.171. 传声器校准工作站 9350 C ----------------------------------------------------------P.172. 915A01型号的活塞发生器式组件 -----------------------------------------------------P.174) 压传感器校准-------------------------------------------------------------------P.171.静压传感器校准 -------------------------------------------------------------------P.172. 动态压力传感器校准 ---------------------------------------------------------------P.18三.加速度计的校准与校准系统1)加速度计的校准简介振动与冲击测量中所使用的加速度传感器,出厂需要检定其全面技朮性能.给出灵敏度,非线性,频响等性能指标;使用一段時间后(如一年后),或每次重要測試前后都要对传感器重新进行检定.加速度传感器检定的项目可分为三类: a)工作特性的校准:包括参攷灵敏度,频率响应,谐振频率,幅值线性, 橫向灵敏度比,电阻抗等. b)环境特性的校准:包括极限加速度,温度响应,极限工作温度,基座应变灵敏度,声灵敏度, 磁灵敏度等. c)物理,几何参数:包括重量,极性,安装螺纹,几何尺寸等.其中工作特性的校准为主耍检定的项目.在进行传感器检定時,要严格遵守有关检定规程.为获得最好的測試精度,传感器应与其配套的放大器联合校准.A)加速度传感器灵敏度的校准: 加速度传感器灵敏度是指它所接受的加速度与它所产生的电量(电荷或电压)之比.通常以电荷灵敏度 pc/g (pc s2/m)或电压灵敏度mv/g(mv s2/m) 表示.校淮方法有:a)絕对法校淮,又称振幅測量法,即将被校加速度传感器安装在一高精度的振动台上,通过激光干涉測振仪准确测量振幅(Xo),和測量出振动频率 (f ),再计算出被校加速度传感器灵敏度:S a = U/(2 f )2Xo式中 U ----被校加速度传感器输出电压(峯值)f ---- 振动频率;Xo -------- 振动振幅.校准不确定度,在参攷频率点可达 +/- 0.5% 或更好,在频率超过2kHz-10kHz,约为1-2%.b)比较法校淮, 又称背对背比较法, 如下图所示,將被校加速度传感器安装在参攷的标准加速度传感器上(背上),然后一起安装到校准用振动台面上.通过频率(f)电信号放大后,驱动校准用振动台产生振动.通过測量被校加速度传感器和标准加速度传感器输出电压之比(k),就可获得被校加速度传感器灵敏度 S a :S a = kS r其中 S r是参攷的标准加速度传感器灵敏度. 校准不确定度,在参攷频率点可达+/-1% 或更好,在频率超过2kHz-10kHz,约为2-3%.B)加速度传感器幅值线性度的标定:同樣也有絕对法校淮和比较法校淮.再此仅介绍较常用的比较法校淮.也是將被校加速度传感器安装在参攷的标准加速度传感器上(背上),但是它是一起安装到能产生较大加速度(大到10000g)的校准用冲击台面上.不确定性约2.5% - 5%.而幅值线性度指标,一般规定,用于振动測量为 <5%;而用于冲击測量为<10%.有关幅幅值线性度的计算方法采用最小二乘法,可参照中国标准总局JJG-233-81”压电加速度计检定规程”.2)加速度计校准系统美国压电有限公司在其应用领域提供多种校准和测试服务。
选择振动测量加速度传感器的方法
工业级别振动测量加速度传感器实际应用是根据测量对象和与测量系统的组合。
在类似情况下对测量对象进行实时监测即所谓在线监测其次需要定期对测量对象巡回检测。
相对于其他的环境工业振动测量的周边环境相对都比较恶劣，在线监测的加速度传感器到数字采集系统一般都有需要在一定的距离，因此高阻抗的电荷信号就非常容易受干扰。
除现场是高温测量外，工业振动在线监测用的传感器通常都选用带内置电路的电压输出型。
而对巡回检测用传感器往往因为出于对成本的考虑大多使用电荷输出型压电加速度传感器。
工业操作振动的测量一般的灵敏度考虑在50mV/g， 100mV/g 和 200 mV/g 的加速度传感器，然而对传感器的频率范围则必须根据不同的测量对象进行选择。
需要指出的是加速度传感器的安装形式和质量好坏以及不同的电缆配备都会直接影响到传感器的高频使用。
这些影响频响的因素虽不能从传感器的技术指标上完全反映，但都是工业振动加速度传感器使用中常见的问题。
一般情况下使用加速度传感器测量旋转冲击设备的振动速度是非常理想的，虽然有需要考虑温度对测量的结果有所影响，这个也是如今加速度测量的一个难题。
但是如果真正的考虑，主要问题然而也不是温度，而是量程和灵敏度。
如果加速度传感器的偏置电压不稳定，这将直接影响测量信号。
目前法国的传感器在这些方面的改进是最理想的，由于工业测量现场环境条件复杂多变，因此在电缆选择时首先要确保信号的质量，将外部噪声对信号的干扰降低到最小；可以直流电压供电，输出4-20mA的专业工业加速度传感器，其次是考虑电缆的寿命和使用方便程度。
在法国加速度传感器也称加计，高低精度的加速度传感器、微加速度计、加表，不同响应频率，各种精度。
可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，结构物、环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。
微机械结构，微型尺寸，可以直接焊接在PCB版上。
HS5936型振动测试仪操作规程
HS5936型振动测试仪操作规程一、主要技术参数和性能1.1 振动传感器a) 振动传感器: 压电式加速度计b) 电荷灵敏度: 4 PC/ms-2± 2 PC/ms-2c) 频率范围: 1Hz ～10000 Hzd) 最大可测加速度: 10000 m/s21.2 测量范围1.2.1 量程分档量程分高(H)、低 (L) 二档,手动换档。
1.2.2 各量程档测量范围见表11.3真实有效值RMS、峰值P、峰峰值P-P。
1.4 显示器4位半 LCD显示，设有最大有效值保持功能。
显示周期约1 秒。
1.5 交、直流输出用Φ3.5 双通道插座输出。
满度输出约2V有效值，输出阻抗为2kΩ±60Ω1.6 准确度优于 5%±2个字( 小数点后第1位) 。
1.7 电源1.7.1 外接直流电源: DC 9V。
1.7.2 内部电池 7.5 V ，5 节LR6 型高性能碱性电池。
1.8 外形尺寸l×b×h: 237mm × 81mm × 34 mm1.9 质量约400g(含传感器、磁固定头)1.10 工作环境操作温度: -10℃～50 ℃相对湿度: 20%～90% RH二、仪器使用2.1 使用前的准备图1 各部件说明2.1.1 装电池: 打开电池盒盖板，依照极性标志装入 5 节 5 号高性能碱性电池。
当使用外接电源时，外接直流电源电压为9V，输入插孔的外圈为电源正极，内圈为电源负极，请注意正负极性，切勿接反。
2.1.2 取下保护罩，并且保管好，小心接上电缆接头并拧紧。
2.1.3 安装加速度计时，表面要求清洁平滑，加速度计敏感轴应该与被测物体的运动方向一致，按被测物体的形状大小，质量及振动频率情况选用测振附件与固定方法，以保证测量精度。
选用测振附件不同，仪器的有效频率范围不同，一般为:a) 测振杆 5Hz ～ 500Hz （手持针式,园与尖头一般用于孔中或槽中不平位置。
JJG 644—1990振动位移传感器检定规程
振动位移传感器检定规程JJG 644—1990目录一概述二技术要求三检定条件（一）检定的环境条件（二）检定设备四检定项目和检定方法（一）外观检查（二）示值检定五检定结果处理和检定周期附录检定项目的选择振动位移传感器检定规程JJG 644—1990Verification Regulation ofVibration DisplacementTrensducer本检定规程经国家技术监督局于1990年2月26日批准，并自1991年1月1日起施行。
归口单位：北京市标准计量局起草单位：北京市计量科学研究所本规程技术条文由起草单位负责解释。
本规程主要起草人：刘维瑾（北京市计量科学研究所）参加起草人：周汉安（清华大学）陈锋（浙江大学）李逢春（航空航天部六○八研究所）卜卫军（航空航天部六○八研究所）戚坚（北京测振仪器厂）振动位移传感器检定规程本规程适用于新制造、使用中和修理后的电感式、电容式及电阻式位移传感器的检定。
一概述位移传感器是位移测量仪的主要组成部分，是利用电阻、电感、电容量的变化把机械位移量转变为电压或电流的变化量，用于测量位移及振幅。
二技术要求1位移传感器静态校准时的灵敏度误差、示值线性度、回程误差、示值变动度、零值误差、温漂及示值稳定度见表1。
表12位移传感器的动态校准时参考灵敏度误差见表2，频率响应见表3。
表2表3三检定条件（一）检定的环境条件3温度20±5℃；4相对湿度＜85%；5电源电压220V±10%，电源频率50Hz；6周围无强电磁场干扰，无腐蚀性气体、液体、无强震。
（二）检定设备7静态检定设备见表4。
表4* 有条件的单位可选用动态测量干涉仪。
** L ——量块长度（m ） 8 动态检定所用设备见表5。
表5四 检定项目和检定方法（一）外观检查9 位移传感器外壳表面不允许有明显划痕，引出线不得有松动。
10 位移传感器必须标明制造厂名，型号和编号，出厂年、月及生产许可证的标记。
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以下是加速度振动传感器检定的一般规程，供参考：
1. 仪器准备：
-确保检定仪器和设备完好，并有相关的校准证书；
-根据需要选择合适的检定工具和辅助设备；
-检查环境条件是否符合要求，如温度、湿度等。
2. 校准前准备：
-清洁传感器表面并确保无杂质影响；
-检查传感器连接线路及接头是否正常；
-预热传感器至稳定工作温度。
3. 检定过程：
-连接传感器与检定仪器，并校准仪器；
-设置检定参数，如频率范围、测量模式等；
-运行检定程序，记录传感器输出值；
-在不同频率下重复检定步骤，以获得多个数据点。
4. 数据处理：
-对获得的数据进行统计和分析，计算平均值、标准差等指标；
-与先前的校准结果进行对比，判断传感器是否在
规定误差范围内；
-如有必要，进行数据修正或调整。
5. 校准结果和报告：
-根据检定结果，判断传感器的准确度和稳定性；
-在校准证书上记录检定结果，并签署确认；
-编写校准报告，包括仪器信息、检定过程、数据分析等。
在进行加速度振动传感器检定时，建议参考相关的国家标准或行业规范，以确保操作的准确性和可靠性。
同时，注意个人安全和仪器设备的保护。