超低頻傳感器標定系統

1.超低頻傳感器標定系統系統介紹與應用  

在設計傳感器或使用傳感器時，傳感器的頻響特性和靈敏度是相當重要的技術指標。是專為標定速度、加速度傳感器的頻響特性曲線和靈敏度而設計的，用該系統能對“傳感器頻響特性曲線標定"實現計算機自動閉環控制，測量標準傳感器和被標定傳感器的頻率幅值，計算被標定傳感器的頻率響應和靈敏度，根據用戶要求完成頻響特性曲線的標定。  

該系統可應用于計量研究院所、振動科研實驗室、傳感器研究和生產單位等。  

應用專有技術，該系統亦可標定速度傳感器（檢波器）的靈敏度和頻響曲線，這種速度傳感器廣泛應用于石油物探、廠礦機械振動監測等領域。  

2.系統組成  

2.1 WS-5937標定控制儀1臺；  

2.2 WS-PA-30D或WS-PA-50D低頻功率放大器1臺；
 

2.3 低頻激振器JZ-20D 1臺或JZ-50D 1臺；  

2.4 傳感器標定軟件Vib’SIN 1套；  

2.5 標準傳感器1只；  

2.6 計算機1臺（可自備）；  

3.軟件界面  

4.系統組成邏輯框圖  

5.功能  

5.1 按用戶自定義掃頻點和幅值掃頻；  

5.2 軟件自動生成掃描曲線，等頻率間隔、等幅值掃描；  

5.3 幅值誤差自動控制；  

5.4 自動生成頻響特性曲線數據；  

5.5 頻響特性曲線繪圖（線性、對數）；  

5.6 程控信號發生器，波形選擇：正弦波，單頻信號輸出，信號掃頻，頻率駐留；  

5.7 在線幫助；  

6.技術指標  

6.1 WS-5937標定控制儀  

6.1.1數據采集和控制信號：  

1) 計算機USB接口控制、采集；  

2) 數據采集頻率60kHz/通道；  

3)24位4路數據采集，輸入范圍±5V；  

4) 1路16位D/A數模轉換信號輸出通道；  

5) 控制信號輸出幅值±10V；幅值分辨率16位，幅值控制精度0.1%FS；  

6) 控制掃頻頻率范圍0.1Hz~50kHz；頻率分辨率28位，頻率控制精度0.01Hz；  

7) 供電電壓：100V~240V(AC)；  

 8) 尺寸：寬365×高70×深365mm；  

6.1.2電荷放大器：  

1) OLED顯示參數；  

2) 一個編碼器鍵設置所有電荷放大器參數；  

3) 通 道 數：2通道；  

4) 輸入范圍：±100000pC；                        

5) 增    益：5檔；  

6) 歸 一 化：0.1~999；          

7) 精度：加速度: ≤±0.5％；  

速  度: ≤±0.5％；  

位  移: ≤±2.0％；  

8) 頻率范圍：加速度: 0.3Hz~50kHz；  

速  度: 1.0Hz~10kHz；  

位  移: 1.0Hz~1kHz；  

9) 低通濾波器：① 濾波方式：程控8階連續濾波；  

② 程控低通濾波頻率：1Hz~50kHz（任意設定）  

③ 濾波器阻帶衰減：-80dB/Oct；  

10) 輸出電壓：±10V  

11) 過載指示：輸入電壓超過±9.8V時LED指示燈亮；  

12) 輸出噪聲：≤5×10^-3pC(增益折合到輸入端)  

13) 輸入阻抗：10¹²Ω  

14) 輸出電阻：<1Ω  

15) 輸出電流：15mA  

16) 工作溫度、濕度：-10~50℃、<85％RH（無凝）  

6.1.3IEPE適配器  

1) OLED顯示參數；                                

2) 一個編碼器鍵設置所有IEPE放大器參數；  

3) 通道數：2通道；          

4) 電壓輸入范圍：±5V；  

5) 增益：5檔；  

6) 精度：加速度：≤±0.5％，  

             速    度：≤±0.5％，  

             位    移：≤±2，  

7) 頻率范圍：加速度：0.1Hz~50kHz；  

                    速   度：1Hz~10kHz；  

                    位   移：1Hz~1kHz；  

8）低通濾波器：濾波方式：程控8階連續濾波，  

                         程控低通濾波頻率：1Hz~50kHz（任意設定）；  

                          濾波器阻帶衰減：-80dB/Oct；  

9）過載指示：輸入電壓超過±9.8V時LED指示燈亮；  

10）信噪比：＞50dB；  

11）噪聲≤5mVrms；  

12）非線性誤差：＜0.5%；  

13）輸出電阻：＜1Ω；  

14）輸出電流：15mA；  

15）工作溫度：-10~50℃；  

6.2WS-PA-30D功率放大器  

              1）輸出功率：30W；  

2）輸出電流：3A；  

                   3）輸出電壓：±10V；  

                   4）頻率范圍：DC~5kHz；  

                   5）輸出阻抗：1Ω；  

                   6）失  真  度：＜2%；  

                   7）噪        聲：＜5mV；        

6.3超低頻激振器                        

6.3.1 JZ-20D超低頻激振器基本技術指標(選擇1)  

1）工作頻率：0.1~500Hz；                                  

2）位       移：±10mm；  

3）電       流：10A；  

3）荷        載：1000g；                                                                              

6.3.2 JZ-50D超低頻激振器基本技術指標（選擇2）          

1）工作頻率：0.1~500Hz                      

2）位       移：±10mm；  

3）電       流：10A；  

4）荷      載：3000g  

6.4標準加速度傳感器指標（選配）  

6.4.1型號：BK-8305（選配）  

制 造 商：丹麥B&K；  

符合標準：ISO 5347；  

靈 敏 度：1.25pC/g；  

工作頻率：1~5000Hz；  

諧振頻率：35kHz；  

測量范圍：1000g；  

重    量：45g；  

工作溫度：-74℃~250℃；                        

應    用：用于標定傳感器的靈敏度標定；        

說   明：由于BK-8305價格比較高，可以選購其它品牌或國產價格適當加速度傳感器，然后定期到計量檢測單位標定后用于傳感器標定亦可。  

6.4.2型號：WS107  

靈 敏 度：5.5pC/ms^-2；  

工作頻率：0.5~5000Hz；  

諧振頻率：25kHz；  

測量范圍：3000g；  

重       量：30g；  

工作溫度：-20℃~50℃；                  

應      用：用于標定傳感器的靈敏度標定    

  6.5 激光位移傳感器指標(選配)  

              型       號：LK-H052+LK-G5001P；  

              制  造  商：基恩士；
 

                  參考距離：50mm；  

                  測試范圍：±10mm；  

                  線       性：±0.02%F.S；  

                  再  線  性：0.025μm；  

                  周圍溫度：0℃~50℃；  

                  取樣頻率：2.55/5/10/20/50/100/200/500/1000μs（可選擇9種級別）；  

                  應       用：用于超低頻傳感器的靈敏度標定（頻率0~10Hz）；  

7.定貨型號
 

8.超低頻振動臺JZ-20D和JZ-50D自身頻響曲線  

               超低頻振動臺JZ-20D頻響曲線（1~500Hz）  

                              超低頻振動臺JZ-50D頻響曲線(0.1~100Hz)  

9.傳感器頻響特性曲線示例  

9.1 示例1：4.5Hz速度檢波器頻響和相位曲線  

                         4.5Hz速度檢波器頻響和相位曲線1~500Hz  

                          4.5Hz速度檢波器頻響和相位曲線1~50Hz  

9.2 示例2：10Hz速度檢波器頻響和相位曲線  

                      10Hz速度檢波器頻響和相位曲線1~50Hz  

                      10Hz速度檢波器頻響和相位曲線1~500Hz  

9.3 示例2：某低頻加速度傳感器響曲線  

這只傳感器的技術參數上寫有頻響從0.2至2500Hz，500mV/g。用低頻標定時從0.1至0.7Hz出現非線性（曲線由高到低），原因是傳感器的靈敏度低，在測低頻時，傳感器自身的噪聲已經大于標定臺的標定值。  

                                           頻響曲線0.1~10Hz  

                                           頻響曲線0.1~80Hz  

10.標定問題：該系統是否準確呢？  

不論標定系統采用的功率放大器和激振器是國產或進口儀器設備，系統始終存在著非線性，但傳感器標定采用的是比對法（通常稱為“背靠背法"），標定以標準傳感器為基準來標定其它傳感器，本系統推薦使用丹麥B&K公司的2只標準傳感器，B&K-4374S主要用于標定傳感器的頻響曲線，而B&K-8305主要用于標定傳感器的靈敏度和低頻傳感器的頻響曲線，目前國內計量部門基本采用丹麥B&K-8305來做為標準傳感器，丹麥B&K-8305傳感器采用激光優良法校準，滿足國際標準ISO 16063-11 (以前的ISO 5347) 的要求。  

11.加速度、速度、位移三聯譜  

從加速度、速度、位移三聯譜可查出他們3個量值在某頻率（Hz）下的對應關系。從圖中能看出，在低頻時，位移量比較大；在高頻時，位移很小。  

圖中單位、顏色：桔色加速度Acceleration（m/s²），黑色速度Velocity（mm/s），藍色位移Displacement（mm），黑色頻率Frequency（Hz）。