加速度傳感器的低頻測試方法

加速度傳感器作為慣性測量元器件廣泛用于各種運(yùn)動(dòng)測量。其中傳感器的低頻響應(yīng)特性對沖擊、地震、低頻擺動(dòng)、姿態(tài)測量等應(yīng)用尤其關(guān)鍵。低頻振動(dòng)測試一般用長行程振動(dòng)臺或者相對重力加速度旋轉(zhuǎn)法測試。

長行程振動(dòng)臺是標(biāo)準(zhǔn)電磁振動(dòng)臺的演變形態(tài)，其電樞由標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺的薄膜或拉繩支撐變成直線軸承支撐，使得電樞的行程大大擴(kuò)展。其測量頻率下限由標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺的5Hz左右延伸至0.1Hz左右。由于位移不變時(shí)加速度跟頻率的平方成反比關(guān)系，振動(dòng)臺產(chǎn)生的加速度在低頻段急劇減少。如行程為158 mm的振動(dòng)臺，在0.1Hz時(shí)，產(chǎn)生的加速度僅為6mg。在這種低加速度激勵(lì)條件下，正確的安裝方式對獲得準(zhǔn)確的測試結(jié)果尤為重要。

圖1 長行程振動(dòng)臺

如圖2所示，將傳感器輸出電纜自由放置，這種情形下由于傳感器相對線纜在往返移動(dòng)，線纜會(huì)牽扯傳感器，從而產(chǎn)生額外的力和加速度，導(dǎo)致輸出結(jié)果不穩(wěn)定。

圖2 線纜無錨定

正確的做法如圖3所示，將傳感器出線很短的地方錨地在振動(dòng)臺上，這樣錨點(diǎn)和傳感器之間的線纜先對傳感器靜止，不會(huì)額外產(chǎn)生位移，從而可以得到準(zhǔn)確的結(jié)果。

圖3 線纜單點(diǎn)錨定

更進(jìn)一步，如圖4所示，當(dāng)線纜比較粗或者僵硬時(shí)，單個(gè)點(diǎn)錨定后，線纜在運(yùn)動(dòng)過程中仍舊會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，這時(shí)需要雙點(diǎn)錨定以達(dá)到的測試效果。

圖4 線纜雙點(diǎn)錨定

測試過程中，標(biāo)準(zhǔn)傳感器和被測傳感器需要同樣的錨定線纜，以獲得精確的測量結(jié)果。

相對重力加速度旋轉(zhuǎn)法讓傳感器敏感方向在沿重力加速度的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而在傳感器上等效加載幅值為1g的正弦加速度，如圖5所示，將傳感器置于圓盤中心，圓盤以轉(zhuǎn)速ω旋轉(zhuǎn)，則得到頻率為ω的正弦加速度。這種方法加載加速度準(zhǔn)確，頻率可無限降低，加載加速度不隨頻率降低而減小，適合5Hz以下的低頻測量。由于加載的加速度恒定為1g，無法測量量程小于1g的傳感器。同時(shí)頻率上升時(shí)，離心加速度會(huì)變大，干擾測試，故需要將傳感器感應(yīng)中心準(zhǔn)確置于旋轉(zhuǎn)中心。測量時(shí)轉(zhuǎn)盤需勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，防止切線加速度影響測量。與長行程振動(dòng)測試一樣，傳感器引出線纜需錨定在轉(zhuǎn)盤上，避免引入干擾。

圖5 以恒定角速度旋轉(zhuǎn)加載正弦加速度示意圖

數(shù)據(jù)采集:

低頻測試時(shí)，采集設(shè)備和傳感器之間的信號接口需確認(rèn)。

對于DC型加速度傳感器（可變電容，壓阻型等），一般采用直流耦合，可得到準(zhǔn)確的信號。

對于AC型加速度傳感器（壓電型，電磁型等），很多情況下需要交流耦合以消除偏置電壓的影響。這種情況下需要確保交流耦合的起始頻率遠(yuǎn)低于傳感器的工作頻率。如果采集設(shè)備交流耦合起始頻率較高，需要外置交流耦合電路，耦合后采集設(shè)備用直流耦合的方式測量。另一種消除偏置電壓的方式是在傳感器和采集器之間插入減法電路，減除電壓的大小需根據(jù)傳感器偏置電壓調(diào)節(jié)，確保輸入到采集設(shè)備的偏置電壓接近0V。減除偏置電壓后采集設(shè)備需用直流耦合的方式采集。

總之，加速度傳感器低頻測試需關(guān)注安裝、引線方式；同時(shí)設(shè)計(jì)好的信號耦合方式。長行程振動(dòng)臺適合0.5~20Hz的頻率響應(yīng)測量，旋轉(zhuǎn)重力法適合<5Hz的頻率響應(yīng)測量。如有疑問或需要進(jìn)一步的技術(shù)支持，請聯(lián)系我們：