基于恒定重力加速度的低頻測試方法

頻響（全稱為：靈敏度頻率響應）是加速度傳感器的一項重要指標，其定義是：頻響 = 特定頻率點的靈敏度/參考頻率點（一般是100Hz）的靈敏度*99%。其代表加速度傳感器靈敏度對振動頻率的變化，這個變化越小，代表傳感器性能越好。頻響是加速度傳感器出廠前必須測試的重要項目，然而，低頻測試由于現(xiàn)有技術(shù)局限，測試不準，耗時長，設(shè)備占用空間大，一直是行業(yè)痛點。

傳統(tǒng)的測試方法是采用長行程的線性往復運動裝置（如下圖），將傳感器安裝在裝置側(cè)面一端，頻率設(shè)定后，通過調(diào)節(jié)加速度值使設(shè)備不超過行程的情況下，讀取傳感器輸出電壓值，計算靈敏度。

其算法基于振動位移公式y(tǒng)=x*Sin2πft，解釋如下：

y：振子位移

x: 振動設(shè)備行程

f：振動頻率

t: 時間

對上述公式求二階導數(shù)得到加速度對時間的表達式為：

a=4π^2*f^2*x*Sin2πft

假設(shè)需要測試的頻率是0.1Hz，設(shè)備行程為0.1m，則加速度為0.04m/s^2,這是個很小的振動幅值，在此振動烈度下，傳感器的信號輸出很小，基本被噪聲淹沒，導致測試誤差很大。

克服噪聲影響需要提高振動幅值。假設(shè)需要測試的頻率仍然是0.1Hz如果把加速度值增加到0.4 m/s^2，則需要測試設(shè)備的行程達到1米！這在振動測試領(lǐng)域是很難現(xiàn)實的。

反過來，對于行程只有0.1m的測試設(shè)備，要達到0.4 m/s^2振動幅值，那么其測試能力只能到0.3Hz，遠遠達不到0.1Hz的要求。

這就是現(xiàn)有技術(shù)水準。行業(yè)真實需求如下：

• 精確測到0.1Hz以下

• 振幅足夠，不受噪聲干擾

• 設(shè)備小巧（行程小）

森瑟科技基于重力加速度恒定的原理，設(shè)計精巧旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，提供了加速度傳感器低頻測試的解決方案。旋轉(zhuǎn)加速度法低頻測試設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意如下：

1.減速電機

2.旋轉(zhuǎn)軸

3.傳感器

電機1靜止時，傳感器3安裝于旋轉(zhuǎn)軸2的端面。安裝時，傳感器質(zhì)量中心與軸心共線，避免旋轉(zhuǎn)時的離心加速度，傳感器敏感正方向垂直地面指向上方，定義此時傳感器位置為0度位置。此時，傳感器承受1g的加速度（即重力加速度）。電機1啟動，按圖示方向旋轉(zhuǎn)90度，傳感器敏感方向水平指向右側(cè)，此時傳感器承受加速度為0；電機繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到180度位置時，傳感器敏感方向指向地面，此時傳感器承受-1g的加速度，即反向重力加速度。以此例推，當電機旋轉(zhuǎn)一周的過程中，傳感器的加速度從1gà0à-1gà0à1g，符合正弦曲線。任意時間t的加速度表述為：a=A*Cos2πft

由上述原理可知，A=1g（即1個重力加速度），也就是說，不管頻率如何，一個周期內(nèi)的加速度峰值可達到1g，這就解決了加速度值太小，導致輸出信號太小，引起測量誤差大的問題。

該設(shè)計中，頻率由減速電機決定，0.1Hz意味著10秒電機轉(zhuǎn)一周，這是可行的，通過減速，甚至低到0.01Hz。

旋轉(zhuǎn)重力法解決了低頻測試中2個相互矛盾的需求，使得低頻和加速度振幅可以兼得，其優(yōu)點可以概括為：

• 高精度，一個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)的加速度峰值始終在1g，輸出信號強，不受噪聲干擾。

• 頻率低，可測低于0.1Hz的振動。

• 測試效率高，成本低。