超低頻傳感器標定系統

1.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。WS-5937超低頻傳感器標定系統是專為標定低頻速度、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，該系統亦可標定超低頻速度傳感器（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（伏頻、相頻）；

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~500Hz，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(最高增益折合到輸入端)

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）

6.1.3 IEPE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℃；

6.2 WS-PA-30D功率放大器

1) 輸出功率：30W；                          

2) 最大輸出電流：3A；

3) 最大輸出電壓：±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低頻激振器                      

6.2.1 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）最大位移：±10mm；

3）最大電流：10A；

4）荷   載：1000g                                                                        

6.2.2 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）最大位移：±10mm；

3）最大電流：10A；

4）荷   載：3000g

6.4標準加速度傳感器指標（選配）

6.3.1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；

最大測量：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。

6.3.2型號：WS107

制 造 商：北京波譜公司；

靈 敏 度：5.5pC/ms^-2；

工作頻率：0.5~5000Hz；

諧振頻率：25kHz；

最大測量：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-H050+LK-G5001V

制 造 商：基恩士；

參考距離：50mm；

測試范圍：±10mm；

線 性 度：±0.02%F.S；

重復精度：0.025μm*3；

環境溫度：0℃~50℃；

采樣周期：2.55/5/10/20/50/100/200/500/1000μs(可選擇9種級別)；            

應   用：用于低頻傳感器的靈敏度標定（頻率0-10Hz）

7.定貨型號

8.低頻振動臺JZ-20D和JZ-50D自身頻響曲線

低頻振動臺JZ-20D頻響曲線（1~500Hz）

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3：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傳感器采用激光絕對法校準，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）。