振动与冲击的绝对校准和比较校准

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第274页（1920字）

1．绝对校准

产生理想正弦振动的振动台，在频率为f时的位移x为

x=Asin(2πft+φ) (5．7－2)

式中 A——单振幅值；

φ——初始相位；

t——时间。

所以其运动速度v=2πfAcos(2πft+φ)，运动加速度a=－(2πf)²Asin(2πft+φ)。可见位移、速度、加速度变化的峰值分别为A、2πfA、(2πf)²A，只要获得f和A，并获得安装在振动台上承受同样振动的被校传感器的输出电量，即可确定这台传感器的灵敏度。改变f和A进行多次校准，即可确定它的频率响应和幅值线性。

绝对校准就是通过对长度、频率等量的测量来复现位移、速度、加速度等量，并对工作计量器具进行校准。绝对法标准振动装置包括振动激励系统、频率测量系统、位移测量系统和必要的隔振基础(见图5．7－1)，用直接测量法向振动测量仪和传感器传递振动量值。测量频率通常用频率计，其不确定度很容易达到0．01%。为提高振幅的测量准确度，通常利用以激光作光源的迈克尔逊干涉仪，可用的方法有计数法、贝塞尔函数法、调频法等。在计数法中，除了直接计数外，还有多周期平均法和相位细分法；在贝塞尔函数法中又有零值法(消失法)、J₁最大法及J₁／J₃法等。

图5．7－1 绝对法标准振动装置原理

在冲击大加速度的绝对校准方面，目前大致采用三种方法：冲击力校准法，冲击速度改变校准法和冲击多普勒干涉校准法。它们适用于不同的持续时间和加速度范围。

2．比较校准

比较法振动标准装置对于振动与冲击传感器都适用，它包括振动激励系统、频率测量系统、标准振动传感器及其配套用的信号适调仪器和指示仪器(见图5．7－2)，用比较测量法向振动传感器和测量仪传递振动量值。图中的被校传感器1为加速度计，实际上是将校准过的标准传感器2和被校传感器背靠背地(即台面上先安装标准传感器，校准面上再安装被校传感器)安装在同一直线上，承受同样的振动并比较它们的输出。根据校准传感器的已知灵敏度S′来控制振动台的振幅，同时测量被校传感器的输出E与校准传感器的输出E′之比E／E′，即可求出被校传感器的灵敏度S：

S=S′E／E′。

图5．7－2 比较法标准振动装置原理

改变振动频率和振动参数的幅值，可得到被校传感器的幅频特性和幅值线性度。比较法校准的操作简便，对振动和环境的要求较低，校准时间较短，但应使用一套性能好的标准传感器、放大器及电压表，以保证校准准确度。这种方法一般用于基准频率80Hz或160Hz附近的中频频段，校准误差为±(2～3)%。

在冲击加速度的比较校准方面，可以用落锤撞击砧子等方法进行激励。

【参考文献】：

［1］鲁绍曾主编，现代计量学概论第11章力学计量，中国计量出版社，1987。

［2］王江主编，现代计量测试技术第16章力学计量技术，中国计量出版社，1990。

［3］王立吉，现代计量测试发展动态，现代计量测试，1993；1∶3～9。

［4］鲁绍曾主编，计量学辞典，中国计量出版社，1995。

［5］施昌彦，王大充，液压式标准测力机的有效面积和压力波动，计量学报，1986；4∶296～304。

［6］施昌彦，测力称重计量的某些发展动向，现代计量测试，1994；6∶2～4。

［7］天津市计量管理局编，力学计量，中国计量出版社，1985。

［8］国家技术监督局编，国家计量检定系统，中国计量出版社，1991。