超低频传感器标定系统

1.系统介绍与应用

在设计传感器或使用传感器时，传感器的频响特性和灵敏度是相当重要的技术指标。WS-5937超低频传感器标定系统是专为标定低频速度、加速度传感器的频响特性曲线和灵敏度而设计的，用该系统能对“传感器频响特性曲线标定"实现计算机自动闭环控制，测量标准传感器和被标定传感器的频率幅值，计算被标定传感器的频率响应和灵敏度，根据用户要求完成频响特性曲线的标定。

该系统可应用于计量研究院所、振动科研实验室、传感器研究和生产单位等。

应用专有技术，该系统亦可标定超低频速度传感器（检波器）的灵敏度和频响曲线，这种速度传感器广泛应用于石油物探、厂矿机械振动监测等领域。

2.系统组成

2.1 WS-5937标定控制仪1台；

2.2 WS-PA-30D或WS-PA-50D低频功率放大器1台；

2.3 低频激振器JZ-20D 1台 或JZ-50D 1台；

2.4 传感器标定软件Vib’SIN 1套；

2.5 标准传感器1只；

2.6 计算机1台（可自备）；

3.软件界面

4.系统组成逻辑框图

5.功能

5.1 按用户自定义扫频点和幅值扫频；

5.2 软件自动生成扫描曲线，等频率间隔、等幅值扫描；

5.3 幅值误差自动控制；

5.4 自动生成频响特性曲线数据（伏频、相频）；

5.5 频响特性曲线绘图（线性、对数）；

5.6 程控信号发生器，波形选择：正弦波，单频信号输出，信号扫频，频率驻留；

5.7 在线帮助；

6.技术指标

6.1 WS-5937标定控制仪

6.1.1数据采集和控制信号：

1）计算机USB接口控制、采集；

2）数据采集频率60kHz/通道；

3）24位4路数据采集，输入范围±5V；

4）1路16位D/A数模转换信号输出通道；

5）控制信号输出幅值±10V，幅值分辨率16位，幅值控制精度0.1％FS；

6） 控制扫频频率范围0.1Hz~500Hz，频率分辨率28位，频率控制精度0.01Hz；              

7）供电电压：100V~240V(AC)；

8）尺寸：宽365×高70×深365mm；

6.1.2电荷放大器：

1) OLED显示参数；

2) 一个编码器键设置所有电荷放大器参数；

3) 通道数：2通道；

4) 输入范围：±100000pC；                      

5) 增益：5档；

6) 归一化：0.1~999；        

7) 精度：加速度: ≤±0.5％；

速度: ≤±0.5％；

位移: ≤±2.0％；

8) 频率范围：加速度: 0.3Hz~50kHz；

速度: 1.0Hz~10kHz；

位移: 1.0Hz~1kHz；

9) 低通滤波器：① 滤波方式：程控8阶连续滤波；

② 程控低通滤波频率：1Hz~50kHz（任意设定）

③ 滤波器阻带衰减：-80dB/Oct；

10) 输出电压：±10V

11) 过载指示：输入电压超过±9.8V时LED指示灯亮；

12) 输出噪声：≤5×10-3pC(最高增益折合到输入端)

13) 输入阻抗：1012Ω

14) 输出电阻：<1Ω

15) 输出电流：15mA

16) 工作温度、湿度：-10~50℃、<85％RH（无凝）

6.1.3 IEPE适配器

1 ) OLED显示参数；

2 ) 一个编码器键设置所有IEPE放大器参数；

3 ) 通道数：2通道；

4）电压输入范围：±5V；

5）增益：5档；

6）精度：加速度: ≤±0.5%，

速度: ≤±0.5%，

位移: ≤±2；

7）频率范围：加速度: 0.1Hz~50kHz，

速度：1Hz~10kHz，

位移: 1Hz1kHz；

8）低通滤波器：滤波方式：程控8阶连续滤波，

程控低通滤波频率：1Hz50kHz（任意设定），

滤波器阻带衰减：-80dB/Oct；

9）过载指示：输入电压超过±9.8V时LED指示灯亮；

10）信噪比：＞50dB；

11）噪声≤5mVrms；

13）输出电阻：＜1Ω；

14）输出电流：15mA；

15）工作温度：-10~50℃；

6.2 WS-PA-30D功率放大器

1) 输出功率：30W；                          

2) 最大输出电流：3A；

3) 最大输出电压：±10V；        

4) 频率范围：DC~5kHz；

5) 输出阻抗：1Ω；

6) 失真度：<2％；

7) 噪声：<5mV；

6.3低频激振器                      

6.2.1 JZ-20D超低频激振器基本技术指标(选择1)

1）工作频率：0.1~500Hz；

2）最大位移：±10mm；

3）最大电流：10A；

4）荷   载：1000g                                                                        

6.2.2 JZ-50D超低频激振器基本技术指标（选择2）        

1）工作频率：0.1~500Hz；

2）最大位移：±10mm；

3）最大电流：10A；

4）荷   载：3000g

6.4标准加速度传感器指标（选配）

6.3.1型号：BK-8305（选配）

制 造 商：丹麦B&K；

符合标准：ISO 5347；

灵 敏 度：1.25pC/g；

工作频率：1~5000Hz；

谐振频率：35kHz；

最大测量：1000g；

重量：45g；

工作温度：-74℃~250℃；                      

应用：用于标定传感器的灵敏度标定；      

说明：由于BK-8305价格比较高，可以选购其它品牌或国产价格适当加速度传感器，然后定期到计量检测单位标定后用于传感器标定亦可。

6.3.2型号：WS107

制 造 商：北京波谱公司；

灵 敏 度：5.5pC/ms^-2；

工作频率：0.5~5000Hz；

谐振频率：25kHz；

最大测量：3000g；

重    量：30g；

工作温度：-20℃~50℃；                

应   用：用于标定传感器的灵敏度标定        

6.5激光位移传感器指标（选配）

型   号：LK-H050+LK-G5001V

制 造 商：基恩士；

参考距离：50mm；

测试范围：±10mm；

线 性 度：±0.02%F.S；

重复精度：0.025μm*3；

环境温度：0℃~50℃；

采样周期：2.55/5/10/20/50/100/200/500/1000μs(可选择9种级别)；            

应   用：用于低频传感器的灵敏度标定（频率0-10Hz）

7.定货型号

8.低频振动台JZ-20D和JZ-50D自身频响曲线

低频振动台JZ-20D频响曲线（1~500Hz）

低频振动台JZ-50D频响曲线(0.1~100Hz)

9.传感器频响特性曲线示例

9.1 示例1：4.5Hz速度检波器频响和相位曲线

4.5Hz速度检波器频响和相位曲线1-500Hz

4.5Hz速度检波器频响和相位曲线1-50Hz

9.2 示例2：10Hz速度检波器频响和相位曲线

10Hz速度检波器频响和相位曲线1-50Hz

10Hz速度检波器频响和相位曲线1-500Hz

9.3 示例3：某低频加速度传感器响曲线

这只传感器的技术参数上写有频响从0.2至2500Hz，500mV/g。用低频标定时从0.1至0.7Hz出现非线性（曲线由高到低），原因是传感器的灵敏度低，在测低频时，传感器自身的噪声已经大于标定台的标定值。

频响曲线0.1-10Hz

频响曲线0.1-80Hz

10.标定问题：该系统是否准确呢？

不论标定系统采用的功率放大器和激振器是国产或进口仪器设备，系统始终存在着非线性，但传感器标定采用的是比对法（通常称为“背靠背法"），标定以标准传感器为基准来标定其它传感器，本系统推荐使用丹麦B&K公司的2只标准传感器，B&K-4374S主要用于标定传感器的频响曲线，而B&K-8305主要用于标定传感器的灵敏度和低频传感器的频响曲线，目前国内计量部门基本采用丹麦B&K-8305来做为标准传感器，丹麦B&K-8305传感器采用激光绝对法校准，满足国际标准ISO 16063-11 (以前的ISO 5347) 的要求。

11.加速度、速度、位移三联谱

从加速度、速度、位移三联谱可查出他们3个量值在某频率（Hz）下的对应关系。从图中能看出，在低频时，位移量比较大；在高频时，位移很小。

图中单位、颜色：桔色加速度Acceleration（m/s2），黑色速度Velocity（mm/s），蓝色位移Displacement（mm），黑色频率Frequency（Hz）。