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動測量。其中傳感器的低頻響應特性對沖擊、地震、低頻擺動、姿態測量等應用尤其關鍵。低頻振動測試一般用長行程振動臺或者相對重力加速度旋轉法測試。

長行程振動臺是標準電磁振動臺的演變形態，其電樞由標準振動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展。其測量頻率下限由標準振動臺的5Hz左右延伸至0.1Hz左右。由于位移不變時加速度跟頻率的平方成反比關系，振動臺產生的加速度在低頻段急劇減少。如行程為158 mm的振動臺，在0.1Hz時，產生的加速度僅為6mg。在這種低加速度激勵條件下，正確的安裝方式對獲得準確的測試結果尤為重要。

圖1 長行程振動臺

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，線纜會牽扯傳感器，從而產生額外的力和加速度，導致輸出結果不穩定。

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臺上，這樣錨點和傳感器之間的線纜先對傳感器靜止，不會額外產生位移，從而可以得到準確的結果。

圖3 線纜單點錨定

更進一步，如圖4所示，當線纜比較粗或者僵硬時，單個點錨定后，線纜在運動過程中仍舊會產生扭轉變形，這時需要雙點錨定以達到的測試效果。

圖4 線纜雙點錨定

測試過程中，標準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果。

相對重力加速度旋轉法讓傳感器敏感方向在沿重力加速度的平面內旋轉，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，圓盤以轉速ω旋轉，則得到頻率為ω的正弦加速度。這種方法加載加速度準確，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。同時頻率上升時，離心加速度會變大，干擾測試，故需要將傳感器感應中心準確置于旋轉中心。測量時轉盤需勻速轉動，防止切線加速度影響測量。與長行程振動測試一樣，傳感器引出線纜需錨定在轉盤上，避免引入干擾。

圖5 以恒定角速度旋轉加載正弦加速度示意圖

數據采集:

低頻測試時，采集設備和傳感器之間的信號接口需確認。

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低于傳感器的工作頻率。如果采集設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傳感器偏置電壓調節，確保輸入到采集設備的偏置電壓接近0V。減除偏置電壓后采集設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注安裝、引線方式；同時設計好的信號耦合方式。長行程振動臺適合0.5~20Hz的頻率響應測量，旋轉重力法適合<5Hz的頻率響應測量。如有疑問或需要進一步的技術支持，請聯系我們：