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手持式振動校準(zhǔn)器參考頻率為何是159.2Hz？

2021-12-10 20:04:26·  來源：海德聲科 HEAD acoustics  
　
對于精確的振動幅值測量，在開始試驗前我們通常要對加速度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，精確修正加速度傳感器的靈敏度數(shù)值。而進(jìn)行加速度傳感器校準(zhǔn)，必須要使用到振動校準(zhǔn)器
對于精確的振動幅值測量，在開始試驗前我們通常要對加速度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，精確修正加速度傳感器的靈敏度數(shù)值。而進(jìn)行加速度傳感器校準(zhǔn)，必須要使用到振動校準(zhǔn)器。NVH行業(yè)常用的為手持式振動校準(zhǔn)器，例如PCB 394C06。我們注意到其校準(zhǔn)參考頻率不像麥克風(fēng)校準(zhǔn)器頻率為250Hz或1000Hz，而是159.2Hz，有零有整的，大部分使用者腦海中此時都會出現(xiàn)一個大大的問號：為什么是159.2Hz？
選擇校準(zhǔn)參考頻率的一個重要原則是該參考頻率應(yīng)在傳感器頻響的平坦區(qū)域，以最大限度的降低校準(zhǔn)的不確定度。下圖為NVH常規(guī)加速度傳感器的頻響曲線，159.2Hz不高不低，剛好落在大部分加速度傳感器頻響的平坦區(qū)域。如果校準(zhǔn)的參考頻率選擇在傳感器頻響曲線的兩端，由于頻響曲線不平坦及校準(zhǔn)過程人為及環(huán)境因素的影響，都會大大提高校準(zhǔn)的不確定度。
此時，我們還會有疑問，那為什么不是100Hz或者200Hz，這頻率也在傳感器頻響的平坦區(qū)域，并且數(shù)字也看起來更工整好記。這里就要提到我們電力系統(tǒng)的工頻了，眾所周知，我國電力工頻為50Hz，設(shè)備傳感器在供電狀態(tài)下，可能會出現(xiàn)工頻干擾。而100Hz、200Hz這類看起來工整的整數(shù)，剛好為電力系統(tǒng)工頻的諧頻，如果出現(xiàn)工頻干擾則會大大影響我們加速度傳感器的校準(zhǔn)。但也有例外，美國電力系統(tǒng)工頻為60Hz，所以我們偶爾會遇到美國廠家使用100Hz作為振動校準(zhǔn)的參考頻率。
到這里我們知道了振動校準(zhǔn)參考頻率應(yīng)在傳感器頻響的平坦區(qū)域并且要避開50Hz工頻及其諧頻，但還是無法解釋這個有零有整的159.2Hz，這時候就要祭出偉大的公式了！
振動信號在頻域中，加速度、速度及位移之間通過角頻率2πf互相轉(zhuǎn)換：
于是當(dāng)頻率f為159.2Hz時，角頻率剛好為1000。因此從位移到速度的轉(zhuǎn)換以及從速度到加速度的轉(zhuǎn)換就可以直接乘以1000完成。當(dāng)振動校準(zhǔn)器頻率為159.2Hz，振動幅值為9.8 m/s^2時，振動速度為9.8 mm/s，振動位移為9.8 μm。
此時是不是就恍然大悟了，原來這個有零有整的159.2Hz，對應(yīng)的角頻率就是我們最常用的轉(zhuǎn)換系數(shù)1000啊！
那么，在HEAD acoustics 研發(fā)的ArtemiS SUITE軟件里面應(yīng)該怎么進(jìn)行傳感器校準(zhǔn)呢？校準(zhǔn)因子factor表示什么意思？
如果使用HEAD Recorder版本，在需要進(jìn)行校準(zhǔn)的通道Bargraph右鍵選擇calibrate current channel打開通道校準(zhǔn)界面，根據(jù)所選通道設(shè)置自動識別傳感器為acceleration AC校準(zhǔn)，校準(zhǔn)幅值選擇9.81 m/s^2或者根據(jù)校準(zhǔn)器參數(shù)手動輸入，Cal.Factor limits選擇某一范圍或者unlimited，Cal.frequency選擇159.2Hz，點(diǎn)擊Calibrate按鈕開始校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完成軟件有“滴滴”聲音提示，點(diǎn)擊Accept，修正后的校準(zhǔn)因子自動填入通道列表，全部通道校準(zhǔn)完成即可正式開始測試。

如果使用Artemis Recorder版本，Channel Configuration界面右側(cè)展開Tools，Sensor Calibration框內(nèi)點(diǎn)擊Start Calibration，彈出Sensor calibration窗口，對加速度傳感器Quantity選擇Acceleration，Calibration Value根據(jù)校準(zhǔn)器參數(shù)手動輸入，Acceptable calibration values選擇某一范圍或者unlimited，無需輸入校準(zhǔn)器頻率，點(diǎn)擊start calibration按鈕即可開始校準(zhǔn)，校準(zhǔn)完成有“滴”聲音提示，并自動修正通道傳感器屬性中的Calibration Factor數(shù)值。
很多用戶對Calibration factor (Cal.Fact.)存在疑問，這個數(shù)值是怎么來的？
其實很簡單，calibration factor=輸入靈敏度/實際靈敏度，例如通道設(shè)置中傳感器輸入靈敏度Sensitivity為10 mV/m/s^2，校準(zhǔn)完成得到calibration factor為1.02，則傳感器校準(zhǔn)后的實際靈敏度為10/1.02=9.8 mV/m/s^2。
當(dāng)然，在軟件使用過程中你并不需要特意去關(guān)心校準(zhǔn)因子，因為這些換算工作軟件已經(jīng)默默幫你完成了，你只需要完成校準(zhǔn)即可立即開始測試，得到精確的測試數(shù)據(jù)！
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