附件10理论力学A实验指导书附件10理论力学A实验指导书实验一电荷放大器的使用和加速度传感器灵敏度的校准一、实验目的1.了解振动传感器原理；2.掌握振动测量传感器校准的绝对校准法：3.掌握振动测量传感器校准的相对校准法；4.了解振动测试系统的校准方法；5.掌握振动测试系统的使用方法与电荷放大器的正确使用方法。二、实验对象、实验仪器与实验原理框图1.实验对象：加速度传感器标准电荷采集箱计算机放大器2.原理框图工作电荷放大器传感器实验软件信号源振动台功率放大器3.实验仪器1)激振设备：信号源、功率放大器和振动台。2)标准校准组件：校准用的高精度标准加速度传感器和电荷放大器。用作参考基准的加速度传感器称为标准传感器，是被经过绝对校准法或高一级精度的相对校准法校准后的加速度传感器。3)工作组件：待校准的加速度传感器和电荷放大器。待校准的加速度传感器和电荷放大器成为工作传感器和工作电荷放大器。4)动态信号采集箱、信号处理软件和计算机。5)读数显微镜。三、振动传感器原理参阅：附录二振动传感器的机械接收原理。附录三压电式加速度传感器的机电变换原理。四、振动测试系统的校准1
附件 10 理论力学 A 实验指导书 1 附件 10 理论力学 A 实验指导书 实验一 电荷放大器的使用和加速度传感器灵敏度的校准 一、实验目的 1．了解振动传感器原理； 2．掌握振动测量传感器校准的绝对校准法； 3．掌握振动测量传感器校准的相对校准法； 4．了解振动测试系统的校准方法； 5．掌握振动测试系统的使用方法与电荷放大器的正确使用方法。 二、实验对象、实验仪器与实验原理框图 1．实验对象： 加速度传感器 2．原理框图 3．实验仪器 1)激振设备：信号源、功率放大器和振动台。 2)标准校准组件：校准用的高精度标准加速度传感器和电荷放大器。用作参考基准的加速度传 感器称为标准传感器，是被经过绝对校准法或高一级精度的相对校准法校准后的加速度传感器。 3)工作组件：待校准的加速度传感器和电荷放大器。待校准的加速度传感器和电荷放大器成为 工作传感器和工作电荷放大器。 4)动态信号采集箱、信号处理软件和计算机。 5)读数显微镜。 三、振动传感器原理 参阅：附录二 振动传感器的机械接收原理。 附录三 压电式加速度传感器的机电变换原理。 四、振动测试系统的校准 振动台 标准电荷 放大器 工作电荷 放大器 采集箱 计算机 功率放大器 信号源 传感器 实验软件
附件10理论力学A实验指导书参阅：附录一电荷放大器的使用方法。附录四振动测试仪器的校准。五、实验步骤1.按照实验原理框图连接实验仪器。2.将工作传感器和标准传感器并排安放在振动台的台面上，使它们经受相同的振动。安装时必须注意保证两传感器的共同重心落在振动台台面的中心线上。实验时将两个传感器的安装位置互换如果它们的输出电压之比值不变，则表明它们所感受的振动相同，否则，要调整安装位置。3.仔细检查各仪器间的连线有无短路、输出旋钮是否在最小位置，并确认无误。4.设置标准电荷放大器的增益在0.1V/unitout,其灵敏度旋钮按照标准传感器的标定书设置。5.依次打开信号源、功率放大器和振动台、计算机、采集箱的电源开关和电荷放大器的电源开关，预热30分钟。6．启动动态信号采集软件，设置硬件采样频率、电压范围、校正因子等参数，选择工程单位。7.按照记录表一给定的频率调整信号源频率，调整信号源输出信号幅度和功率放大器输出信号幅度使振动台振动加速度为合适值，比如使标准传感器的输出加速度有效值为10m/s。8.调整工作电荷放大器的灵敏度旋钮，使工作传感器的输出也为10m/s2，此时工作电荷放大器的灵敏度即为被校准的工作传感器的电荷灵敏度。9.设工作电荷放大器的灵敏度为Swg，由工作通道测量得到的加速度有效值为αwrmsm/s，由标准通道测量得到的加速度有效值为asrmsm/s2，则工作传感器的灵敏度S。可由下式计算,-s-(1)10.根据式（1）计算得到的工作传感器灵敏度，设置工作电荷放大器的灵敏度，在表二中记录两个通道的测量结果。11.式（1）中的S。也可以采用绝对校准法获得，与相对校准法不同的是绝对校准法采用下面的方法获得被测点的绝对加速度：用读数显微镜测量被测点的振动幅值A，单位为mm，由频率计测量振动信号的频率f，单位为Hz，然后由式（2）计算asrms，并记录在表三中。asms= 4x(20)m/s2(2)1000/212.根据绝对校准法计算得到的工作传感器灵敏度，设置工作电荷放大器的灵敏度，在表四中记录两个通道的测量结果。六、实验结果记录1.标准组件1)电荷放大器灵敏度：2
附件 10 理论力学 A 实验指导书 2 参阅：附录一 电荷放大器的使用方法。 附录四 振动测试仪器的校准。 五、实验步骤 1．按照实验原理框图连接实验仪器。 2．将工作传感器和标准传感器并排安放在振动台的台面上，使它们经受相同的振动。安装时必 须注意保证两传感器的共同重心落在振动台台面的中心线上。实验时将两个传感器的安装位置互换， 如果它们的输出电压之比值不变，则表明它们所感受的振动相同，否则，要调整安装位置。 3．仔细检查各仪器间的连线有无短路、输出旋钮是否在最小位置，并确认无误。 4．设置标准电荷放大器的增益在 0.1V/unit out ,其灵敏度旋钮按照标准传感器的标定书设置。 5．依次打开信号源、功率放大器和振动台、计算机、采集箱的电源开关和电荷放大器的电源开 关，预热 30 分钟。 6．启动动态信号采集软件,设置硬件采样频率、电压范围、校正因子等参数，选择工程单位。 7．按照记录表一给定的频率调整信号源频率，调整信号源输出信号幅度和功率放大器输出信号 幅度使振动台振动加速度为合适值，比如使标准传感器的输出加速度有效值为 10m/s2。 8．调整工作电荷放大器的灵敏度旋钮，使工作传感器的输出也为 10m/s2，此时工作电荷放大器 的灵敏度即为被校准的工作传感器的电荷灵敏度。 9．设工作电荷放大器的灵敏度为 Swq ，由工作通道测量得到的加速度有效值为 awrms m/s2，由标 准通道测量得到的加速度有效值为 srms a m/s2，则工作传感器的灵敏度 q S 可由下式计算 srms wrms q wq a a S = S （1） 10．根据式（1）计算得到的工作传感器灵敏度，设置工作电荷放大器的灵敏度，在表二中记录 两个通道的测量结果。 11．式（1）中的 q S 也可以采用绝对校准法获得，与相对校准法不同的是绝对校准法采用下面的 方法获得被测点的绝对加速度：用读数显微镜测量被测点的振动幅值 A ，单位为 mm，由频率计测 量振动信号的频率 f ，单位为 Hz，然后由式（2）计算 asrms ，并记录在表三中。 1000 2 2 2 A ( f ) asrms = m/s2 （2） 12．根据绝对校准法计算得到的工作传感器灵敏度，设置工作电荷放大器的灵敏度，在表四中 记录两个通道的测量结果。 六、实验结果记录 1．标准组件 1)电荷放大器灵敏度：
附件10理论力学A实验指导书2)加速度传感器灵敏度：3)标准传感器编号：2.相对校准实验记录1)工作传感器编号：表一相对校准实验记录表标准通道测量加工作通道测量加工作电荷放大器工作传感器计算信号频率(Hz)速度值速度值灵敏度灵敏度(m/s)(m/s*)3050901603.工作传感器相对法测量灵敏度验证实验记录表二工作传感器相对法测量灵敏度验证实验记录工作通道测量加标准通道测量加工作电荷放大器工作传感器速度值速度值信号频率(Hz)灵敏度灵敏度(m/s*)(m/s2)3050901604.绝对校准实验记录表三绝对校准实验记录被测点工作通道测量被测点振动绝信号频率工作电荷放大工作传感器计对加速度值加速度值振动幅值(Hz)器灵敏度算灵敏度(m/s)(m/s)(mm)3050 905.工作传感器绝对法测量灵敏度验证实验记录表四工作传感器绝对法测量灵敏度验证实验记录标准通道测量加工作通道测量加工作电荷放大器工作传感器速度值速度值信号频率(Hz)灵敏度灵敏度(m/s)(m/s)303
附件 10 理论力学 A 实验指导书 3 2)加速度传感器灵敏度： 3)标准传感器编号： 2．相对校准实验记录 1)工作传感器编号： 表一 相对校准实验记录表 信号频率 (Hz) 标准通道测量加 速度值 (m/s2 ) 工作通道测量加 速度值 (m/s2 ) 工作电荷放大器 灵敏度 工作传感器计算 灵敏度 30 50 90 160 3．工作传感器相对法测量灵敏度验证实验记录 表二 工作传感器相对法测量灵敏度验证实验记录 信号频率 (Hz) 标准通道测量加 速度值 (m/s2 ) 工作通道测量加 速度值 (m/s2 ) 工作电荷放大器 灵敏度 工作传感器 灵敏度 30 50 90 160 4．绝对校准实验记录 表三 绝对校准实验记录 信号频率 (Hz) 被测点 振动幅值 (mm) 被测点振动绝 对加速度值 (m/s2 ) 工作通道测量 加速度值 (m/s2 ) 工作电荷放大 器灵敏度 工作传感器计 算灵敏度 30 50 90 5．工作传感器绝对法测量灵敏度验证实验记录 表四 工作传感器绝对法测量灵敏度验证实验记录 信号频率 (Hz) 标准通道测量加 速度值 (m/s2 ) 工作通道测量加 速度值 (m/s2 ) 工作电荷放大器 灵敏度 工作传感器 灵敏度 30
附件10理论力学A实验指导书5090七、实验小结1.根据实验结果，总结绝对校准法和相对校准法的特点。2.分析相对校准法中，工作传感器和标准传感器的不同安装方法对实验结果的影响，并结合运动学知识进行理论分析。3．实验结果误差分析。4
附件 10 理论力学 A 实验指导书 4 50 90 七、实验小结 1．根据实验结果，总结绝对校准法和相对校准法的特点。 2．分析相对校准法中，工作传感器和标准传感器的不同安装方法对实验结果的影响，并结合运 动学知识进行理论分析。 3．实验结果误差分析
附件10理论力学A实验指导书附录一：电荷放大器使用说明一、概述CA-3型积分电荷放大器与压电加速度计等传感器配合，用来检测冲击振动信号，与记录分析仪器联接，可组成冲击振动测量系统。由于采用电荷变换成电压再滤波放大的原理，它适于配用各种电荷输出的振动冲击传感器，并可以滤除不必要的信号分量。电荷变换原理的采用，可使传感器与电荷放大器间的连线距离很长而不衰减被测信号。本系统加入了电荷灵敏度适调开关，使不同电荷灵敏度的传感器，相同的被测量（例如：加速度）输入具有相同大小的输出量，达到输出量归一化的目的。CA-3型积分电荷放大器与通常的电荷放大器相比有所改进，最显著的特征是，各个增益挡的低频特性基本相同，都有较低的低频截止点。另一个重要特点是，高增益挡在较潮湿气候条件下不会像传统电荷放大器那样出现明显的不稳定或输出波形失真。CA-3型积分电荷放大器可以是多通道的，也可以是单通道的：主要用于与压电加速度计连接来测量冲击、振动加速度。二、电荷放大器原理1、压电加速度计根据压电效应原理，压电加速度传感器是可以把机械量（作用于其上的加速度或压力）转换成电荷量的高阻抗转换器，压电加速度传感器的电荷等效电路示于图2.1其中Q-压电加速度计在加速度a的作用下产生的电荷S压电加速度计的电荷灵敏度Cr-压电加速度计的固有电容a-作用于压电加速度计上的加速度从图2.1可看出输出反映的是电压Vo，而V。-%，SaVe4Q=Sq'a图2.1S-代表电压灵敏度(单位VIms2）则有如用aV-Sva-SaCS.=S.C.SESC.5
附件 10 理论力学 A 实验指导书 5 附录一：电荷放大器使用说明