差分式加速度傳感器放大器校準(zhǔn)規(guī)范

1差分式加速度傳感器放大器校準(zhǔn)規(guī)范本規(guī)范適用于直流激勵(lì)差分式加速度傳感器放大器(以下簡稱放大器)的校準(zhǔn)。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。速度傳感器的輸出信號進(jìn)行放大和調(diào)理。它一般由恒壓直流激勵(lì)電源、伺服反饋單元、激勵(lì)+信號+圖1放大器對傳感器信號調(diào)理框圖JJF1904—202125計(jì)量特性5.1歸一化誤差5.2增益誤差5.3非線性5.4幅頻特性5.5相頻特性5.6低通濾波器特性5.7本底噪聲5.8激勵(lì)電壓6校準(zhǔn)條件6.1環(huán)境條件環(huán)境溫度:18℃~28℃;相對濕度:≤80%;電源電壓的變化不超過額定電壓的±10%;室內(nèi)應(yīng)無影響校準(zhǔn)結(jié)果的強(qiáng)電磁場干擾和腐蝕性氣體。6.2校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)或其他設(shè)備6.2.1信號發(fā)生器頻率范圍不小于DC~200kHz,失真度不大于0.3%,頻率穩(wěn)定性優(yōu)于0.05%,頻率準(zhǔn)確度優(yōu)于1×10-5,幅值穩(wěn)定性優(yōu)于1%。6.2.2數(shù)字電壓表在使用頻率范圍內(nèi),交流電壓的測量最大允許誤差為±0.1%,直流電壓測量最大允許誤差為±0.01%。6.2.3動態(tài)信號分析儀頻率分辨力優(yōu)于0.01%,頻譜幅值示值最大允許誤差為±0.5%,通道一致性相位差最大允許值為±0.5°,幅值一致性最大允許值為±0.2%。7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法7.1校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)項(xiàng)目見第5章。7.2校準(zhǔn)方法7.2.1外觀及工作正常性檢查放大器上的文字、標(biāo)識應(yīng)清晰可辨。放大器應(yīng)無影響正常工作的機(jī)械損傷,各功能開關(guān)定位準(zhǔn)確、靈活可靠。輸入和輸出插座應(yīng)無松動。接通電源后,放大器能正常工作,顯示清晰完整。外觀檢查后,給放大器通電,充分預(yù)熱。37.2.2歸一化誤差按圖2連接儀器，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出交流差分信號，頻率調(diào)至160Hz。一般差分信號可由兩路相位相差180°的信號獲得，也可以參考附錄A的方式獲得。放大一化擋置于“1”,放大器濾波設(shè)置為全通狀態(tài)。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出電壓和放大器的輸出電壓和放大器增益擋不變，依次改變歸一化擋位，用數(shù)儀測量每個(gè)狀態(tài)時(shí)放大器的輸出電壓e。i。每個(gè)狀態(tài)的歸一化誤差由式(1)計(jì)算。根據(jù)放大器的技術(shù)指標(biāo)從低至高選取不同的歸一化擋位，7.2.3增益誤差放大器校準(zhǔn)框圖如圖2所示。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出交流差分信號，頻率調(diào)至160Hz。放大器歸一化擋置于“1”,平衡清零，放大器濾波設(shè)置為全通狀態(tài)。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出電壓，使放大器的輸出電壓e。達(dá)到最大額定輸出值E。,用數(shù)字電壓表或動態(tài)信號分析儀分別讀取放大器輸入電壓e;和放大器輸出電壓e。。被校放大器的增益誤差按式(2)計(jì)算。式中：e;——放大器的輸入電壓，mV;JJF1904—20214k—放大器的增益擋。根據(jù)放大器的技術(shù)指標(biāo)從低至高選取不同的增益擋位,平衡清零,重復(fù)上述步驟進(jìn)行測量,取其中絕對值最大的誤差作為該放大器的增益誤差校準(zhǔn)結(jié)果。7.2.4非線性按圖2連接儀器,調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出交流差分信號,頻率調(diào)至160Hz。放大器歸一化擋置于“1”,放大器濾波設(shè)置為全通狀態(tài)。調(diào)節(jié)放大器增益擋,平衡清零,使放大器的輸出電壓eo與輸出電壓ei近似相等。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出電壓,使放大器輸出電壓eo達(dá)到額定輸出電壓Eo。在放大器輸出范圍內(nèi)均勻選取7~10個(gè)幅值,調(diào)節(jié)信號發(fā)生器使放大器的輸出電壓分別為所選的電壓幅值,用數(shù)字電壓表或動態(tài)信號分析儀測量放大器的輸出電壓eoj(j=1,2,…,n)和輸入電壓eij(j=1,2,…,n)。按式(3)計(jì)算非線性,取絕對值最大者為放大器非線性ε校準(zhǔn)結(jié)果。εj×100%(3)1eoje-1eijeijeoja0=j=1ènj=1?eijeoj-1eijeoja1∑e-n??1eij?÷2j=1ènj=1?式中:a0—擬合直線的截距,mV;a1—擬合直線的斜率;eij—放大器的輸入電壓,mV;eoj—放大器的輸出電壓,mV;Eo—放大器的額定輸出電壓,mV。7.2.5幅頻特性按圖2連接儀器,調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出交流差分信號,頻率調(diào)至160Hz。放大器歸一化擋置于“1”,放大器濾波設(shè)置為全通狀態(tài),平衡清零。測量160Hz處放大器的傳輸系數(shù)作為參考點(diǎn)。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出電壓和放大器的增益擋,使放大器的輸出電壓略低于其額定輸出電壓Eo。用數(shù)字電壓表或動態(tài)信號分析儀分別讀取放大器的輸入電壓ei和輸出電壓eo。按公式(4)計(jì)算放大器于測量頻率點(diǎn)處的傳輸系數(shù)。T=式中:T—放大器的傳輸系數(shù);eo—放大器的輸出電壓,mV;eoei(4)5e;——放大器的輸入電壓，mV。測量頻率選取應(yīng)根據(jù)放大器的技術(shù)指標(biāo)從低頻至高頻選取不少于10個(gè)頻率點(diǎn)或按倍頻程選取。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器頻率至選取的測量頻率，得到放大器在該頻率下的傳輸系數(shù)。以頻率為橫坐標(biāo)，各測量頻率與參考頻率的傳輸系數(shù)比為縱坐標(biāo)，傳輸系數(shù)比變化曲線即為放大器的幅頻特性。7.2.6相頻特性按圖3連接儀器，放大器歸一化擋置于“1”,放大器濾波設(shè)置為全通狀態(tài)。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出交流差分信號，設(shè)置信號發(fā)生器頻率至選取定的測量頻率，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出電壓和放大器的增益擋，平衡清零，使放大器的輸出電壓e。略低于其額定輸出電壓E。。用動態(tài)信號分析儀測量得到CH1相位φi或CH2相位φ?與CH3的相位φ?之差，按式(5)計(jì)算放大器在此頻率下的相移?！鳓?φ?-φ1或△φ=φg-φ?測量頻率選取應(yīng)根據(jù)放大器的技術(shù)指標(biāo)從低頻至高頻選取不少于10個(gè)頻率點(diǎn)或按倍頻程選取，得到各頻率點(diǎn)相移的變化曲線即為放大器的相頻特性。7.2.7低通濾波器特性按圖2連接儀器，放大器歸一化擋置于“1”,低通濾波器置于所要校的擋位。信號發(fā)生器頻率調(diào)至160Hz,作為參考頻率。調(diào)整信號發(fā)生器輸出電壓和放大器增益擋，平衡清零，使放大器的輸出電壓e。達(dá)到說明書規(guī)定的最大額定輸出電壓E。。用數(shù)字電壓表或動態(tài)信號分析儀分別讀取放大器的輸入電壓eφ和輸出電壓eo。。調(diào)整信號發(fā)生器頻率分別為低通濾波器截止頻率和2倍截止頻率，并得到在此頻率下放大器的輸入電壓ei和輸出電壓eoi,用式(6)計(jì)算放大器低通濾波器截止頻率和2倍截止頻率處的衰減。S——衰減量；-放大器在參考頻率點(diǎn)160Hz處的傳輸系數(shù)-放大器在測量頻率點(diǎn)處的傳輸系數(shù)。6低通濾波器在2倍截止頻率處和截止頻率處的衰減量之差即為其高頻衰減斜率。對放大器的所有低通濾波器進(jìn)行測量，得到各個(gè)濾波器的特性。7.2.8本底噪聲按圖4連接儀器，放大器輸入端對地短接，放大器濾波設(shè)置為全通狀態(tài)，歸一化擋置于“1”,平衡清零，調(diào)節(jié)放大器的增益擋置于最高擋。用數(shù)字電壓表或動態(tài)信號分析儀測量放大器輸出端的電噪聲交流電壓有效值e。,按式(7)計(jì)算輸入端等效噪聲電壓。en——輸出端折算到輸入端等效噪聲電壓，mV;e?——輸出端噪聲電壓，mV;k——放大器的增益擋。信號+信號-7.2.9激勵(lì)電壓按圖5連接儀器，用數(shù)字電壓表測量放大器的直流輸出電壓，即為放大器的激勵(lì)電壓。激勵(lì)電壓有多擋功能的放大器，應(yīng)逐擋進(jìn)行測量。8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)8.1校準(zhǔn)記錄推薦的校準(zhǔn)記錄的格式見附錄B。8.2校準(zhǔn)證書經(jīng)校準(zhǔn)的儀器出具校準(zhǔn)證書。校準(zhǔn)證書應(yīng)包括的信息及推薦的校準(zhǔn)證書的內(nèi)頁格式見附錄C。9復(fù)校時(shí)間間隔放大器復(fù)校時(shí)間間隔建議為1年。復(fù)校時(shí)間間隔受儀器使用情況、使用者和儀器本身屬性等諸多因素的制約。送校單位可根據(jù)實(shí)際情況確定復(fù)校時(shí)間間隔。7附錄A一種差分式加速度傳感器模擬器差分式加速度傳感器模擬器(以下簡稱模擬器)是與放大器適配，把單端正弦信號轉(zhuǎn)化為差分信號的電路裝置。如圖A.1所示，模擬器主要由乘法單元、分壓單元功能電壓監(jiān)測+電壓監(jiān)測+激勵(lì)電壓+輸出信號+圖A.1模擬器原理框圖JJF1904—20218附錄B校準(zhǔn)原始記錄推薦格式差分式加速度傳感器放大器校準(zhǔn)記錄第頁共頁送校單位制造廠 型號出廠編號校準(zhǔn)證書號 標(biāo)準(zhǔn)器名稱標(biāo)準(zhǔn)器型號標(biāo)準(zhǔn)器編號 標(biāo)準(zhǔn)器證書號標(biāo)準(zhǔn)器證書有效期年月日環(huán)境溫度℃,相對濕度%,依據(jù)的技術(shù)文件 1外觀 2歸一化誤差歸一化擋輸出eo/mV輸入ei/mV誤差/%不確定度(k=2)歸一化擋輸出eo/mV輸入ei/mV誤差/%不確定度(k=2)9差分式加速度傳感器放大器校準(zhǔn)記錄第頁共頁3增益誤差增益擋輸出eo/mV輸入ei/mV誤差/%不確定度(k=2)增益擋輸出eo/mV輸入ei/mV誤差/%不確定度(k=2)4非線性增益擋輸入ei/mV輸出eo/mV輸入ei/mV輸出eo/mVa0a1ε/%不確定度(k=2)10差分式加速度傳感器放大器校準(zhǔn)記錄第頁共頁5幅頻特性頻率/Hz輸出eo/mV輸入ei/mV傳輸系數(shù)頻響/%不確定度(k=2)6相頻特性頻率/Hz相移/(°)不確定度(k=2)頻率/Hz相移/(°)不確定度(k=2)7低通濾波器濾波器擋位/kHz輸入ei/mV輸出eo/mV衰減/dB不確定度(k=2)參考頻率截止頻率2倍截止頻率8本底噪聲增益擋置,歸一化擋置時(shí),輸入端等效噪聲交流電壓為mV(RMS),不確定度為(k=2)。9激勵(lì)電壓激勵(lì)電壓/mV輸出電壓/mV不確定度(k=2)JJF1904—202111附錄C校準(zhǔn)證書的內(nèi)容C.1校準(zhǔn)證書至少包含以下信息:a)標(biāo)題,如“校準(zhǔn)證書”;b)證書的編號、頁碼和總頁數(shù);c)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的名稱和地址;d)進(jìn)行校準(zhǔn)的日期;e)進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)(如果不在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn));f)客戶的名稱和地址;g)被校放大器的型號、規(guī)格和出廠編號;h)本技術(shù)規(guī)范的名稱及代號;i)本次校準(zhǔn)所用測量標(biāo)準(zhǔn)溯源性和有效性的說明;j)校準(zhǔn)環(huán)境的描述;k)校準(zhǔn)結(jié)果及其測量不確定度的說明;l)校準(zhǔn)證書簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識,以及簽發(fā)日期;m)校準(zhǔn)結(jié)果僅對被校對象有效的聲明;n)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn),不得部分復(fù)制證書的聲明。C.2推薦的差分式加速度傳感器放大器校準(zhǔn)證書內(nèi)頁格式見表C.1。JJF1904—202112表C.1校準(zhǔn)證書內(nèi)頁推薦格式1外觀2歸一化誤差歸一化擋輸出eo/mV輸入ei/mV誤差/%不確定度(k=2)歸一化擋輸出eo/mV輸入ei/mV誤差/%不確定度(k=2)該儀器歸一化誤差絕對值最大者為%。3增益誤差增益擋輸出eo/mV輸入ei/mV誤差/%不確定度(k=2)增益擋輸出eo/mV輸入ei/mV誤差/%不確定度(k=2)所有各擋增益誤差絕對值最大者為%。13表C.1(續(xù))4非線性增益擋輸入ei/mV輸出eo/mV輸入ei/mV輸出eo/mVa0a1ε/%不確定度(k=2)當(dāng)輸出電壓為V(峰值)時(shí),儀器傳輸系數(shù)為滿輸出的偏差最大,為%。5幅頻特性頻率/Hz幅頻/%不確定度(k=2)頻率/Hz幅頻/%不確定度(k=2)6相頻特性頻率/Hz相移/(°)不確定度(k=2)頻率/Hz相移/(°)不確定度(k=2)14表C.1(續(xù))7低通濾波器濾波器擋位/kHz輸入ei/mV輸出eo/mV衰減/dB不確定度(k=2)參考頻率截止頻率2倍截止頻率8本底噪聲增益擋置,歸一化擋置時(shí),輸入端等效噪聲交流電壓為mV(RMS),不確定度為(k=2)。9激勵(lì)電壓激勵(lì)電壓/mV輸出電壓/mV不確定度(k=2)JJF1904—2021j1(xj-(xj-x)2不確定度評定示例D.1概述本附錄以增益誤差校準(zhǔn)項(xiàng)目的測量不確定度評定為例,說明差分式加速度傳感器放大器校準(zhǔn)項(xiàng)目的測量不確定度評定的步驟。D.2增益誤差校準(zhǔn)結(jié)果的測量不確定度評定D.2.1測量方法見7.2.3。D.2.2測量模型差分式加速度傳感器放大器增益誤差是放大器在某增益擋的輸出與輸入電壓之間的相對誤差,按式(D.1)計(jì)