振動測試基礎(chǔ)知識：采集儀的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)簡介

2017-03-19 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

1分貝dB

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A0為基準(zhǔn),聲音基準(zhǔn)20uPa,振動基準(zhǔn)10??m/ss,無特殊要求,基準(zhǔn)為1;
線性乘以10倍,dB增加20;線性乘以2倍,dB增加6;
0dB表示A=A0,A必須大于0;
dB相加:不能直接相加,應(yīng)算回到A之后相加,然后再算為dB。

2基線(直流偏置)

儀器輸入為0時(將輸入短路)信號的基線,應(yīng)使用此時噪聲信號的平均值作為基線。

基線兩種來源:

固定基線,由于元器件的特性,儀器固有的基線;
基線漂移,隨著時間、溫度等環(huán)境的變化,基線會有漂動。

兩種指標(biāo):

絕對偏置:mV
相對偏置:%,dB,相對于滿量程的比例。

注:輸入短路,一般使用50歐姆的電阻進(jìn)行短路。

3輸入噪聲(等效輸入噪聲)

儀器本底噪聲折合到輸入端的大小,與本底噪聲和放大倍數(shù)有關(guān)。準(zhǔn)確描述輸入噪聲時,應(yīng)注明:

量程或放大倍數(shù);
噪聲的統(tǒng)計指標(biāo),一般用有效值rms,為了避免基線影響,實際使用均方差。

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4動態(tài)范圍

動態(tài)范圍是同一量程下,最大與最小可測信號的倍數(shù);在頻譜上最大可測信號與最大噪聲頻譜的比,不同于信噪比。

本底噪聲可能由如下原因產(chǎn)生:

AD位數(shù)決定的分辨率,當(dāng)AD位數(shù)越低時越重要;
元器件和電路的噪聲,當(dāng)AD位數(shù)24位及以上時為主要原因;
儀器的失真引起的各倍次諧波。

一般采集儀的動態(tài)范圍:

16位:60~90dB
24位:100~120dB
32位: 130dB

儀器動態(tài)范圍的檢定:

在高中低三個分析頻段中各選一頻率值f,f約為該段上限的1/4~1/3, 壓譜線(無泄漏),輸入頻率f,幅值為量程最大值的正弦信號,測量f點(diǎn)的幅值Am,分貝Dm dB,測量本底噪聲中最大值An,分貝Dn dB。

動態(tài)范圍:

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測定時需注意:

被測標(biāo)準(zhǔn)正弦信號接近于量程最大值,但不能達(dá)到最大值,避免削波;
正弦信號的頻率應(yīng)為df的整數(shù)倍,避免泄露;
當(dāng)AD位數(shù)24位及以上時,噪聲非常小,因此微小的泄露都可能產(chǎn)生明顯的影響;
由于采集儀的采樣頻率總是有微小誤差,因此可手動微調(diào)信號頻率達(dá)到整周期效果;
當(dāng)AD位數(shù)24位及以上時,信號失真引起的倍次諧波將很明顯,這有可能是信號源自身的失真,也可能是采集儀引起的,應(yīng)想辦法區(qū)分。

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動態(tài)范圍的測定

動態(tài)范圍與信噪比的比較:

動態(tài)范圍是從頻譜上比較;
An為頻譜中的最大噪聲分量的幅值;
An不是輸入噪聲的時域幅值,一定小于它;
若將Dm和噪聲時域幅值相比,則相當(dāng)于最大信噪比。

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噪聲的時域幅值和頻譜幅值

5失真度

反映由于儀器引起的被測信號的畸變。用標(biāo)準(zhǔn)正弦信號來評測,從頻譜上,正弦信號失真后會出現(xiàn)各次倍頻。

兩種失真度的定義:

(1) THD 總諧波失真

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(2) THD+N 總失真

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若失真僅僅引起倍頻成分則兩種方法基本一致;

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若還出現(xiàn)非倍頻的其他成分則THD+N才能更好地反映失真問題。

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6輸入阻抗

電子測量儀器中,各級儀器一般遵循以下規(guī)則,否則可能導(dǎo)致很大的測量誤差:高輸入阻抗,低輸出阻抗。

根據(jù)電路原理,采集儀輸入端相當(dāng)于并聯(lián)在前一級儀器(如傳感器)上,若采集儀電阻很大,則對電壓的分流就可以忽略,不會影響測量結(jié)果。另外當(dāng)采集儀與其他測量儀器并聯(lián)使用時,注意其他儀器的輸入阻抗也要高。

7通道間特性

通道間串?dāng)_:一個通道輸入信號,串?dāng)_到另一個通道的程度。

通道一致性:任意兩個通道,測量完全相同信號,其幅值和相位的一致性。

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關(guān)于時間差和相位差:通常通道間的時間差是固定的,則相位差與頻率成正比。例如:若時間差 1ms,信號頻率 1Hz(周期1s),則相位差為0.36度;信號頻率 10Hz(周期0.1s),則相位差為3.6度。

相位差計算公式:

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其中,t0為時間差;φs為相位差;fn為信號頻率。

8混疊頻率計算

根據(jù)采樣定理,若信號頻率大于采樣頻率的一半時將產(chǎn)生混疊。若信號產(chǎn)生混疊,根據(jù)混疊機(jī)理,可以得出分析信號的混疊頻率計算公式,設(shè)實際信號頻率為fs,采樣頻率為SF,并且SF<2f,經(jīng)采樣分析得到的混疊后頻率為fa,則有如下公式:

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其中,Int()為取整操作,小數(shù)點(diǎn)后面的數(shù)字全部舍棄,僅保留小數(shù)點(diǎn)以前的整數(shù)部分。

9抗混疊濾波及衰減指標(biāo)

根據(jù)采樣定理,采樣前必須濾除大于SF/2的頻率成分,以防止混疊。注意:必須為采樣前濾除,不能在采樣后再進(jìn)行數(shù)字濾波?？够殳B濾波實際為低通濾波,其濾波器的指標(biāo)有兩種表示:

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本文內(nèi)容根據(jù)COINV東方所振動噪聲測試公眾號(ID:coinv2016)的相關(guān)內(nèi)容整理而成。

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