weixin 发表于 2017-9-27 14:09

振动测试基础知识:采集仪的关键技术指标简介

  1、分贝dB


  A0为基准,声音基准20uPa,振动基准10⁻⁶m/ss,无特殊要求,基准为1;

  线性乘以10倍,dB增加20;线性乘以2倍,dB增加6;

  0dB表示A=A0,A必须大于0;

  dB相加:不能直接相加,应算回到A之后相加,然后再算为dB。

  2、基线(直流偏置)
  仪器输入为0时(将输入短路)信号的基线,应使用此时噪声信号的平均值作为基线。

  基线两种来源:
  固定基线,由于元器件的特性,仪器固有的基线;
  基线漂移,随着时间、温度等环境的变化,基线会有漂动。

  两种指标:
  绝对偏置:mV
  相对偏置:%,dB,相对于满量程的比例。

  注:输入短路,一般使用50欧姆的电阻进行短路。

  3、输入噪声(等效输入噪声)
  仪器本底噪声折合到输入端的大小,与本底噪声和放大倍数有关。准确描述输入噪声时,应注明:
  量程或放大倍数;
  噪声的统计指标,一般用有效值rms,为了避免基线影响,实际使用均方差。


  4、动态范围
  动态范围是同一量程下,最大与最小可测信号的倍数;在频谱上最大可测信号与最大噪声频谱的比,不同于信噪比。

  本底噪声可能由如下原因产生:
  AD位数决定的分辨率,当AD位数越低时越重要;
  元器件和电路的噪声,当AD位数24位及以上时为主要原因;
  仪器的失真引起的各倍次谐波。

  一般采集仪的动态范围:
  16位:60~90dB
  24位:100~120dB
  32位: 130dB

  仪器动态范围的检定:
  在高中低三个分析频段中各选一频率值f,f约为该段上限的1/4~1/3, 压谱线(无泄漏),输入频率f,幅值为量程最大值的正弦信号,测量f点的幅值Am,分贝Dm dB,测量本底噪声中最大值An,分贝Dn dB。

  动态范围:


  测定时需注意:
  被测标准正弦信号接近于量程最大值,但不能达到最大值,避免削波;
  正弦信号的频率应为df的整数倍,避免泄露;
  当AD位数24位及以上时,噪声非常小,因此微小的泄露都可能产生明显的影响;
  由于采集仪的采样频率总是有微小误差,因此可手动微调信号频率达到整周期效果;
  当AD位数24位及以上时,信号失真引起的倍次谐波将很明显,这有可能是信号源自身的失真,也可能是采集仪引起的,应想办法区分。


  动态范围与信噪比的比较:
  动态范围是从频谱上比较;
  An为频谱中的最大噪声分量的幅值;
  An不是输入噪声的时域幅值,一定小于它;
  若将Dm和噪声时域幅值相比,则相当于最大信噪比。


  5、失真度
  反映由于仪器引起的被测信号的畸变。用标准正弦信号来评测,从频谱上,正弦信号失真后会出现各次倍频。

  两种失真度的定义:
  (1) THD 总谐波失真
  (2) THD+N 总失真
  若失真仅仅引起倍频成分则两种方法基本一致;
  若还出现非倍频的其他成分则THD+N才能更好地反映失真问题。

  6、输入阻抗
  电子测量仪器中,各级仪器一般遵循以下规则,否则可能导致很大的测量误差:高输入阻抗,低输出阻抗。

  根据电路原理,采集仪输入端相当于并联在前一级仪器(如传感器)上,若采集仪电阻很大,则对电压的分流就可以忽略,不会影响测量结果。另外当采集仪与其他测量仪器并联使用时,注意其他仪器的输入阻抗也要高。

  7、通道间特性
  通道间串扰:一个通道输入信号,串扰到另一个通道的程度。

  通道一致性:任意两个通道,测量完全相同信号,其幅值和相位的一致性。

  关于时间差和相位差:通常通道间的时间差是固定的,则相位差与频率成正比。例如:若时间差 1ms,信号频率 1Hz(周期1s),则相位差为0.36度;信号频率 10Hz(周期0.1s),则相位差为3.6度。

  相位差计算公式:
  其中,t0为时间差;φs为相位差;fn为信号频率。

  8、混叠频率计算
  根据采样定理,若信号频率大于采样频率的一半时将产生混叠。若信号产生混叠,根据混叠机理,可以得出分析信号的混叠频率计算公式,设实际信号频率为fs,采样频率为SF,并且SF<2f,经采样分析得到的混叠后频率为fa,则有如下公式:
  其中,Int()为取整操作,小数点后面的数字全部舍弃,仅保留小数点以前的整数部分。

  9、抗混叠滤波及衰减指标
  根据采样定理,采样前必须滤除大于SF/2的频率成分,以防止混叠。注意:必须为采样前滤除,不能在采样后再进行数字滤波。抗混叠滤波实际为低通滤波,其滤波器的指标有两种表示:



本文内容根据COINV东方所振动噪声测试公众号(ID:coinv2016)的相关内容整理而成。

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