振动传感器性能测试及振动测试系统建模
与性能分析实验
一、 实验目的
1. 了解各类型振动传感器的工作原理、掌握压阻式加速度传感器的动态校准过程。
2. 掌握正弦、随机振动控制的基本过程，能够根据实际情况合理设计校准过程中的参考谱。
3. 掌握振动传感器的动态校准方法并能计算出振动传感器的各项动态特性指标。
4. 了解振动测试系统的组成，掌握振动测试系统的建模方法
5. 对于测试后未达到设计指标的系统，应当能够设计出动态补偿滤波器以补偿系统的动态特性。
二、实验系统组成
振动测试系统由两部分组成，一部分是振动控制系统，另外一部分就是远程数据采集、处理系统。
实验系统中，振动控制系统的振动台按照预先设定的参考谱进行振动。标准传感器和被校传感器感受相同的振动，经过相应的变送器或放大器输出的电压信号送入数据采集系统，实验工作站（包括实验者开发的数据处理软件）通过网络中的服务器获得所采集的数字信号，进行后续的动态校准、建模与性能分析工作，如图1所示。
变送器或放大器被测传感器振动控制系统中的振动台标准传感器变送器数据采集系统（PXI总线测量系统）●●●●●●实验工作站（数据处理软件）
图1 振动测试系统动态校准、建模与性能分析
三、 实验系统工作原理 1、振动控制系统工作原理
振动控制系统中的振动台产生动态校准、动态测试所需的标准振动信号。振动控制系统由振动控制仪、功率放大器、振动台和反馈传感器构成，目的是使振动台按照预先设定的参考谱进行振动。振动控制仪安装在工控机中，振动控制信号从工控机发出，经过功率放大器对控制信号进行放大，驱动振动台振动。而振动台的振动情况由安装在台面中心的反馈传感器获取，经过电荷放大器传送至工控机中的振动控制仪，从而形成闭环控制使振动台能够按照设定参考谱进行振动。
在振动台的夹具台面上采用背靠背方式安装标准传感器与被校传感器，这样保证了它们感受的是相同的振动信号，通过采集两个传感器的输出并将其送入实验工作站，参与实验的人员就可以在远程计算机上进行振动传感器的校准、建模及性能分析了。
2 数据采集系统工作原理
数据采集系统配有NI公司的数字化仪（PXI－5122），可以实现双通道信号的同步采样。信号采集系统的组成、工作原理及使用方法参见《通用测量控制系统简介》。
3 数据处理
获得振动信号的采样数据后，实验者根据实验目的与内容，利用系统提供的软件以及自主编制的实验软件进行数据处理，获得实验结果。
四、 实验内容及步骤
一） 本地实验部分
本地实验的主要目的是了解振动测试系统的组成，能够按照要求连接振动控制系统，并根据振动台及各个振动传感器的性能指标合理设计参考谱。随后在本地计算机操作界面上进行各项操作，以产生标准振动信号供远程数据采集系统使用。
1. 进行本地振动控制系统的连接，以按照预先设定的参考谱产生振动信号。具体的连接安装及操作见《振动测试实验系统使用说明书》。
2．为了实现对压阻式振动加速度传感器进行校准的目的，采用背对背安装方式，以确保标准传感器与待测传感器感受的是同一振动信号。具体的安装及操作见《振动测试实验系统使用说明书》
实验过程中，首先双击工控机桌面上的“Vibration TEST”应用程序图标，启动振动测试实验程序，界面如图2所示。
图2 振动测试实验程序的操作界面
点击“实验帮助”按钮，将获得振动实验的详细信息，包括所有硬件的参数指标，各软件的使用说明，实验操作及注意事项等。
根据所需要进行的实验，在程序中选择正弦扫频实验或者随机振动实验项目，在选定后点击“运行实验”按钮进入相应振动实验中。各个振动实验具体的说明及使用方法，可以参看实验帮助中的相关内容（“正弦振动控制系统使用说明书”和“随机振动控制系统使用说明书”或者《振动测试实验系统使用说明书》中的相关部分）。
二） 远程实验部分
本地实验部分提供了传感器校准所必需的标准振动信号，然后即可由数字化仪采集该信号并通过网络服务器将信号传送到各个终端，实验人员可在各自计算机上完成数据的采集工作，并进行后续的性能指标计算与动态误差补偿工作。