振动幅相特性测量系统溯源问题的研究

　　0　引言

　　随着高新技术的飞速发展,在机械电力、桥梁建筑、水利建设、地质探测以及航空航天、国防军工等领域的工程测量,都提出了在测试传感器幅频特性的同时需增加相频特性测试的要求。目前只有采用ISO16063-11“激光干涉绝对法振动校准”推荐的正弦逼近法校准技术,才能实现1Hz~10kHz宽频带范围内振动传感器幅频和相频特性的绝对测量。该测量技术运用虚拟仪器技术和功能强大的信号处理软件,集成化和自动化程度高。但是,正是由于现代测量技术和计算机技术的相融合,对实现量值的准确可靠提出了更高的要求,这也带来了量值溯源和基标准法制管理上的新问题,值得我们思考和研究。

　　1　振动幅相特性测量系统的构成及原理

　　激光绝对法振动幅相特性测量系统的组成如图1所示。

　　计算机控制信号源产生一定频率的标准正弦激励信号,经功率放大器放大后推动振动台运动。正交Michelson激光干涉仪的测量光束在与线偏振参考光束发生干涉后,通过Wollaston棱镜将相互垂直偏振的两个分量光束在空间上分开,并且由水平和垂直两个光电检测器完成干涉信号的接收和检测。由于存在π/2的相位差,两路光电信号分别按正弦和余弦函数变化。这两种包含幅相信息的信号经宽带放大器放大后,由高速数据采集卡完成同步采集。安装在振动台上的被校加速度计套组的输出信号,经一个低速数据采集卡实现与高速数据采集卡相同采样时间内的采样,三路信号一并输入计算机进行数据处理。通过数学解算得出振动台输出标准加速度的幅值和初相位、被校加速度计的幅值和初相位,从而得出给定频率下的被校加速度计幅值灵敏度和相移。

　　正交Michelson激光干涉仪所产生的激光干涉条纹反映振动台位移的振幅和相位信息。振动台输出的标准加速度幅值和初相位,是通过将所获取的激光干涉条纹的模拟信号转换为数字信号后,由计算机进行数字处理,利用正弦逼近算法拟合出位移与时间的变化曲线,得到振动台位移的幅值和相位后计算出的。

　　从上述工作原理可以初步认识到,该测量系统两个最基本的参量—位移(mm)、相位(弧度)不是,也不可能是测量仪器能够直接测量得到的。

　　2　幅相特性测量系统量值的溯源

　　加速度传感器的复合灵敏度可以用频率的复值函数表示:

　　幅值S^a的单位为Unit/m·s-2,相移φu-φa的单位为弧度。幅相特性分别描述加速度传感器灵敏度幅值和相位移随频率变化的关系。因此,加速度传感器幅相特性的求解就是要分别绘出幅值灵敏度S^a与相移Δφ(Δφ=φu-φa)在频域的两条特性曲线[2]。