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摘 要：由于振动在日常生活及工业生产中是普遍存在的物理现象，对振动的测量就显得攸关重要，特别是在航天航空，地震预报观测，工业设备检测以及环境地质等方面振動传感器起到了至关重要的作用。振动传感器是将采集到得振动信号通过换能元件将其机械运动转换为光学或电信号输出。目前，低频振动传感器的校准通常是在实验室进行的，但是一些在线监测系统对传感器的现场校准提出了要求。基于此，本文主要对低频振动校准系统的关键技术与实现进行分析探讨。
关键词：低频振动；校准系统；关键技术；实现
1 前言
随着科学技术的迅猛发展，振动计量这一涉及多学科的动态测量技术，已成为朝阳专业。在振动测量仪器中，应用最多的是各种类型的振动测量仪。通常在振动比较法标准装置上可以完成绝大多数振动测量仪的检测、校准工作。
2 低频振动校准系统关键技术研究
2.1 低频标准振动系统反馈控制的研究
2.1.1标准振动台恒压频率响应特性分析
要对低频标准振动系统进行反馈控制的研究，首先要分析振动台频率响应的一些特性，只有在这个基础上才能对位移反馈，速度反馈和加速度反馈进行详细设计。
2.1.2位移反馈控制技术
振动台初始激励信号经控制器，功放加载到振动台台面，并被位移传感器拾取，反馈给控制器，反馈控制器是实现位移负反馈控制的主要部分。反馈控制器对振动位移进行比较分析，并控制其输出从而是振动台位移达到理想要求。
2.2 信号分析技术
2.2.1信号的时域分析
信号的时域分析是指在横坐标参数为时间，纵坐标参数为信号的相关单位，例如电压伏特，电流安培等参数时，分析其在时间域的纵坐标参数的特征值，这个特征值可以是最大值，最小值，平均值，方差等，可以和时间结合起来指定时间内分析这些特征值；还可以分析不同时间段的纵坐标参数的相似以及关联的特性。
2.2.2信号的相关分析
振动信号的相关分析是指对不同时间段的振动信号分析其之间的关系，由于振动信号是随机信号，两个随机信号之间不具有确定的关系，只有通过大量的数据统计分析才能发现其之间存在的关系，并能为预测未来的数据做好铺垫。所以说相关分析在振动信号数据分析中起到了重要的作用。
2.2.3信号的频域分析
（1）频值谱分析
傅立叶变换是重要的信号分析工具，将时域信号变换到频域进行分析，在时域内信号的分析存在很多难点，变化到频域可以更好的分析信号的特征。实现傅立叶变换的一个重要的方法就是FFT变换。
（2）功率谱分析
由于振动信号存在时间上的无限性，并且其不能满足傅立叶变化的基本要求，所以只有经过截取一部分有限时间内的信号，对这部分样本信号进行傅立叶变换。
3 系统总体设计
3.1 系统的组成
测量系统主要由激光干涉仪、校准软件及扫描装置组成，具体的系统工作图见图1所示，图中灰色为相位测量系统的组成部份。测量系统采用绝对法的方式实现了对振动传感器灵敏度幅值与相位的测量，是振动传感器动态性能研究的有力工具，已在国防科工委第一计量测试研究中心的“高、中、低频振动标准”和“超低频大振幅振动校准装置”上得到了成功的应用。
图1 测量系统工作简图
3.2 系统设计方案
1）激光干涉仪
激光干涉仪采用麦克尔逊激光多普勒原理，使用正交信号的方法，直接由计量学的基本量——长度（激光的波长）和时间（数采设各的时钟）——来绝对复现振动位移，是校准方法完善、校准结果可靠的先进方法，能够在振幅范围内对运动目标的运动参数进行非接触精确测量，同时还具有相位特性校准功能。
3.3 系统的硬件设计
3.3.1系统硬件总体结构
振动传感器校准系统的硬件主要是由标准振动台（包括水平和垂直连个振动台），激光干涉仪，数据采集卡，以及功率放大器，信号发生器等。
3.3.2数据采集的实现
数据采集（Data Acquisition）在可采用DAQ采集卡，数据采集卡是基于PC的数据采集，通过模块化硬件、应用软件和计算机的结合，进行测量。DAQ可以实现多种功能，将整合了信号的模数转换、传感器、激励器、信号调理、数据采集设备和应用软件等功能，可以说其性价比相当高，并且其设计简单灵活。
在了解数据采集知识的基础上，综合考虑本系统待定参数的特征，以及数据采集板的可靠性、精度和性价比等因素。本测试系统中选用NI公司生产的低速数据采集卡PXI-6281和高速数据采集卡PXI一5124。在这里简单介绍高速数据采集卡PXl·5124。NI PXl.5124具有软件可选的动态范围，50n或1MD电阻输入，200 mV到20v电压输入，并可在板载内存中采集超过100万个波形，适合时域和频域分析。有50多个内置测量与分析函数直接在驱动软件中编程生成.在NI LabVIEW中可进一步扩展到400个。
3.3.3信号调理电路的实现
信号的调理（Signal Conditioning）是指在前端DAQ采集数据之前进行滤波，放大以及多路复用等预处理，由于振动台输出的信号有时候可能存在些不能被采集卡所识别的信号，而这些操作是为了能够原始信号经过处理后能够更好的被DAQ采集系统所识别，这些预处理过程是通过内部电路来改变输入的信号，其中主要是通过滤波器进行过滤信号中的干扰，采用放大器对原始微弱的信号进行放大为后面的采集带来方便，以及转换器完成信号的转换。虽然采集卡上也可以实现放大滤波这些功能，但是信号过小或干扰过大时，对采集卡采集信号影响很大，需要在前端进行调理。
参考文献
[1]朱良漪.中国分析仪器和传感器产业化的困难[J].分析仪器，2005，（3）：1-7
[2]孙桥，丁二梅.比较相位型振动校准系统的研究和实现[J].计量学报.2005，1（1）：142-145.
关键词：低频振动；校准系统；关键技术；实现
1 前言
随着科学技术的迅猛发展，振动计量这一涉及多学科的动态测量技术，已成为朝阳专业。在振动测量仪器中，应用最多的是各种类型的振动测量仪。通常在振动比较法标准装置上可以完成绝大多数振动测量仪的检测、校准工作。
2 低频振动校准系统关键技术研究
2.1 低频标准振动系统反馈控制的研究
2.1.1标准振动台恒压频率响应特性分析
要对低频标准振动系统进行反馈控制的研究，首先要分析振动台频率响应的一些特性，只有在这个基础上才能对位移反馈，速度反馈和加速度反馈进行详细设计。
2.1.2位移反馈控制技术
振动台初始激励信号经控制器，功放加载到振动台台面，并被位移传感器拾取，反馈给控制器，反馈控制器是实现位移负反馈控制的主要部分。反馈控制器对振动位移进行比较分析，并控制其输出从而是振动台位移达到理想要求。
2.2 信号分析技术
2.2.1信号的时域分析
信号的时域分析是指在横坐标参数为时间，纵坐标参数为信号的相关单位，例如电压伏特，电流安培等参数时，分析其在时间域的纵坐标参数的特征值，这个特征值可以是最大值，最小值，平均值，方差等，可以和时间结合起来指定时间内分析这些特征值；还可以分析不同时间段的纵坐标参数的相似以及关联的特性。
2.2.2信号的相关分析
振动信号的相关分析是指对不同时间段的振动信号分析其之间的关系，由于振动信号是随机信号，两个随机信号之间不具有确定的关系，只有通过大量的数据统计分析才能发现其之间存在的关系，并能为预测未来的数据做好铺垫。所以说相关分析在振动信号数据分析中起到了重要的作用。
2.2.3信号的频域分析
（1）频值谱分析
傅立叶变换是重要的信号分析工具，将时域信号变换到频域进行分析，在时域内信号的分析存在很多难点，变化到频域可以更好的分析信号的特征。实现傅立叶变换的一个重要的方法就是FFT变换。
（2）功率谱分析
由于振动信号存在时间上的无限性，并且其不能满足傅立叶变化的基本要求，所以只有经过截取一部分有限时间内的信号，对这部分样本信号进行傅立叶变换。
3 系统总体设计
3.1 系统的组成
测量系统主要由激光干涉仪、校准软件及扫描装置组成，具体的系统工作图见图1所示，图中灰色为相位测量系统的组成部份。测量系统采用绝对法的方式实现了对振动传感器灵敏度幅值与相位的测量，是振动传感器动态性能研究的有力工具，已在国防科工委第一计量测试研究中心的“高、中、低频振动标准”和“超低频大振幅振动校准装置”上得到了成功的应用。
图1 测量系统工作简图
3.2 系统设计方案
1）激光干涉仪
激光干涉仪采用麦克尔逊激光多普勒原理，使用正交信号的方法，直接由计量学的基本量——长度（激光的波长）和时间（数采设各的时钟）——来绝对复现振动位移，是校准方法完善、校准结果可靠的先进方法，能够在振幅范围内对运动目标的运动参数进行非接触精确测量，同时还具有相位特性校准功能。
3.3 系统的硬件设计
3.3.1系统硬件总体结构
振动传感器校准系统的硬件主要是由标准振动台（包括水平和垂直连个振动台），激光干涉仪，数据采集卡，以及功率放大器，信号发生器等。
3.3.2数据采集的实现
数据采集（Data Acquisition）在可采用DAQ采集卡，数据采集卡是基于PC的数据采集，通过模块化硬件、应用软件和计算机的结合，进行测量。DAQ可以实现多种功能，将整合了信号的模数转换、传感器、激励器、信号调理、数据采集设备和应用软件等功能，可以说其性价比相当高，并且其设计简单灵活。
在了解数据采集知识的基础上，综合考虑本系统待定参数的特征，以及数据采集板的可靠性、精度和性价比等因素。本测试系统中选用NI公司生产的低速数据采集卡PXI-6281和高速数据采集卡PXI一5124。在这里简单介绍高速数据采集卡PXl·5124。NI PXl.5124具有软件可选的动态范围，50n或1MD电阻输入，200 mV到20v电压输入，并可在板载内存中采集超过100万个波形，适合时域和频域分析。有50多个内置测量与分析函数直接在驱动软件中编程生成.在NI LabVIEW中可进一步扩展到400个。
3.3.3信号调理电路的实现
信号的调理（Signal Conditioning）是指在前端DAQ采集数据之前进行滤波，放大以及多路复用等预处理，由于振动台输出的信号有时候可能存在些不能被采集卡所识别的信号，而这些操作是为了能够原始信号经过处理后能够更好的被DAQ采集系统所识别，这些预处理过程是通过内部电路来改变输入的信号，其中主要是通过滤波器进行过滤信号中的干扰，采用放大器对原始微弱的信号进行放大为后面的采集带来方便，以及转换器完成信号的转换。虽然采集卡上也可以实现放大滤波这些功能，但是信号过小或干扰过大时，对采集卡采集信号影响很大，需要在前端进行调理。
参考文献
[1]朱良漪.中国分析仪器和传感器产业化的困难[J].分析仪器，2005，（3）：1-7
[2]孙桥，丁二梅.比较相位型振动校准系统的研究和实现[J].计量学报.2005，1（1）：142-145.