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手持式振动校准器参考频率为何是159.2Hz？

2021-12-10 20:04:26·  来源：海德声科 HEAD acoustics  
　
对于精确的振动幅值测量，在开始试验前我们通常要对加速度传感器进行校准，精确修正加速度传感器的灵敏度数值。而进行加速度传感器校准，必须要使用到振动校准器
对于精确的振动幅值测量，在开始试验前我们通常要对加速度传感器进行校准，精确修正加速度传感器的灵敏度数值。而进行加速度传感器校准，必须要使用到振动校准器。NVH行业常用的为手持式振动校准器，例如PCB 394C06。我们注意到其校准参考频率不像麦克风校准器频率为250Hz或1000Hz，而是159.2Hz，有零有整的，大部分使用者脑海中此时都会出现一个大大的问号：为什么是159.2Hz？
选择校准参考频率的一个重要原则是该参考频率应在传感器频响的平坦区域，以最大限度的降低校准的不确定度。下图为NVH常规加速度传感器的频响曲线，159.2Hz不高不低，刚好落在大部分加速度传感器频响的平坦区域。如果校准的参考频率选择在传感器频响曲线的两端，由于频响曲线不平坦及校准过程人为及环境因素的影响，都会大大提高校准的不确定度。
此时，我们还会有疑问，那为什么不是100Hz或者200Hz，这频率也在传感器频响的平坦区域，并且数字也看起来更工整好记。这里就要提到我们电力系统的工频了，众所周知，我国电力工频为50Hz，设备传感器在供电状态下，可能会出现工频干扰。而100Hz、200Hz这类看起来工整的整数，刚好为电力系统工频的谐频，如果出现工频干扰则会大大影响我们加速度传感器的校准。但也有例外，美国电力系统工频为60Hz，所以我们偶尔会遇到美国厂家使用100Hz作为振动校准的参考频率。
到这里我们知道了振动校准参考频率应在传感器频响的平坦区域并且要避开50Hz工频及其谐频，但还是无法解释这个有零有整的159.2Hz，这时候就要祭出伟大的公式了！
振动信号在频域中，加速度、速度及位移之间通过角频率2πf互相转换：
于是当频率f为159.2Hz时，角频率刚好为1000。因此从位移到速度的转换以及从速度到加速度的转换就可以直接乘以1000完成。当振动校准器频率为159.2Hz，振动幅值为9.8 m/s^2时，振动速度为9.8 mm/s，振动位移为9.8 μm。
此时是不是就恍然大悟了，原来这个有零有整的159.2Hz，对应的角频率就是我们最常用的转换系数1000啊！
那么，在HEAD acoustics 研发的ArtemiS SUITE软件里面应该怎么进行传感器校准呢？校准因子factor表示什么意思？
如果使用HEAD Recorder版本，在需要进行校准的通道Bargraph右键选择calibrate current channel打开通道校准界面，根据所选通道设置自动识别传感器为acceleration AC校准，校准幅值选择9.81 m/s^2或者根据校准器参数手动输入，Cal.Factor limits选择某一范围或者unlimited，Cal.frequency选择159.2Hz，点击Calibrate按钮开始校准。校准完成软件有“滴滴”声音提示，点击Accept，修正后的校准因子自动填入通道列表，全部通道校准完成即可正式开始测试。

如果使用Artemis Recorder版本，Channel Configuration界面右侧展开Tools，Sensor Calibration框内点击Start Calibration，弹出Sensor calibration窗口，对加速度传感器Quantity选择Acceleration，Calibration Value根据校准器参数手动输入，Acceptable calibration values选择某一范围或者unlimited，无需输入校准器频率，点击start calibration按钮即可开始校准，校准完成有“滴”声音提示，并自动修正通道传感器属性中的Calibration Factor数值。
很多用户对Calibration factor (Cal.Fact.)存在疑问，这个数值是怎么来的？
其实很简单，calibration factor=输入灵敏度/实际灵敏度，例如通道设置中传感器输入灵敏度Sensitivity为10 mV/m/s^2，校准完成得到calibration factor为1.02，则传感器校准后的实际灵敏度为10/1.02=9.8 mV/m/s^2。
当然，在软件使用过程中你并不需要特意去关心校准因子，因为这些换算工作软件已经默默帮你完成了，你只需要完成校准即可立即开始测试，得到精确的测试数据！
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