46-如何進行「加速規」校正？(

《振動噪音科普專欄》如何進行「加速規」校正？
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「加速規」(accelerometer)是量測物體振動的感測器(sensor)，振動噪音工程師在量測產品的振動，最常使用的振動量測感測器就是「加速規」，藉以量測物體的加速度變化情形。量測的加速度訊號如何確保其正確性呢？當然需要透過感測器的校正(calibration)程序，本單元就來介紹「加速規」的校正！

要進行「加速規」校正，需要有標準振動源激振器(Calibration Exciter)，以及一部「頻譜分析儀」 (FFT Spectrum Analyzer)。

先前單元：【為什麼「標準振動源激振器」的頻率是159.15Hz？】，已經介紹了「標準振動源激振器」的動作原理，本單元將應用「標準振動源激振器」對「加速規」進行校正。在此須附註：本單元介紹的是實驗室級的校正方法；「加速規」的校正仍需要由通過「國家度量衡標準實驗室」認證之公正單位，定期進行「加速規」感測器之校正。

如圖示將「加速規」安置於「標準振動源激振器」上，開啟激振器將會產生單一頻率的加速度簡諧波，將「加速規」另一端透過連接線接到「頻譜分析儀」。頻譜分析儀的主要設定有：

1. 量測頻道設定(channel setup)：有三個主要設定，(1)選擇視窗加權函數(window)設定為Flat-Top，理由：因為「標準振動源激振器」發出的是簡諧波，且希望有正確的簡諧波振幅解析。(2)設定感測器靈敏度(sensitivity)，圖示範例為10.86 mV/g，也就是電壓值為10.86mV時，加速度為1 g。(3)設定0 dB的參考值，Aref = 1.0197e-7 g = 10e-6 m/s^2，理由：依照「加速度位準」分貝值dB的定義。
2. 快速傅立葉轉換參數設定(FFT setup)：(1)設定有效頻寬fc=1000 Hz，因為必須大於「標準振動源激振器」的信號頻率159.15Hz。(2) 設定頻率域有效解析條數Nc=3200，所以，可得到頻率解析度df=0.3125 Hz。(3)觸發(trigger)設定為Free Run，因為是穩定的連續訊號，所以訊號的時間零點就由量測軟體任意設定。(4)平均次數Average=3，因為是穩定訊號源。

由圖示的量測視窗，上半部是時間歷程訊號，下半部是自身功率頻譜密度函數(auto power spectral density function)，簡寫Auto PSD。量測視窗的重要討論如下：

1. 時間歷程的加速度訊號，確實呈現簡諧波特徵，時間域振幅值接近1.44，在+/- 1.44之間波動，也就是加速度之振幅大小為 1.44 g左右，此乃因為「標準振動源激振器」是159.15 Hz簡諧波，Arms=1.02 g，而振幅A=sqrt(2)*Arms，所以，加速度振幅值A=1.414*Arms=1.441 g。
2. 在Auto PSD呈現的頻譜圖，注意y軸的單位是Urms，所以可以得到在x:159.1 Hz，y:1.004 g，正確的頻譜圖。因此，可以判斷此「加速規」的靈敏度設定與量測連線的組合，有正常、正確的加速度量測結果，符合159.1Hz簡諧波，Arms=1 .02 g的加速度特徵。

綜合本單元的說明，欲進行「加速規」校正，振動噪音量測工程師必須認知：

1. 要進行「加速規」實驗室級的校正，需要有「標準振動源激振器」(Calibration Exciter)，以及一部「頻譜分析儀」 (FFT Spectrum Analyzer)。
2. 充分了解「標準振動源激振器」的動作原理，是單一頻率為1000 rad/s=159.15 Hz之簡諧波，加速度的RMS值是Arms=10 m/s^2 = 1.0159 g。
3. 熟悉「頻譜分析儀」的操作，包括：量測頻道設定(channel setup)、快速傅立葉轉換參數設定(FFT setup)及量測視窗的顯示功能。
4. 需要正確的判讀頻譜圖(spectrum)，本單元介紹了Auto PSD。由於，「標準振動源激振器」的「加速度RMS值」是Arms=1.0159 g，代表的是「加速度振幅值」A=1.414*Arms=1.441 g，所以，在Auto PSD的顯示單位可以是A或Arms，必須要正確的對應。

本單元簡單說明【如何進行「加速規」校正？】，希望對讀者有所幫助。

以上個人看法，請多指教！

王栢村
2018.01.20