KSP cwiczenie 3 - ka..

Ćwiczenie nr 4.
Kalibracja systemu pomiarowego na przykładzie sygnału akustycznego i
drganiowego
Wprowadzenie
Celem kalibracji systemu pomiarowego jest sprawdzenie, czy zadanej znanej wielkości
mierzonej odpowiada wartość wskazana na wyjściu systemu. Kalibracja zazwyczaj
przeprowadzana jest jednopunktowo, czyli dla jednej częstotliwości i jednej wartości
poziomu ciśnienia dźwięku w przypadku toru akustycznego i wartości skutecznej
przyspieszenia drgań w przypadku toru drganiowego.
Pełne charakterystyki częstotliwościowe oraz wzmocnienia na dostępnych zakresach
pomiarowych dla poszczególnych elementów systemu sprawdzane są przez producenta lub
później okresowo przez jednostki akredytowane GUM.
Ogólnie kalibrację można przeprowadzić (1) metodą napięciową – wartość podawanego
napięcia ( na wyjściu przetwornika) odpowiada znanej wartości wielkości fizycznej podanej
na wejście przetwornika oraz (2) za pomocą źródła wzorcowego – na wejście systemu
podajemy rzeczywisty sygnał ze źródła wzorcowego.
Tor akustyczny:
Mikrofony pomiarowe ( ½”) posiadają znormalizowaną czułość napięciową 50 mV/Pa co
odpowiada -26 dB/V/Pa. Na taką czułość projektowane są systemy pomiarowe sygnału
akustycznego. Jednak rzeczywista czułość każdego mikrofonu jest nieco inna ( najczęściej
mniejsza) i jest podana na metryczce dołączonej do mikrofonu. Czułość tą wprowadzamy do
systemu, korygując w ten sposób różnicę rzeczywistej czułości w stosunku do czułości
znormalizowanej.
Korekcja ta może być przeprowadzona albo w mV/Pa, albo w dB/V/Pa . Jest to rodzaj
kalibracji napięciowej ( lub kalibracji wstępnej), jakkolwiek nie jest podawane napięcie na
wejście systemu.
Tor akustyczny zawsze powinien być dodatkowo kalibrowany za pomocą źródła
wzorcowego, jakim może kalibrator lub pistonfon.
Kalibrator – wzorcowe źródło dźwięku o konstrukcji opartej na głośniku pracującym w
układzie ze sprzężeniem zwrotnym, generujące sygnał o częstotliwości 1000 Hz i ciśnieniu 1
lub 10 Pa co odpowiada odpowiednio 94 i 114 dB.
Pistonfon – wzorcowe źródło dźwięku o konstrukcji opartej na przetworniku tłokowym
wytwarzające sygnał akustyczny o częstotliwości 250 ( lub/i 315 Hz) i ciśnieniu 31,6 Pa (
najczęściej), co odpowiada poziomowi 124 dB.
Tor drganiowy
Przetworniki drgań ( w naszym przypadku akcelerometry), podobnie jak i mikrofony
posiadają zapisaną w metryczkach czułość wyrażoną w mV/g, gdzie g to przyspieszenie
ziemskie ( g = 9.81 m/s2). Czułość przetworników nie jest znormalizowana, jakkolwiek
wyróżnia się pewne klasy czułości, np. 100 mV/g lub 1000 mV/g – rzeczywiste wartości dla
każdego przetwornika są nieco inne.
Kalibracja napięciowa polega na wprowadzeniu sygnału napięciowego ( sinusoidalnego) o
dowolnej1 częstotliwości z zakresu pomiarowego przetwornika o wartości skutecznej ( RMS)
odpowiadającej przyspieszeniu 1 g, dla danego egzemplarza przetwornika.
Kalibrację systemu za pomocą źródła wzorcowego przeprowadza się przytwierdzając
czujnik do takiego źródła – wzbudnika o częstotliwości 80 lub 160 Hz ( najczęściej) i
przyspieszeniu 1 g i koryguje się się wzmocnienie systemu tak, aby na wyjściu wskazanie
odpowiadało wartości 1 g lub w przypadku skali logarytmicznej np. 120 dB ( 120 dB
odpowiada wartości napięci a 1 V, przy poziomie odniesienia 0 dB=1 mV).
Przebieg ćwiczenia:
1. Zapoznanie się z metryczkami mikrofonów i przetworników przyspieszeń drgań (
akcelerometrów)
2. Przeprowadzenie kalibracji wstępnej ( napięciowej) oraz za pomocą źródła
wzorcowego ( kalibratora 114 dB i 1 kHz) systemu pomiarowego z analizatorem Nor
840 oraz analizatorem przenośnym SVAN 912 AE ( lub 945A).
3. Przeprowadzenie kalibracji napięciowej oraz za pomocą źródła wzorcowego (
wzbudnika drgań o częstotliwości 160 Hz przyspieszeniu 1 g) systemu pomiarowego z
analizatorem Nor 840 oraz analizatorem przenośnym SVAN 912 AE.
Sprawozdanie:
1. Każdy tor pomiarowy powinien być dokładnie opisany włącznie z numerami
fabrycznymi i czułościami jego podstawowych elementów - przetwornik i
przedwzmacniacz.
2. W sprawozdaniu należy podać wartości rzeczywistych czułości systemu,
wynikających z przeprowadzonej kalibracji.
3. Wyjaśnić możliwe ew, przyczyny rozbieżności pomiędzy czułością deklarowaną w
metryczce przetwornika, a czułością otrzymaną podczas kalibracji.
1
Najczęściej wprowadza się sygnał o częstotliwości jak w źródłach wzorcowych, tj. 80 lub 160 Hz.