YE5940A振动冲击测试仪使用说明书(共13页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上 一、概述YE5940A型振动冲击测试仪系直读式电荷型测振仪，与压电传感器配合，可供多种场合下的振动、冲击和其它动态力测量。本仪器将电荷放大器和峰值检波保持器组装在一起，代替电荷放大器和峰值电压两台仪器，有利于简化线路，缩小体积，减轻重量，降低成本和减少系统误差。同时可由电表直读加速度（或力）值，使用十分方便。输入放大器为电荷放大器，不仅传感器与仪器间可使用很长的输入电缆，而且不同长度的电缆对测量精度的影响很小。有传感器灵敏度调节，可适应各种不同灵敏度的传感器，而不影响测量结果的直读。有可调节高、低通滤波器，可在测量时减小噪声和传感器谐振峰的影响。有线性峰值检波保持电

2、路，可分别对正、负峰进行保护，以单次冲击测试特别理想，最短为1.0秒（复位状态）可作瞬时用。具有归一化的交流输出、峰值检波输出、有效值和电流输出，交流输出可接示波器或接记录仪器，记录后进行频谱分析用，峰值检波输出可接直流数字电压表或用示波器观察连续冲击包络曲线，有效值输出可接直流数字电压表直读有效值，电流输出外接100负载可直接读其电流转换值为420mA电流输出。可由交流市电供电，也可由直流电源供电。采用了特制表头，具有上升时间快、阻尼特性好等特点。本仪器能方便地为科研、生产等单位提供有关振动、冲击和其它动态力方面的多种数据，尤其适合振动、冲击等环境试验设备配套使用。本仪器按GB4798电子测

3、量仪器环境要求及试验方法分组为组。 二、技术特性 1、工作特性： （1）输入特性 a.最大输入电荷量：30000Pc b.最小输入电荷量：0.2 Pc（信噪比>10dB） c.直流分流电阻：大于108（量程置于1时） d.输入端带长电缆后允许衰减1%的电缆长度。量 程 带电缆长度（STYV1） 等效电缆电容量 1 <330m 0.033F 3 <1000m 0.1F 10 <330m 0.033F 30 <1000m 0.1F 100 <3300m 0.33F 300 <10000m 1F （2）噪声：<满量程值的0.4% （3）滤波器及频率响应

4、：a.低通滤波器：分10、3、1kHZ（-3dB±1dB）三档，通带外接一12dB/oct衰减。b.高通滤波器：分30、3（-3dB±1dB）0.3Hz（<-3dB）三档通带外按一6dB/oct衰减。 （4）测量种类，正峰值、负峰值 （5）峰值保持特性： 保持时间常数：基准条件：30秒内衰减<满量程值的1% 额定工作条件：10秒内衰减满量程值的1%瞬间（复位）时间常数：约1.0秒 （6）测量综合误差：（不包括传感器误差） a.固有误差：输出1±2% 输出2±3% 表头指示 ±3% b.工作误差：输出1±4% 输出2

5、7;5% 表头指示 ±5% 输出1指满量程1/1010/10之间的线性误差 输出2指满量程2/1010/10之间的线性误差 表头指示 ±5% 表头指示满量程 （7）输出特性 a.输出1 有效值RMS 0.707V 5mA 峰值PK 1VP-P 5mA 直流电流DCI 420mA（100负载） 最小负载电阻<100 最大容性负载<0.01F 谐波失真度在频率低于10kHz满输出容性负载0.01F时<1%。 输出2（交流输出）±1VP-P 5mA 最小负载电阻 200 （8）复位特性 峰值检波保持器复位时间约1.0秒 2、基准条件和额定工作条件： （

6、1）基准条件a. YE5940A型振动冲击测试仪环境条件按GB4798规定的基准条件。b.输入电缆长度<3mc.输出负载电阻10kd.输出电缆长度<2me.信号频率正弦1000Hz和1mS单次脉冲。（2）额定工作条件：按组即 GB4798 a.温度额定使用范围：-1040 b.湿度额定使用范围：相对湿度<80%（40） c.大气压力：750±300mmHG ±10% d.电源电压：交流电压220V 50Hz<5VA或±12V两组直流（纹波<500V） -20%e.本仪器预热时间：约15分钟3、外形尺寸和重量外形尺寸70（L）×

7、;132.5（H）×200（B）mm 重量：约1Kg 本仪器符合苏YE5940A型振动冲击测试仪企业标准。 （仪器附有CA-YD-103压电加速度计1只。） 三、工作原理 YE5940A型振动冲击测试仪由电荷放大器，高低通滤波器，归一化电压放大器，反相器，有效值转换，峰值检波保持，直流电流转换，±8V直流稳压电源组成，下面分别简述各部分工作原理。1、 电荷放大器电荷放大器基本上是由一个带容性反馈的高输入阻抗，高增益运算放大器所组成，连同压电传感器与输入电缆的等效电路如图一，其输出电压：V0=QK/Ct+Cc+Cf（1+k）Q：传感器产生的电荷Ct：传感器电容Cc：输入电缆电

8、容Cf：反馈电容-K：运算放大器开环增益（负号表示输入信号与输出信号反相）由于K很大，因此一般情况下Ct+Cc< Cf（1+k） 忽略Ct+Cc，则V0= -QK/ Cf（1+k）= -Q / Cf（因K>1）由此式可知，若反馈电容Cf不变则输出电压V0与输入电荷Q成正比基本上与输入电缆电容无关（当然，若电缆电容Cc与KCf可以拟时，Cc将影响电荷放大器的增益，从而影响测量精度，因此，输入电缆长度也有一定限度）。电荷放大器采用了以结型场效应管为输入级的高增益运算放大器，反馈电容有三档，分别为300pF、3000pF、30000pF，从而得到量程3、30、300三档，量程1、10、1

9、00是利用改变低通滤波器的增益来实现的。为了稳定放大器直流工作点，各档均并联一只反馈电阻，并命名各档RC乘积相同，以用来确定仪器的最低下限频率0.3HZ，此反馈电阻与量程测量范围无关。2、 高低通滤波器本仪器低通滤波器为两级RC有源滤波器。高通滤波器为单级RC滤波器，其每倍频程衰减约6dB，利用改变R，来得到3档不同的下限频率，但在0.3HZ一档时，实际高通滤波器的频率约0.07HZ，而仪器的最低下限频率主要由电荷放大器确定。同时它将前级的偏移电压与输出放大器隔开，消除了前级的低频干扰，温度漂移等等，保证输出端通常是一个零直流电位。3、 归一化电压放大器归一化电路是利用增益可调的运算放大器，使

10、其对不同灵敏度的传感器具有不同的增益，从而得到“归一化”处理。已知一个运算放大器（见图三）其闭环增益可由下式确定（假定开环增益K足够大）：由上式可见，要改变增益，只需改变Zf或Zi即可。本仪器中Zf为固定的10k，而Zi是由一只1k电阻和一只10k精密多圈线绕电位器，串联而成，当仪器面板上“传感器灵敏度”旋至10.0时，Zi=1k，增益-K=10k/1k=10，而当旋至100.0时，Zi=10k增益K=10k/10k=1。例1：一加速度传感器的灵敏度为30Pc/g，受10g振动，量程置于10，经电荷放大级后输出电压为0.3V，送至归一化电压放大级，此时若传感器灵敏度旋至30.0，则Zi=3k，

11、本级增益K=10K/3K=10/3，这样经本节放大后输出电压为0.3V×10/3=1V，则表头上指示为10g（表头1V满度）从而达到“归一化”的目的。4、 反相器为了能够对正负信号进行测量，增加了一级反相器。5、 有效值转换为了能使输出为有效值读数，本仪器增加了有效值转换电路。6、 峰值检波保持器峰值检波器由两只运算放大器N1、N2组成（见图四）N1、N2均为同相跟随器。N1作检波器用，N2作保持器用，现假定输入一正弦信号，当信号为正半周时，经N1、D1、N2输出1：1的正半周信号，当信号为负周时，D1截止，N2输出信号为零，现假定输入为一正的单次信号，经N1、D1对C进行充电，当信

12、中与消失后，电容器通过D1，反相电阻，电容器的绝缘电阻及N2的输入电阻放电，由于二极管D1的反相电阻，电容器C的绝缘电阻及K2的输入电阻均足够大，则电容C 放电很慢，输入信号即保持在电容上，K2相应输出一个与C上相同的信号，由于K2输出阻抗较低，将此电压接至电压表上，则在一定的时间下降很小。7、 电流输出本仪器增加了电流转换电路，外接100负载可转换输出420mA电流。8、±8V直流稳压电源 +10%为保证在电源正常工作，输入±12V直流或220 V交流整机均能正常工作。 -20% 四、结构特征本仪器为框架结构。可作单机使用，也可由多台合用，插入我厂ZX系列组合机箱中组成多

13、通道振动冲击测试仪。此时只需反时针旋松仪器面板上的锁钮，抽去下盖板，插入组合机箱中再旋紧锁钮，琐牢即可。五、安装与使用1、 仪器的安装（1） 本仪器属组仪器，安装与使用的环境应符合工作特性中规定的要求。（2） 传感器的使用：本仪器为电荷型测试仪，应配用压电式传感器。在进行振动冲击测量时，一般均使用压电式加速度计（如随机附给的CA-YD-103压电式加速度计）。动态压力测量时，可使用压电式压力传感器（如我厂CY-YD-系列）。关于各种传感器的特性与使用方法，请参看相应传感器的说明书。 （3） 电缆的连接：本仪器所附的输入电缆为两根3米长STYV-1型低噪音电缆，各档电缆长度不超过技术特性规定时其

14、附加误差不大于1%，但电缆的加长会引一定的噪声，这些噪声也有电缆的固有噪声，机械运动和从回路感应的交流声。因此不仅需要尽可能避免电缆靠近电力线、有限广播等。为保证仪器能处于正常工作状态，尤其是小量程测量，要求输入电缆和压电传感器绝缘电阻均>1010，仪器输入插座亦需保持清洁、干燥，不用时应套上屏蔽帽。 焊接STYV-1电缆线时，应用无水乙醇擦净芯线绝缘层外的石墨层，并烘干，焊接时只能采用少量松香焊剂，一般应保持输入电缆绝缘电阻>1010。 （4） 记录仪表的选用： 本仪器表头已可净信号的的十峰值或一峰值指示出来。但若需要记录波形时，一般可按下述原出选用：a、观察记录波形。对于重复频

15、率较高的周期性振动、冲击或动态力，可采用阴极射线示波器；b、频率低于数千赫的周期或非周期信号（包括包络线）可采用光线记录示波器；c、单次脉冲或瞬态力信号可用记忆示波器观察，同步照相或磁带机，瞬态数字存储器记录后反复重放，瞬态存储器尚可输出数字信息，便于数据处理；d、频谱分析可根据不同要求选用不同类型的频谱分析仪，若需进行数据处理，可将信号经模数转换后通过适当接口送入计算机。 一般光线记录示波器振子给出的是电流灵敏度SA（mm/mA）若不进行系统标定，则必须先换算成电压灵敏度SV（mm/mV），最好再通过串联电阻RX，使其成为归一化电压灵敏度SV，这样读数更为简便计算方法如下：SV=SA/R取一

16、低于SV的归一化电压灵敏度SV，便可计算串联电阻：Rs=（SV/SV1-1）R （式中R为振子内阻）为准确起见，最好再接入归一直流电压（以数字电压表监视）微调Rs，使达到要求的归一化电压灵敏度。 （5） 关于接地：为了防止共模干扰，测量系统的接地问题必须十分重视，一般应使系统只有一个接地点，以避免形成“地回路”否则可能使仪器的输出端出现很大的噪声（交流声）。本仪器系统使用时，可将仪器接地，或传感器接地，以噪声最小为原则，若仪器输出端接有观察、分析、记录仪表时，则应选择观察、分析、记录仪表接地，振动冲击测试仪接地，同样以噪声最小为原则，一般以传感器一点接地为好。2、使用方法 （1）传感器灵敏度和

17、量程当使用传感器灵敏度为10110Pc/g时表头满刻度数值为量程旋钮指示值，若使用传感器灵敏度为111Pc/g时，传感器灵敏度旋钮至与1011Pc/g相同位置，则量程旋钮指示值扩大10倍，其余类推。当传感器灵敏度旋钮旋至实际灵敏度二倍时，则量程数值扩大二倍（例：量程置于10，则现为20）；反之，旋至实际灵敏度时则量程数值缩小（量程置于10，则现为5）其余类推。传感器灵敏度旋钮逆时针旋到底至窗口内出现1，红点对准零表示10 Pc/g，顺时针旋转，窗口内出现2，红点对准准表示20Pc/g，从10Pc/g20Pc/g旋至过程中红点对准的数值则表示十几点几，其余类推。 （2）±PK的选择振动

18、测量时，置于-PK或+PK均可，且读数相同，冲击测量时由于各厂家生产的传感器受相同方向作用时，输出信号极性有正有负，为了能与各厂家传感器配套使用，增加了±PK极性选择，以便选择正确极性。（3） 瞬时（复位） 在打开电源开关或转换量程时，应将瞬时（复位）开关置于瞬时（复位）状态。（4） 上、下限频率的选择： 根据被测量的大概频谱和传感器的自振频率选择适当的上、下限频率，一般在不影响所必须的测量精度时，应尽可能采用较窄的频率范围，这样有助于减小噪声。本仪器的高低通滤波器如图五在10倍该实际下限频率至0.33倍，该档实际上限频率这段范围内，仪器的频率附加误差不大于1%。 一般测量机械振动台

19、或机械冲击台加速度值时，将上限频率调至1kHz，以滤去机械台生产的高频干扰信号，测量冲击信号，下限置于0.3HZ，测量振动信号，30Hz以上置于3Hz，30Hz以下置于0.3Hz，但在量程1.3档时，应注意避免传感器受环境温度变化而产生的热释电引起的低频漂移。 （5）输出1：输出1为交流输出（输出波形与被测点运动波形相同），可接示波器监视波形、频率计（读频率）、磁带机（记录信号）等。 （6）输出2：输出2为检波输出，（输出波形为被测点运动波形的包络线或峰值），可接记录器（记录包络线）或接直流数字电压表，读峰值，提高读数精度。 （7）交、直流电源供电： 使用交流电时，直接接上交流电源线，使用直流

20、电时应配接专用直流电源线，不用时应拔去直流插头，切断直流电源。 （8）查诺模图： 由于YE5940A型振动冲击测试仪内没有一次和二次积分，所以不能读出速度位移值，但可以通过读出的加速度值和从振动台控制台上读出的频率值（或将输出信号送至频率计（示波器）读出频率）后查诺模图找出对应的速度移值。 3、应用实例（1） 振动测试：测量系统接法如图七。压电加速度传感器（又称加速度计）应牢固地安装在被测物的测量点上，加速度计产生与振动加速度成正比的电荷，通过电缆送进YE5940A型振动冲击测试仪便可直接读出其加速度峰值，利用该仪器内的滤波器（调节时需要打开上插板），在一定程度上可减小加速度计谐振峰及其干扰噪

21、声的影响。A、应正确选择加速度计，使所测频段在加速度计使用频率范围内，加速度计固定在被测物上不得改变其频响曲线，当频率高于2000HZ时，要特别注意，其质量需不致明显地影响测试点的振动。B、应知加速度计在所用范围内的电荷灵敏度，否则需对传感器进行标定，或进行系统标定。C、加速度计在被测物上的固定方法要恰当，以免影响其频响（见加速度计说明书），但又需同时考虑测量系统不应形成地回路。D、在被测物振动前，应先检查一下已安装好系统的静态噪声，（背景噪声）至少应低于被测振动级的（约-10dB）才能获得适当的精度。 （2）冲击测试：冲击是一种瞬态振动，它是振动的一种特殊形式，因此其测量系统除基本上与测振相

22、同外，尚需考虑。A、应估计测量的冲击加速度不应大于所用加速度计的正负极限以免损坏。B、上、下限频率的选择根据冲击脉宽参照图八确定。（使用机械式冲击台，应将上限频率置于1KHz，滤去高次谐波，以免造成误读数）。C、测量连续恒定冲击的峰值，可分别测出正峰和负峰，将其相加即为峰值。Hz高频截止点频率响应必须在此范围内平直底频截止点 5210000 51000 5 2 100 5 2 10 5 2 1 5 2 0.1 5 2 0.01 0.1 0.2 0.5 1 2 5 10 20 50 100 200 mS 脉冲持续时间 图8（2） 用比较法测量加速度计灵敏度：测试系统接法如图九将标准加速度计固定在

23、电磁振动台的同一点上，振动冲击测试仪的“传感器灵敏度”按标准加速度计的灵敏度调好，选择好量程，将标准加速度计输出线接至振动测试仪输入端，振动台按检定规范规定的频率加速度开动，记下振动冲击测试仪表头上的读数，保持振动台的振幅不变，然后换上被测加速度计的输出线调节“传感器灵敏度”至100.0 Pc/g，选择量程，记下的振动冲击测试仪表头上的示值，则被测加速度传感器灵敏度按下式计算： SQ=100/ Pc/g (g2/g1)式中：SQ：被测加速度传感器灵敏度不，单位Pc/g；g2：检定规范中规定的加速度值，单位g；g1：按被测加速度计时的示值，单位g；测量时应注意以下两点：A、振动冲击测试仪的下限频

24、率应至少低于振动频率的1/10，上限频率至少高于振动频率的3.3倍，以保证测量。 B、标定用电磁振动合在频率点失真应<3%，横向振动<10%。 （4）内燃机气缸压力的测试：测试系统接法如图十：将膜片压力传感器旋入内燃机气缸示功孔内，并应气密，注意从示功孔引出的管道，容积应远小于气缸容积，否则影响测量精度，传感器应适当选择，以保证在被测压力范围内有良好的线性度，将传感器按规定方式冷却，内燃机起动后，压力传感器即输出正比气缸压力的电荷，经振动冲击测试从其表头直读气缸压力的峰值，或将输出的信号送至光线记录其示功图。如需同时测量油管排气管压力，可配接相应传感器分别送入另两台振动冲击测试仪直

25、接读出其峰值，或用光线记录示测器的不同通道进行记录。仪器上、下限频率主要根据传感器的频率特性选择，以避免开传感器的谐振峰。测量时应选择确当的保持时间（5） 爆炸自由场压力的测试：接法同上。爆炸自由场压力是一种瞬态压力，振动冲击测试仪的保持时间应选择L档以便于读数，还可以输出的信号送至记忆示波器（或普通示波器照相）或瞬时数字存贮器记录。一般爆炸过程频谱较宽。应选择较高的上限频率或根据经验估计脉宽，按图九选择合适的上、下限频率，并应采取一定措施，尽量避免现场的剧烈振动或核辐射，以免影响测量精度。同时还需注意正、负峰极性的选择。（6） 用激波管进行压力传感器的动态标定。标定系统接法如图十一激波管是一

26、气密的耐高压管腔，由一铝膜分隔为高压室和低压室，当高压室通入压缩空气，并将压力增大到一定限度时，铝膜破裂，在低压室产生激波，通过测速系统测量其波速并计算出压力阶跃值，同时从振动冲击测试仪上读出阶跃值（应先选择好量程，并将传感器灵敏度调至100.0 Pc/g，时间常数置于“L”档）。并按下式算出被标传感器的电荷灵敏度，从示波器（记忆示波器或普通示波器照相）显示的压力波形上算出其自振频率。 SQ=100Pc/at(P2/P1)式中：SQ：被标压力传感器电荷灵敏度，单位Pc/at P1：计算出压力阶跃值，单位at P2：5940A型振动冲击测试仪上读出的压力峰值，单位at 最后在应用中有两个问题需注

27、意：由于本仪器下限频率较高（0.3HZ），时间常数不长，因此，不适于对力传感器进行静态标定，若需进行这类工作，可采用我厂YE5850型电荷放大器（其时间常数达100.000秒以上）。若将本仪器用于振动自动控制系统中，应注意勿使仪器发生严重过载，以防反馈压缩系统失控造成电磁振动台过激励而损坏。 六、维护和检修 1、仪器的维护 （1）YE5940A型振动冲击测试仪系电荷型测试仪，输入端绝缘电阻要求很高，因此要经常保持输入插座及电缆插头的清洁、干燥。一旦污染，应根据污染物的性质，选用适当的溶剂（如化学纯的无水乙醇、乙醚、四氧化碳等），用白稠布少许将污物擦净，并在45±5烘箱中（或250W红

28、外线灯泡距离0.30.4m）烘四小时，注意溶剂不可过多，也不可碰面板，以防损伤漆层，仪器不用时应旋上防尘帽。 +10% （2）使用时注意电源电压，本仪器规定电源电压为220 V交流或直流电源电压±12 -20%二组，纹波500V。 （3）本仪器是组仪器，原则上属实验室仪器，若在超过规定环境条件的现场使用注意避免酸、碱、雾、淋雨及过强的辐射场，电场磁场。 （4）打开本仪器电源开关，或转换量程时，均应将复位开关置于复位状态。 （5）本仪器为电荷型测试仪，接通电源后，切勿在输入端直接入电压信号，如磁电式传感器，信号发生器或直流电压等，须经串联电容（如检测头），将电压信号转换为电荷信号，才能

29、输入本仪器，接通电源后，不允许将输入端短路。2、仪器的检修当仪器发生故障时，应根据故障现象，通过适当的检查，再从原理上分析以作正确的判断，不要随易猜测或盲目地更换元器件，也不可轻易调整仪器内的微调电位器和电容等。检修中应注意防止万用表表棒、螺丝刀等将元器件间短路、也不要用万用表中有6V以上。若修理中需调节微调电位器，应先记住调节前仪器的状态（各零点偏离多少，或误差相差多大）以便当发现无效时，可恢复原来位置。电池的高阻档测量，以防将元器件损坏，造成新的故障。在以下检修中若不特别注明，则仪器各控制旋钮的状态应为：传感器灵敏度100.0，量程10，下限频率0.3Hz，上限频率10kHz，输出端空载，

30、复位开关置复位状态。正、负峰选择置于正峰，并认为传感器三次仪表均完好。一般故障原因大致有元器件损坏和电路开路（假焊等）或短路（碰线等）电阻变值或开路，电容器短路、断路或容量变化，找出损坏的元器件应进行修换时也应注意：a.精密电阻、电容符合图纸要求；b.查出损坏元器件后，应分析损坏原因，否则有时新换上的元器件又会立即损坏，因此，检修中一定要认真、细致、弄清因果关系。常见故障及检修方法：（以下检修中均假定±8V电压是正常的）仪器不工作（表头无指示）：a.打开电源，输出无指示，则应检查输入电缆线是否断路，短路或接触不良，传感器是否完好，机内印制电路板与插座是否插紧。b.如传感器、电缆线均完

31、好，则应检查电荷放大器输入级场效应对管是否完好，电荷级是否完好，电荷级是否发生故障，检查的方法一般用万用表测定电荷放大及输出零点在±150mV，若偏离较大，则故障发生在此级，一般都为输入场效应对管RGS下降或损坏。c.打开电源，表针不动，一般为检波输出至表头连接开路，或交直流转换开头位置不正确（此时发光管不亮）。波形失真：先用1KHz，0.07VRMS及0.7VRMS正弦信号（以检查大、小信号失真）经检测头送入仪器输入端用示波器从前后逐级检查输出波形。发现哪一级失真，再用万用表检查各级工作点是否正常，一般均为元件性能变化所致，若各级正常后，还应检查高、低不同频率及负载后是否失真。噪声大：表针有无规律的小幅度晃动，则应用晶体管毫伏表逐级检查，噪声大都是来自场效应管、晶体管、电阻或电容，稳压电源纹波