【Klippel应用笔记】AN74 使用位移激光器测量加速度 — 测试步骤及结果解读

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测试换能器和致动器的加速度是音频行业的常见应用。通常情况下，小型加速度传感器将连接到被测设备（DUT）上，用于直接测量加速度。但是这些传感器需要粘合或拧到DUT上，与传感器重量相比，该方法不适合振动质量较小的小型扬声器，所以我们将介绍一种非接触式加速度测量方法，该方法不需要将额外的传感器连接到DUT的膜片上。

测试步骤：

该应用的测试模板以及示例数据。

2. 根据应用需求，合理设置TRF测试模块的激励信号（频率范围和电压大小），并建议勾选“Noise floor + DC monitoring”，便于分析测量过程中噪声的影响。

3. 确认在TRF的输入“Input”页面只有位移X勾选上。根据ISO 1683标准，参考位移（0dB）定义为10pm，因此还需要将校准设置成10^-9mm = 0dB

4. 为了计算加速度，需要将测量的位移进行两次求导，该过程需要在TRF信号处理“Processing”页面运用参考曲线来完成。

【背景知识：参考曲线的参数从何而来】

根据位移、速度和加速度的数学关系，速度为位移的一阶导，加速度为位移的二阶导。

考虑复数和角频率，上述关系可改写为：

从更实际的角度来看，这相当于对测量的位移信号进行高通滤波。该过程可以通过TRF属性页"Processing"中将参考曲线（见上图）添加到TRF测量的传递函数上来完成。因此，上面的公式以dB表示为：

将最右边的部分进行改写，分解为测量的位移电平Lx和所需的参考曲线电平Lc：

根据ISO 6083标准，参考振动位移和参考振动加速度分别为Xref=1pm，aref=1μm/s^2
由此得到：

参考频率范围选为1Hz至100kHz（该频率范围适用于绝大多数应用，当然，也可以按需另行选择），带入上式可计算出（j^2=-1）：

由于TRF中测量的传递函数是除以参考曲线（相当于减去dB值），因此计算的电平以及相移必须导入之前进行求反：

格式：频率[Hz] 幅值[dB] 相位[度]

【速度参考曲线】
在某些情况下，可能需要得到振动速度，和计算加速度同理，也可以从测量的位移计算速度。此时，参考曲线如下：

上式中的j相当于-90°的相移，因此，同样考虑1Hz至100kHz的频率范围，速度参考曲线为：

格式：频率[Hz] 幅值[dB] 相位[度]

5. 完成配置后，点击菜单中的绿色箭头运行该TRF测试即可。

【示例结果分析】

本示例中测试的设备DUT是一个5英寸的低音扬声器，它本身的振动质量要比后面用于对比实验的加速度传感器要高。

位移信号频谱Y2(f)：在勾选了“Noise Floor + DC monitoring”情况下，也会显示底噪（黑线），此时我们可以检查信噪比SNR。大概5kHz以上，明显信号已经淹没在噪声中了，信噪比极差，所以该频率范围计算出来的加速度也不可信。

位移时间信号y2(t)：显示所测量的位移信号的波形图，可以查看位移是否超过限制。

加速度：TRF中的“Fundamental”曲线显示了绝对加速度大小，以dB表示（参考加速度为aref=1μm/s^2）。

要特别注意的是，这里的y轴单位是错误的（dB-[mm]还是针对位移量，没法更改），针对加速度的正确单位应该是dB-[m/s^2]。如果对以[m/s^2]或[g]为单位表示的绝对加速度感兴趣，可以使用模板中提供的后处理模块PPP（Post-Processing）进行换算（需要PPP授权）。