请教低频振动的问题

whji

1.有人说压电传感器频率范围在0.5HZ以上,实际上1hz以下就不合适了,对吗
2.测试0-80hz的低频振动,数采卡的速度不必太高,每通到10K够吗
3.软件的低通滤波和硬件的差异大吗
4.低通滤波和抗混滤波是一回事吗
5.测应变片,放大器的作用大吗

yuangg

我只是将自己了解的情况作介绍，可能有误：
1. 压电传感器有两种：电荷型的和电压型的(ICP)，一般而言对于采集很低频的信号，个人觉得还是电荷型的更好。当然所有的技术参数你应该参考传感器的特性参数和曲线。
2. 0-80Hz，10K的采样率绰绰有余，但是我感觉这样的采集卡对于低频信号的会有影响吗？因为楼主关心的频率比较低。
3. 个人觉得当然是硬件低通更好。所谓实时性可能就体现在这里。
4. 本质一样，我无法回答。
5. 当然非常大，需要放大器的桥接和补偿啊。

whji

问题回答得很明白,谢谢应门书童
我想用虚拟仪器,对于问题2里面的数采卡采样率很大,调理只有333K,由于不是同步采样,每个传感器只能分配到10多K,不知影响大吗
问题5是有个应变调理了,还需要放大器吗

songzy41

我谈一些我的看法：
1，主要看传感器的特性指标来选择；
2，10K太高了，可再降低些。否则在以后处理数据时数据量太大。例如80hz的信号，一个周期将要有125个样点，而0.5Hz一个周期将有20000个样点；不论在获取信号以后要做FFT或数字滤波，都需要信号分量的数个周期，这样不是使处理数据时数据量很大，增加了运算量；
3，为了降低采样频率，在采样之前要用抗混叠的低通滤波器，这要由硬件实现，不能用软件实现；
4，如果指抗混叠的低通滤波器，就是一回事；
5，如果有应变调理，电压已调整到采集的满意范围内，可以不再用放大器。

richard

to 2:
其实采样频率太大反而是缺点，频率分辨率肯定有要求的，或者增加分析点数，或者降低采样率。

欧阳中华

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      压电传感器中的传感元件采用的是具有压电效应的晶体材料，如果用来制造振动传感器，结构是压电晶体上放置一个质量块，那么质量块的运动加速度与被安装振动体的振动速度相同，根据牛顿原理，具有加速度的质量块作用给压电晶体一个随加速度变化的力，压电晶体也就会输出一个随被测体加速度大小变化的电荷量（具体灵敏度需要标定）。

    由于压电晶体的电荷输出与压力成正比，而压力又与加速度和质量块质量成正比，所以，当质量块质量大小一定且有限时，随着加速度的减小，传感器输出也减小，当被测物体加速度为零时，输出一定为零。实际上加速度小到一定限值，输出值就没有意义了，所以说，压电式加速度传感器低频是一定有限制的，道理就在这里。要想得到更低的加速度频率，只能采用伺服式传感器。

   早期的压电加速度传感器就是质量与压电系统，输出就是电荷，后续仪器（专业名称为二次仪表）为电荷放大器，一种高输入的信号放大器，英文里常常也有称为适调放大器；80年代末开始，随着集成电路技术的发展，一些厂家将电荷放大器集成到很小的集成块上，放到传感器里，行程了ICP传感器，由于追求小的体积，内置电荷放大器的品质远不能和规范电荷相比。ICP就是使用时可以方便的直接接到AD端口，但一定要注意精度是否达到设计的要求。就像现在普及的相机，使用者不在需要了解光圈、快门等参数，但专业的相片一定还是需要专业的相机，而那种相机拍摄参数一定是拍摄者设定的。

欧阳中华

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       应变式测量与压电测量不同属于直接式测量的一种。压电加速度测量属于间接测量。

       应变式测量可以是静态，也可以是动态。一样的是都需要有二次仪表，主要是两方面，一提供桥压，二是放大。

       应变式静力测量桥压是直流，放大器是直流放大器，桥压与放大器精度，尤其是漂移要求很高；应变式动力测量桥压是稳定弦的交流，放大器为交流放大器，频响更为关注。

      静态测量与动态测量应变片是一样的，但放大器有本质的区别。静态应变测量系统都是仅仅一个放大器带几十路静态测量，就是所谓的多路静态测量系统，而动态应变测量系统一路一套放大器，所以，动态测量没有静态那么多通道，测量系统成本也高，分析也复杂。

Netnabs

1.使用压电加速度计时下限频率由什么决定：压电加速度计如果是和电荷放大器连接，压电加速度计和电荷放大器的输入级构成一个一阶高通滤波器特性，转折频率由电荷放大器输入级的时间常数（反馈电容和反馈电阻的乘积）决定。一般来说，转折频率可以设计到0.5Hz到1Hz数量级，再低有难度，要求输入电流非常小的放大器。对于ICP（内置电荷放大器）原理一样。如果压电加速度计是和电压放大器连接，则令当别论。
2.测试小于80Hz的低频振动，采集卡每通道10K足够了。根据采样定理，采样速率大于最高频率分量的两倍就不会发生混叠。实际应用时应该根据抗混滤波器的过渡带特性确定具体的倍数，过渡带越陡，倍数就可以选的越小。如果要求时域采样品质，采样速率可以高一点，20倍够了吧？！如果主要是频域分析，采样速率过高会降低谱线利用率，反而不好。
3.软件滤波器是通过算法实现的。硬件滤波器存在时飘和温飘，软件滤波器不存在这样的问题。如果是实时应用，计算速度是个问题，如果用DSP来算，当然没问题。软件滤波器经过专门设计可以做抗混滤波器用，但在A/D转换器的前面必须有一个硬件抗混滤波器，否则原始采样信号已经混叠了，后面再怎么都没法玩了。
4.抗混滤波器是特殊的低通滤波器，通带、阻带和过渡带特性有一定设计要求。
5.应变调理器应该有放大器。

wj0605

非常好，果然是专业级的

whji

谢谢各位老师，我具体配虚拟仪器，测动态应变和加速度，用伺服传感器（941B地震用的）测加速度，应变片测动应变（导线100米），有个老师说一定要买应变和加速度放大器（抗混滤波），ni的人认为LABVIEW可以软件处理，看了上述的解答，那个老师的观点正确，是吗？

jojohup33

应变的可以使用NI的硬件调理产品就行，单比起专业的放大器还是不如。你的加速度传感器不太了解，如果要求下限频率很低的话，可以使用压阻的或是电容的，可以从直流测起。压电的是不行的。你老师的话比较专业。

Daisy_xue

都好专业啊

郝工

原帖由 whji 于 2006-8-6 14:44 发表
1.有人说压电传感器频率范围在0.5HZ以上,实际上1hz以下就不合适了,对吗
2.测试0-80hz的低频振动,数采卡的速度不必太高,每通到10K够吗
3.软件的低通滤波和硬件的差异大吗
4.低通滤波和抗混滤波是一回事吗
5. ...

1.压电传感器1Hz以下确实不合适，因为指标中说的0.5~10k,都包括-3dB误差了，就是说，在0.5Hz时它的灵敏度已经不对了，测量误差会很大，低频最好选择压阻扩散硅式加速度计如DH202，可测零频。
2.如果只测0~80Hz信号，而且做振动分析，抗混滤波器指标好的话，那么200Hz的采集速率就够了，抗混滤波不太好的，就要适当提高采样频率，但1k的采样频率足够了。
3.低通滤波不管软件的还是硬件的，只要结构相同结果就是一样的，但要考虑相位问题，因为不同的滤波器，特性指标不同，不能只追求阻带衰减，还要看通带平坦度和相位特性。硬件一般都是巴特沃兹，软件指标优于硬件，而且更灵活。
4.低通滤波和抗混滤波原理方法相同，但目的不同，低通只是为滤除高于某频率的高频成份，而抗混滤波则是为了滤除高于折叠频率的成份（防止混叠），二者有时可以互相代替，如低通截止频率低于采样折叠频率时，可不用抗混滤波，或直接选折叠频率等于低通截止频率时，可不用低通滤波，但这种情况局限性太大，所以好的仪器一般都同时包含这两种滤波器。还有一点很重要的是，低通滤波一般-24dB就够了，可抗混滤波最少也要-80dB才能有效防止混叠，还有，有的厂家为了降低成本或是技术落后，为了误导使用者，只追求高的阻带衰减，造成通频带平坦度严重下降，有的达到±1dB,测量误差加大，所以选择抗混滤波时要综合考虑这两者的指标，如DH5920抗混滤波器优于-150dB，通带平坦度±0.05dB，所以在选择抗混滤波时，不能只追求高的阻带衰减，而忽略了通带平坦度这个重要的指标。
5.应变放大器是一种特殊的放大器，首先一定要是差动放大器，其次其增益一定要足够高（至少大于10000倍），所以一般的放大器无法满足要求。
呵呵，讲了这么多，不知讲明白没有，请大家多指教。:@L

我为我狂

了解了不少东西

马社

1.有人说压电传感器频率范围在0.5HZ以上,实际上1hz以下就不合适了,对吗
答：不一定，做得好的测0.1Hz都可以，一般传感器1hz以上没问题。
   只是想说压电传感器不能测量低频振动并非欧阳中华所说的加速度还是力太小，而是因为压电片在受力后释放的电荷是有限量的很少的，（不是给压电片加力就不停的输出电荷），而后面接的放大器阻抗不是无穷大，这些电荷一会就被后面的电路释放成电流了，所以测低频就看后面的放大器输入阻抗了，阻抗大了就能测更慢的信号。


2.测试0-80hz的低频振动,数采卡的速度不必太高,每通到10K够吗
答：  这个频率范围不能用压电传感器，用电容式或者传统压阻式是再合适不过了，我最近在石家庄13所定的几个电容式传感器比国外的还要好，真是后悔花大钱买进口货。

  采集80Hz的信号常规情况下应设置采样频率为80*2.56=204.8Hz，（行业规定，要大于乃奎斯特采样定理，其他行业规定不一样），此时抗混叠滤波器的上限频率应是80Hz，否则高频信号就被你混着采进来了，除非你用示波器啥的分析没有高于80Hz的频率信号。
  如果你没有或者说没时间加低通滤波器（抗混叠滤波器），就用你的10kHz采集，用软件分析时就好说了，要真是没事干或者领导比较犟，再用软件加个低通重新采样。


3.软件的低通滤波和硬件的差异大吗
答：软件的低通和硬件的低通按理说没差别，但是用在不同的地方，如果用错了就不能怪别人了。软件的要灵活一点，不花钱嘛，matlab整很方便。


4.低通滤波和抗混滤波是一回事吗
答：抗混叠滤波器就是AD变换前的低通滤波器，不要听有些人造些名词吓唬人。


5.测应变片,放大器的作用大吗
答：大的很，难道你没看到每年有人在这上面赚了很多钱吗？