Schwingungskalibrator

Beschleunigungsaufnehmer wandeln mechanische Schwingungen in elektrische Spannungen um. Welche Spannung durch eine bestimme Schwingung erzeugt wird, legt die Empfindlichkeit fest. Sie ist ein charakteristisches Merkmal jedes Sensors. Um die Empfindlichkeit von Beschleunigungsaufnehmern zu bestimmen wird ein Schwingungskalibrator eingesetzt.

Ein Schwingungskalibrator erzeugt ein sinusförmiges mechanisches Schwingungssignal mit definierter Amplitude und Frequenz. Die einstellbaren Werte sind auf nationale oder internationale Normale rückführbar.

Bei einer Kalibrierung wird der Beschleunigungsaufnehmer auf einem beweglich gelagerten Stahlbolzen des Schwingungskalibrators montiert (typischerweise mittels Schraubverbindung). Dieser Stahlbolzen wird durch elektrodynamische oder piezoaktuatorische Systeme zum Schwingen angeregt.

Ein Referenzschwingungssensor und eine Regelelektronik sind dafür verantwortlich, dass die eingestellte Amplitude des Schwingungskalibrators unabhängig von der Sensormasse ist (s. Abb. Beschleunigungsaufnehmer). Heutzutage lassen sich Beschleunigungsaufnehmer mit über 500g Masse auch auf mobilen, akkugestützten Schwingungskalibratoren kalibrieren.

Die Bestimmung der Empfindlichkeit geschieht über Vergleich der tatsächlichen Schwingungsamplitude zur gemessenen Ausgangsspannung des Beschleunigungsaufnehmers. Dieser Vorgang kann mithilfe einer Software vorgenommen werden („Calibrator“ in VibroMatrix) oder der Ausgang des Aufnehmers wird mit dem Schwingungskalibrator verbunden und die ermittelte Empfindlichkeit wird angezeigt, wie in der Abbildung dargestellt (gestrichelte Linie). Die Kalibrierung von triaxialen Beschleunigungsaufnehmers erfolgt, indem die 3 Achsen des Sensors nacheinander auf dem Schwingungskalibrator montiert werden.

Ein Schwingungskalibrator kann eine Vielzahl von Amplituden und Frequenzen generieren. So kann die Frequenz typischerweise zwischen 16 und 10 kHz und die Amplitude von 1 bis 10 m/s² variiert werden. Eine weithin verwendete Kalibrierfrequenz ist 159,2 Hz (entspricht einer Kreisfrequenz von 1000 Hz). Diese Frequenz bietet den Vorteil, dass Schwingbeschleunigung, Schwinggeschwindigkeit und Schwingweg gleiche Zahlenwerte aufweisen (z.B. 1 m/s², 1 mm/s, 1µm).

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