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        新舊規(guī)程中電荷放大器分級方法比較

        2015-12-02 03:07:54張寧寧邵新慧鄭愛建徐佳王振
        計測技術(shù) 2015年1期
        關(guān)鍵詞:方法

        張寧寧,邵新慧,鄭愛建,徐佳,王振

        (中國航空工業(yè)北京長城計量測試技術(shù)研究所,北京100095)

        0 引言

        電荷放大器是基于壓電傳感器的測量系統(tǒng)中應(yīng)用的一種前置信號適調(diào)放大器,作為壓電傳感器的前置放大器,電荷放大器的應(yīng)用范圍及其廣泛,其輸出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性更與人們的安全息息相關(guān)。例如在航空、航天、鐵路、軍工等部門都使用著大量的電荷放大器,經(jīng)電荷放大器輸出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性直接影響著工作人員對飛機(jī)、船舶、高鐵等交通工具安全性的判斷。

        隨著電子科技的飛速發(fā)展,壓電傳感器制造技術(shù)的不斷進(jìn)步,對電荷放大器的制造與檢測技術(shù)也提出了更高的要求。JJG 338-2013《電荷放大器檢定規(guī)程》(新規(guī)程)解決了原有規(guī)程的一些要求檢定的技術(shù)指標(biāo)與實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)指標(biāo)不匹配的問題,提出了更合理的電荷放大器分級方法。

        1 《電荷放大器》檢定規(guī)程的修訂歷程

        我國第一部有關(guān)電荷放大器的檢定規(guī)程是JJG 338-1983《普通電荷放大器》試行檢定規(guī)程,該規(guī)程由中國計量科學(xué)研究院起草[1],1983年10月26日經(jīng)國家計量局批準(zhǔn),自1984年12月1日起正式實(shí)施了14年。

        JJG 338-1997《電荷放大器檢定規(guī)程》(舊規(guī)程)由中國計量科學(xué)研究院和中國航空工業(yè)總公司三2四研究所共同起草,1997年9月1日經(jīng)國家技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn),自1998年3月1日起正式實(shí)施了16年。

        根據(jù)全國振動沖擊轉(zhuǎn)速技術(shù)委員會關(guān)于國家規(guī)程修訂工作的通知,JJG 338-1997《電荷放大器檢定規(guī)程》列入2009年國家計量檢定規(guī)程制(修)訂計劃(國質(zhì)檢量函[2009]393號)。中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京長城計量測試技術(shù)研究所作為主要起草單位,2009年成立了《電荷放大器檢定規(guī)程》編制組,在廣泛調(diào)研國內(nèi)外電荷放大器產(chǎn)品和技術(shù)的基礎(chǔ)上修訂了該技術(shù)法規(guī),歷經(jīng)數(shù)次修改補(bǔ)充,最終由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局于2013年10月25日發(fā)布了JJG 338-2013《電荷放大器檢定規(guī)程》,2014年4月25日開始實(shí)施。

        2 舊規(guī)程與新規(guī)程中電荷放大器的分級方法

        2.1 舊規(guī)程中電荷放大器分級方法

        在舊規(guī)程中電荷放大器的分級是根據(jù)電荷放大器的準(zhǔn)確度來判定的。這里的準(zhǔn)確度σ是由衰減擋誤差δ1、歸一化誤差δ2和線性誤差δ3按式(1)合成。舊規(guī)程中電荷放大器分級方法見表1[2]。

        表1 舊規(guī)程中電荷放大器的分級方法

        2.2 新規(guī)程中電荷放大器分級方法

        新規(guī)程按照下限頻率分為A類和B類,按增益擋誤差、歸一化誤差和輸入等效電荷噪聲分為三個級別。新規(guī)程中電荷放大器分級方法見表2[3]。

        表2 新規(guī)程中電荷放大器的分級方法

        3 舊規(guī)程與新規(guī)程中分級方法的比較

        3.1 新舊規(guī)程的聯(lián)系

        電荷放大器分級方法中的檢定項(xiàng)目基本相同,都保留了下限頻率、輸入等效電荷噪聲和失真度,同時原有規(guī)程中的準(zhǔn)確度與新規(guī)程中的增益擋誤差、歸一化擋誤差、線性誤差也是一致的。其中新規(guī)程中的增益擋和舊規(guī)程中的衰減擋是一致的。

        3.2 新舊規(guī)程的區(qū)別

        首先,新規(guī)程增加了“一級”的判定。

        現(xiàn)有電荷放大器的制造水平較十幾年前已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍,元器件和電路板制造工藝水平得到了極大的提高,部分電荷放大器的擋位誤差甚至可以達(dá)到0.01%,與JJG 233-2008《壓電加速度計檢定規(guī)程》中要求最高的參考加速度計的0.05%判斷條件相一致。這類電荷放大器在使用過程中對傳感器的輸出幾乎沒有影響,因此增加“一級”的判定后,增強(qiáng)了符合一級分級標(biāo)準(zhǔn)的電荷放大器在使用過程中的互換性,為使用單位提供了更大的靈活性。

        其次,新規(guī)程中取消了原有“準(zhǔn)確度”的提法。

        舊規(guī)程中準(zhǔn)確度包含了三項(xiàng)檢定結(jié)果,在不確定度的評定過程中會出現(xiàn)重復(fù)計算誤差的現(xiàn)象,與不確定度評定的原則相違背,因此新規(guī)程中將準(zhǔn)確度還原為增益擋誤差、歸一化誤差和線性誤差,在易于評定不確定度的同時,根據(jù)近幾年的實(shí)際工作數(shù)據(jù),結(jié)合多家電荷放大器的制造以及使用單位的實(shí)際工作需求,確定了三個擋位的分級條件。

        再次,新規(guī)程中取消了“下限頻率”中“3 dB”和“0.5 dB上限頻率”的檢定項(xiàng)目。

        原下限頻率定義中的“下降3 dB”不適用于所有電荷放大器產(chǎn)品,例如丹麥B&K公司的部分電荷放大器上限頻率是下降1 dB,該規(guī)定不適用于所有放大器,因此將“下降3 dB”的分級條件去掉。同時在規(guī)程中將對“下限頻率”的尋找:“電荷放大器在低頻的傳輸系數(shù)比160 Hz下降3 dB的頻率”改為“下限頻率處衰減量”:高通濾波器在截止頻率處的衰減應(yīng)為(-3±1)dB(或(-10±3)%)。

        “0.5 dB上限頻率”的分級指標(biāo)對現(xiàn)在的電荷放大器已經(jīng)不適用?,F(xiàn)在電荷放大器的帶寬已達(dá)到300 kHz左右,原來的10 kHz和30 kHz明顯不能覆蓋這個范圍。另外,新規(guī)程中增加了頻率響應(yīng)的檢定項(xiàng)目,給使用單位提供了更全面的頻響指標(biāo)和更大的信息量,各使用單位可以根據(jù)自身的需求在頻率響應(yīng)檢定結(jié)果中查找相應(yīng)頻段的誤差情況,增強(qiáng)了實(shí)用性。

        同時在規(guī)程中將對“上限頻率誤差”的尋找:“電荷放大器在低頻的傳輸系數(shù)比160 Hz下降0.5 dB的頻率”改為“上限頻率處衰減量”的定義:低通濾波器在截止頻率處的衰減應(yīng)為(-3±1)dB(或(-10±3)%)。

        最后,檢定結(jié)果的提法有所變化。

        在檢定結(jié)果的處理中,規(guī)程將原有的“凡有一項(xiàng)不合格者發(fā)給檢定結(jié)果通知書”改為“經(jīng)檢定不符合本規(guī)程各項(xiàng)要求的發(fā)給檢定結(jié)果通知書”。在檢定過程中發(fā)現(xiàn)一個不合格的擋位時,可以限制該不合格擋位的使用,啟用其他組合擋位將其替換,這樣既充分利用了電荷放大器自身的性能,也節(jié)約了使用單位的成本。

        4 總結(jié)

        隨著電子科技的飛速發(fā)展,傳感器與電荷放大器制造技術(shù)的不斷提高,用戶對測量精度要求的日益苛刻,新規(guī)程更科學(xué)、更合理地對電荷放大器的分級方法進(jìn)行了修訂,更符合實(shí)際使用需求。

        [1]JJG 338-1983普通電荷放大器試行檢定規(guī)程[S].

        [2]JJG 338-1997電荷放大器檢定規(guī)程[S].

        [3]JJG 338-2013電荷放大器檢定規(guī)程[S].

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