本发明属于振动测量仪器、传感器、地震仪器领域。 目前国内外在低频振动测量领域广泛使用的传感器有二类，一类是压电式加速计或伺服式加速度计，适用于测量振动频率在传感器结构固有频率以下。用加速度计测量低频振动，由于灵敏阈限制（最低为10-6g）且受积分电路漂移影响，对1Hz以下的振动，测量精度较差;另一类是地震式速度传感器，适用于测量频率在其结构固有频率以上的振动，用在工程中测量低频振动，必须降低其结构的固有频率。为此，或者要采用刚度很小的弹簧悬挂，或者采用特殊的支承悬挂系统（如CD-7型）。这类传感器体积大、振动幅值测量范围受结构限制、可靠性差而且易受非灵敏方向交叉振动的干扰，难以适应工业现场恶劣环境。对速度传感器采用“线性化”电路适当扩展了使用频带，如德国申克公司的VS-169型，将原有频率为8Hz的传感器扩展工作频带低端到1Hz。将固有频率为（8～10）Hz以上的地震式传感器扩展使用频率至1Hz以下者尚未见报导。
本发明的目的是研制一种体积小，测量频率范围广，特别适用于测量低频振动、灵敏度高的低频振动测量装置。
本发明的内容是在传感器输出振动信号后，对该电信号进行后处理，以扩展低频端频带，即在一种固有频率较高的地震式速度传感器中增加动态特性校正网络电路，结合数字递归滤波的方法来扩展传感器测量频率低频端的范围，同时增加了对传感器元件参数进行检测地电路及相应的软件和微机化的测量单元，以对传感器元件参数进行检测，测得各元件参数的变化后，在递归数字滤波器的系数中加以修正，以确保仪器输出数据的精确性。所说的动态特性校正网络电路由二阶低通、全通、和二阶带通环节所组成。由三个环节的输出加权求和以实现校正网络的零点和原传感器的极点完全对消，二阶低通和二阶带通具有完全相同的极点，这对极点是按照输出特性的要求而设计的。
所说的微机化测量单元为一计算机及其相应的软件。
本发明的低频振动测量装置也可以不用动态特性校正网络电路来扩展其固有频率低频端的范围，而只用数字递归滤波的方法来实现扩展固有频率低频端的范围。
由于采用了动态特性校正网络电路，使测量装置的输出特性中所呈现的固有频率为原地震振动传感器结构固有频率测量的1/50左右，因而实现了超低频振动的精确测量。对传感器元件参数的检测电路及其相应软件和微机化测量单元中的递归滤波程序进一步保证了测量的精确性，并可使整个测量装置的输出特性所呈现的固有频率有进一步的降低。
说明附图如下：
图1为本发明采用动态校正网络电路后的传感器响应特性曲线。
图2为本发明测量装置工作原理框图。
图3为本发明测量装置实施例电路原理图。
结合附图说明本发明的工作原理及实施例如下：
本发明首先用一个积分和动态特性校正网络电路对普通传感器的输出特性作低频段的扩展-一般可扩展至原低频端使用频率的1/50。地震式动圈速度传感器的输出先经过一个积分和放大回路以将输出改为振动位移并提高低频振动信号的信噪比。然后将信号通过一个专门设计的动态特性校正网络电路。校正网络电路有三个通道组成：低通、全通和带通。这三个通道的传递函数的分母都是二阶环节，其分母的形式根据所要求的固有频率和阻率率设计。将三个通道的输出加权相加。通过改变加法放大器的输入电阻就可以改变相加的权系数。权系数是根据由原速度传感器的机电结构参数所确定的传递函数而调整的。原速度传感器的传递函数是一个高通型环节，分母是二阶系统。权系数的调整使校正网络的零点和原速度传感器的极点完全相同，因而通过校正网络后输出特性仅反映校正网络的极点配置（分母）。这一校正网络的特点还在于调节低通通道的权系数即能单独调整校正网络零点的固有频率，而调节带通通道的权系数即能调整其阻尼率，因而可以方便地消去原传感器输出特性中的极点。图1是校正前后的传感器频率响应特性曲线。曲线A是校正前的，曲线B是校正后的。
动态特性校正网络电路对原传感器的结构参数变化是敏感的。磁电式传感器因环境温度变化和器件时效而导致磁路磁感应强度的变化和簧片弹簧系数的变化、线圈电阻的变化都可导致传感器灵敏度、固有频率和阻尼率的变化。本发明设计了对传感器元件各参数的检测电路。在传感器上串接一个测量电阻，可在测试现场事先检测传感器各元件参数的变化情况。然后，通过修正微机化单元中的递归型数字滤波器的参数来校正，其具体过程如下：首先微机化测量单元可产生予先给定的各个频率的激振信号。在给定的激振信号下传感器将起逆向效应，产生一定的振动。在传感器中串接一个已知阻值的测量电阻，测量该电阻两端的压降就可知道流经过回路的激振电流。由此可以算出该传感器的固有频率、阻尼率、电阻和电感、灵敏度等。将所测参数和原动态特性校正网络电路设计参数相比就可知道其偏离原设计校正的程度。微机化的测量单元中设计了一个递归型的数字滤波器。根据参数测量的结果可以自动修正递归数字滤波器的系数。微机化测量单元屏幕上所显示的波形和其所处理的数据都是自动经过递归数字滤波器校正过的。
本发明的另一种实现是将积分后的信号不通过动态特性校正网络电路直接进入微机化测量单元。这样由带通、低通、全通三个通道组成的模拟校正电路改由数字递归滤波器来实现。仪器仍可保留传感器各元件参数的检测功能。根据检测的传感器各元件参数，自动调整递归滤波器的系数。在这种实现中因为进入微机化测量仪的信号较弱，信噪比差些，所以A/D转换器的位数要高一些，以保证测量精度。
本仪器的工作原理框图如图2所示，图中：
1-地震式振动速度传感器;2-切换开关，当处于A端时为测量状态，处于B端时为传感器各元件参数检测状态;3-积分、放大环节;4-二阶低通;5-全通;6-二阶带通;7-加权求和;8-A/D转换器;9-计算单元，本单元进行数字递归滤波、时域波形输出、幅域分析、频谱分析以及进一步的信号分析工作，并可按预定程序输出激振信号进行传感器各元件参数检测;10-D/A转换器;11-低通滤波;12-标准电阻。
图中虚线表示不用模拟电路校正而直接用数字递归滤波器校正的一种方案。
实现本发明最好方式的电路如附图3。
当系统处于测量状态时，由地震式速度传感器T1获得的振动信号经过由运算放大器IC1和电阻R1、电容C1组成的积分器成为振动位移信号。积分电容C1上的旁路电阻R2是为抑制直流或甚低频的漂移而设。振动位移信号经过由运放IC2和R3、R4组成的放大器放大后，经由电容C2A和C2B与R5组成的隔直电路进入校正网络。校正网络系由三部分组成：（1）以运放IC3和R6、R7、R8、R9、C3、C4组成的低通环节，其传递函数为H1（S）;（2）经RRO的全通环节;（3）以运放IC4和R10、R11、R12、R13、R14和C5、C6组成的带通环节，其传递函数为H2（S）。这三路信号经由运放IC5和电阻RR1、RR0、RR2与R15组成的加权求和环节而形成校正网络，二极管D1和D2是钳位保护用的，经过校正后的信号经过以运放IC6和R16、R17、R18、C7组成的输出级（端点D）输出。此输出信号可直接供显示仪表或记录装置，也可和图2中的A/D转换器8相联结以作进一步的分析之用。传感器的灵敏度可以经图3中的R4、R15或（与）R18各反馈电阻调节以适应在不同场合对灵敏度和测量范围的各种要求。传递函数H1（S）和H2（S）分别由式（1）和式（2）计算：
H1(S)=(1+R9R8)×1R8×R7×C3×C4S2+(1R6×C3+1R7×C3-R9R8×1R7×C4)S+1R6×R7×C3×C4(1)]]>
式中S是拉普拉斯变换的符号。
参数的设计是：
ω20＝ 1/(R6×R7×C3×C4) （3）
及ω20＝ (R10+R11)/(R10×R11×R12×C5×C6) （4）
2ζ0ω0＝ 1/(R6×C3) + 1/(R7×C3) - (R9)/(R8) × 1/(R7×C4) （5）
及2ζ0ω0＝ 1/(R12×C5) + 1/(R10×C6) + 1/(R12×C6) - (R14)/(R13) × 1/(R11×C6) （6）
式中的ω0经校正后传感器的固有角频率，ζ0为其相对阻尼率。
加权环节中RR0、RR1、RR2的选择是使满足以下的关系式（式（7））：
R15［ (H1(S))/(RR1) + 1/(RR0) + (H2(S))/(RR2) ］ = K (S2+2ζ1ω1S +ω1)/(S2+2ζ0ω0S +ω0) (7)
式中ω1为校正前地震式速度传感器的固有角频率，ζ1为其相对阻尼率。
本发明电路的另一种实现方式是由图3中的端点C引出振动速度信号，将该信号送至图2中的8-A/D转换器，由计算单元9中实现递归数字滤波校正。
如果略去由IC1组成的积分器，那么校正后的输出将是振动速度信号。传感系统的固有角频率仍将由ω1校正至ω0，即输出外特性呈固有频率很低的地震式速度传感器状，这仍为本发明的一种实现。
当系统处于检测传感器各元件参数的状态时，图3中开关S1处于传感器T1和B端联结位置，RM就是图2中的12。此时图3中的F为激振信号输入端，E端为取测量信号端，接至图2中的A/D转换器入口8。激振信号的幅值和频率变化、信号的处理和参数计算都由图2中的计算单元9按预置的软件控制下进行，计算单元（图2中9）具有屏幕显示，可以按需要选择显示内容，可以外接打印、绘图、显示设备，可以外接键盘进行操作和修改软件，其功能等于个人计算机，也可以直接用个人计算机替代。
本发明由于采用了一种动态特性校正网络电路使校正后的传感器输出特性完全类似于一个固有频率很低（例如0.2Hz～0.5Hz甚至低至0.05Hz）的传感器以精确测量低频的振动。因为传感器机械结构的固有频率仍较高（例如10Hz），故保持其体积小、可靠性高、允许测量低频大振幅的特点。校正网络对传感器参数的变化是敏感的，因此在本发明中发展了一种在线参数识别的技术。微机化的测量仪器能自动识别传感器参数的变化，而根据实际的参数自动修正软件校正中的系数。经过校正后的输出排除了环境和时效老化对传感器的影响。
本发明的特点是可以精确地显示超低频振动的振幅。根据测量需要，装置可以做成高灵敏度的（例如8～16毫伏/微米）或者是大量程低灵敏度的（例如0.5毫伏/微米）。实际限制量程和灵敏度的是电路的供电电源。例如在±12伏电源供电下对于灵敏度为8毫伏/微米的传感器，最大测量振幅约为±1.25毫米，若灵敏度降为0.5毫米/微米，则可测低频振幅为±20毫米。
本发明可以在宽广的频带范围内测量振动。校正网络虽然将适用的低端频率扩展了，但在高端频率仍保持原地震式速度传感器的特性。由于对低频振动一般更重视其振幅，故传感器采用振动位移输出，但测量系统可方便地切换为振动速度或加速度输出。
由于本发明能精确测量低频振动幅值和波形并具有数据处理、分析能力，故本发明可用来测量大型水轮机组、建筑、桥梁、精密机床、塔吊等的振动，可用来测量地震和地质勘探，用于评价环境振动，利用自然激振（地表脉动和风力激振）可以直接获得桥梁和高层建筑的固有频率。在铁道部门可以测量车辆行进时桥梁的动态变形，评价路基和轨道质量。对大型水轮发电机组可用于工况监测和故障诊断，可用于现场动平衡。对精密设备可对其环境和基础振动作出评价并可用于误差分析。本仪器既是一个振动测量仪器，也是一个振动分析仪器，可以直接用于频谱分析、传递函数分析、模态分析、现场动平衡和故障诊断等。