振动传感器的选择与安装

　　在航空、航天、车辆、机械、土木、化工等工程领域,机械振动和结构动力学问题日益突出。振动测试和动态分析已成为机械、结构产品研究、设计、生产和使用、维护中不可或缺的重要手段。随着测试技术向数字化、智能化和计算机化方向的发展它们发挥着愈来愈重要的作用。而振动传感器的选择,是振动测试中首先要考虑的问题。一般可选择加速度、速度和位移传感器的任何一种来测量振动。在给定频率下,加速度、速度与位移之间的幅值相差一个圆频率因子,相位差90°。在测量系统中,可通过积分电路由加速度得到速度,由速度得到位移。但是由于三类传感器原理构造的不同,使用范围的差异,在特定情况需选择恰当的传感器类型。

　　以压电传感器为例,在选择加速度传感器时,应主要考虑以下特性:

　　(1)灵敏度。灵敏度是加速度传感器最重要的特性之一。理论上加速度传感器的灵敏度越高越好。但灵敏度越高,压电元件叠层越厚,导致传感器自身谐振频率下降,影响测量频率范围。而且灵敏度高的压电加速度传感器自身质量大,不利于轻小试件的测量。因现代测量系统能接受很低振级的信号,因而灵敏度也不再是决定一切的因素。压电加速度传感器的灵敏度有电荷与电压两种。对于ICP传感器主要是电压灵敏度。

　　(2)安装谐振频率。即压电加速度传感器安装在其质量相对很大的刚性基础上时的固有频率

　　(3)传感器质量。当需要在测量对象上布置大量传感器或测量轻小试件的振动时,加速度传感器的质量大小就显得十分重要了。因为在这种情况下必须考虑传感器的附加质量对被测结构动态特性的影响。其影响可由下式近似估算

　　(4)动态范围。在被测加速度很小或很大时,必须考虑加速度传感器的动态范围。从理论上讲,压电加速度传感器的输出线性范围的下限可以到零,但实际上动态范围的下限取决于连接电缆和测量电路的电噪声。因此测量小加速度时不宜选用动态范围太大的传感器。加速度传感器动态范围的上限由其结构强度决定。在测量很大加速度时(包括冲击),必须选择有足够动态范围的传感器。

　　除以上主要特性参数外,在选择加速度传感器时还需要考虑使用环境。其中最重要的是温度环境。一般通用压电加速度传感器的使用温度上限在200℃左右。温度再高,由于压电陶瓷的极性减弱,会导致灵敏度永久性下降。此外在选择加速度传感器时,有时还需考虑基座应变、磁场、噪声等环境因素的影响。

　　为了得到精确可靠的振动测量结果,必须保证传感器的正确安装。以压电式加速度传感器为例,安装时必须使其灵敏度主轴与测量方向一致。此外应使传感器与被测量体之间有刚性传递,以保证传感器正确感受被测量体的振动。几种常用的压电式加速度传感器的安装连接方法及对应的频率特性如下: