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　　摘要：在眾多工程領域中，機械振動和結構動力學問題日益突出，隨著測試技術的數字化、智能化和計算機化，它們發揮著愈來愈重要的作用。而振 動傳感器的選擇，是振動測試中首先要考慮的問題。本文以壓電傳感器為例，詳細介紹了在特定情況下該如何正確選擇并安裝恰當的傳感器類型。

　　關鍵詞：振動傳感器;選擇；安裝

　　在航空、航天、車輛、機械、土木、化工等工程領域，機 械振動和結構動力學問題日益突出。振動測試和動態分 析已成為機械、結構產品研究、設計、生產和使用、維護中 不可或缺的重要手段。隨著測試技術向數字化、智能化 和計算機化方向的發展它們發揮著愈來愈重要的作用。 而振動傳感器的選擇，是振動測試中首先要考慮的問題。 一般可選擇加速度、速度和位移傳感器的任何一種來測 量振動。在給定頻率下，加速度、速度與位移之間的幅值 相差一個圓頻率因子，相位差90b。在測量系統中，可通 過積分電路由加速度得到速度，由速度得到位移。但是 由于三類傳感器原理構造的不同，使用范圍的差異，在特 定情況需選擇恰當的傳感器類型。

　　以壓電傳感器為例，在選擇加速度傳感器時，應主要考慮以下特性：

　　(1)靈敏度。靈敏度是加速度傳感器最重要的特性 之一。理論上加速度傳感器的靈敏度越高越好。但靈敏 度越高，壓電元件疊層越厚，導致傳感器自身諧振頻率下 降，影響測量頻率范圍。而且靈敏度高的壓電加速度傳感器自身質量大，不利于輕小試件的測量。因現代測量 系統能接受很低振級的信號，因而靈敏度也不再是決定 一切的因素。壓電加速度傳感器的靈敏度有電荷與電壓 兩種。對于ICP傳感器主要是電壓靈敏度。

　　(2)安裝諧振頻率。即壓電加速度傳感器安裝在其 質量相對很大的剛性基礎上時的固有頻率

　　式中：k為壓電元件的等效剛度，為傳感器質量塊的 質量。該參數決定了加速度傳感器的測量頻率范圍。通常取測量頻率范圍為安裝諧振頻率的1/3，這時測得的振 動誤差不大于1dB(約10%)。為了進一步提高測量精度，可選擇測量上限頻率小于諧振頻率的1/5~1/10。

　　(3)傳感器質量。當需要在測量對象上布置大量傳感器或測量輕小試件的振動時，加速度傳感器的質量大 小就顯得十分重要了。因為在這種情況下必須考慮傳感 器的附加質量對被測結構動態特性的影響。其影響可由下式近似估算

　　式中：為帶傳感器的結構固有頻率，ma和ms分別 為傳感器附加質量和結構在該階固有頻率下的等效質量。一般來說傳感器質量應小于有效質量的A。

　　(4)動態范圍。在被測加速度很小或很大時，必須考 慮加速度傳感器的動態范圍。從理論上講，壓電加速度傳感器的輸出線性范圍的下限可以到零，但實際上動態范 圍的下限取決于連接電纜和測量電路的電噪聲。因此測量 小加速度時不宜選用動態范圍太大的傳感器。加速度傳感器動態范圍的上限由其結構強度決定。在測量很大加速度 時(包括沖擊)，必須選擇有足夠動態范圍的傳感器。

　　除以上主要特性參數外，在選擇加速度傳感器時還 需要考慮使用環境。其中最重要的是溫度環境。一般通 用壓電加速度傳感器的使用溫度上限在200 e左右。溫度再高，由于壓電陶瓷的極性減弱，會導致靈敏度永久性 下降。此外在選擇加速度傳感器時，有時還需考慮基座 應變、磁場、噪聲等環境因素的影響。

　　為了得到精確可靠的振動測量結果，必須保證傳感 器的正確安裝。以壓電式加速度傳感器為例，安裝時必 須使其靈敏度主軸與測量方向一致。此外應使傳感器與 被測量體之間有剛性傳遞，以保證傳感器正確感受被測量體的振動。

　　幾種常用的壓電式加速度傳感器的安裝連接方法及對應的頻率特性如下：

　　(1)鋼螺栓連接。這是一種理想的安裝方法，能充分保證傳感器的使用頻率范圍和溫度范圍。通常在螺栓擰 緊前，在安裝面上涂一薄層潤滑脂，以增加安裝剛度。
　　(2)膠合螺栓。適用于不希望在被測量體上鉆螺孔
　　(3)石蠟粘接。優點是簡單易行，也能保證較高的
　　(4)雙面膠帶。適用于較低頻率、傳感器質量較小
　　(5)永久磁鐵。適用于被測量體是鐵磁材料且有平坦表面。其優點是使用、移動方便，缺點是增加了傳感器重量，不適用于高頻(大于2kHz時)情況。

　　另外安裝傳感器時應用絕緣螺栓和墊圈將傳感器與 被測量體隔離。（作者：涂驥）