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振動傳感器的選擇
更新時間:2019-03-25   點擊次數(shù):3841次

在航空、航天、車輛、機械、土木、化工等工程領域,機振動和結構動力學問題日益突出。振動測試和動態(tài)分析已成為機械、結構產(chǎn)品研究、設計、生產(chǎn)和使用、維護中*的重要手段。隨著測試技術向數(shù)字化、智能化和計算機化方向的發(fā)展它們發(fā)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90°。在測量系統(tǒng)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?shù)膫鞲衅黝愋?。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(zhì)量大,不利于輕小試件的測量。因現(xiàn)代測量系統(tǒng)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(zhì)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(zhì)量塊的質(zhì)量。該參數(shù)決定了加速度傳感器的測量頻率范圍。通取測量頻率范圍為安裝諧振頻率三分之一,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五分之一~十分之一

  (3)傳感器質(zhì)量。感器或測量輕小試件的振動時,加速度傳感器的質(zhì)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(zhì)量對被測結構動態(tài)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,m2和m2分別為傳感器附加質(zhì)量和結構在該階固有頻率下的等效質(zhì)量。一般來說傳感器質(zhì)量應小于有效質(zhì)量的

  (4)動態(tài)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(tài)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(tài)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(tài)范圍太大的傳感器。加速度傳感器動態(tài)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(tài)范圍的傳感器除以上主要特性參數(shù)外,在選擇加速度傳感器時還需要考慮使用環(huán)境。其中重要的是溫度環(huán)境。一般通用壓電加速度傳感器的使用溫度上限在200℃左右。溫度再高,由于壓電陶瓷的極性減弱,會導致靈敏度性能下降。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(huán)境因素的影響。

       為了得到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。

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