摘要：在众多工程领域中，机械振动和结构动力学问题日益突出，随着测试技术的数字化、智能化和计算机化，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。本文以压电传感器为例，详细介绍了在特定情况下该如何正确选择并安装恰当的传感器类型。

　　关键词：振动传感器;选择；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90b。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

　　式中：k为压电元件的等效刚度，为传感器质量块的 质量。该参数决定了加速度传感器的测量频率范围。通常取测量频率范围为安装谐振频率的1/3，这时测得的振 动误差不大于1dB(约10%)。为了进一步提高测量精度，可选择测量上限频率小于谐振频率的1/5~1/10。

　　(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

　　式中：为带传感器的结构固有频率，ma和ms分别 为传感器附加质量和结构在该阶固有频率下的等效质量。一般来说传感器质量应小于有效质量的A。

　　(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 e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：

　　(1)钢螺栓连接。这是一种理想的安装方法，能充分保证传感器的使用频率范围和温度范围。通常在螺栓拧 紧前，在安装面上涂一薄层润滑脂，以增加安装刚度。
　　(2)胶合螺栓。适用于不希望在被测量体上钻螺孔
　　(3)石蜡粘接。优点是简单易行，也能保证较高的
　　(4)双面胶带。适用于较低频率、传感器质量较小
　　(5)永久磁铁。适用于被测量体是铁磁材料且有平坦表面。其优点是使用、移动方便，缺点是增加了传感器重量，不适用于高频(大于2kHz时)情况。

　　另外安装传感器时应用绝缘螺栓和垫圈将传感器与 被测量体隔离。（作者：涂骥）