摘要：在建筑结构振动测量中，经常需要用到传感器来测量其性能指标和其他重当箴们按照仪器使 用环境确定所需的传感器类型后，如何根据不同情况选取具体参数的产品显得尤为重要。文章介绍了各种类型 建筑结构的基本参数，以合理地选择传感器的通频带、量程及运动参数等。

　　关键词：振动；传感器；通频带；量程；运动参数

　　传感器在与国民经济相关的各个领域中获得越来越广泛的应用，它是信息采集和转换的重要部件，测量和控制系统的首要仪器，测试计量和工业自动化、智能化的关键技术设备。

　　在建筑结构振动测量中，人们期望获得可靠的数据，因而 选择合适的振动测量仪器极为重要。使用者在购置测振仪前, 必须考虑到当前使用环境及今后所会遇到的各类建筑结构的测 振需要，综合权衡以减少所购仪器的种类和数量。在选择仪器时，通常要考虑传感器的测量条件、性能及使用环境等因素ra。 确定这些条件后，还要考虑如下几方面的具体因素。

　　1 各类建筑结构的基本参数

　　测量各类建筑结构的振动用测量仪器，取决于所需测量的 建筑结构的基本参数，包括频率、幅值、运动参量（位移、速度或加速度），以及振动时间历程的性态等。本文根据实测结 果给出各类建筑结构基本参数值。表1为一般建筑结构的振动 频率范围，表2为一般建筑结构的振动幅值参数值，表3为几 种高柔结构实测振动参数。

　　考虑到高阶振型的固有频率，一般建筑结构的固有频率范 围在0.5 ~ 20 Hz之间，而长大和高柔建筑结构（如悬索桥、 斜拉桥、电视塔等）最低频率可达0.05 Hz。

　　在脉动情况下，一般建筑结构的振动幅值通常位移在 0.1~100 JJL m之间，加速度在10-5 ~ 10-3 g之间。在受强迫振动 下，振动幅值视振源不同比脉动要大一个数量级以上。在大风 作用下，其振动位移比加速度较安静情况下的脉动值要大得 多。对于畅达和高柔建筑结构（如髙层钢结构、电视塔等）， 当受风作用时，其振动位移幅值可达数厘米乃至数十厘米。大 跨度桥梁（如悬索桥、斜拉桥等）在行车作用或大风作用下， 其位移幅值均可达到数厘米，乃至大于10 cm的量级。

　　2 振动测量仪器的选择

　　在振动测量中，振动传感器的选择非常重要。它直接影 响测试结果的重要性，选择不当往往会得出错误的结果。选 择测试用传感器时，不能一味追求频带宽、灵敏度高的传感 器，而应根据被研究对象的主要频率范围和主要频率及幅值 来选择。

　　2.1合理选择仪器的通频带

　　从表1可以看出，一般建筑结构的固有频率均不高，在足 够的振型情况下，工程测振仪器的频率范围在0.5 ~ 100 Hz之 间即可满足要求。在实际测量中，不同情况要区别对待，根据 实际情况来选择频率。通常场地脉动可选1~ 20 Hz,工程结 构可选0.5 ~ 35 Hz,而长大和高柔结构则需选0.1 Hz乃至更低 —些。目前，大部分仪器都设置有频带选择开关，应用者可视 需要选择适当的频带。

　　2.2合理选择仪器的量程

　　从表2可以看出，一般工程建筑结构振动的幅值范围很 大，亦即常称的动态范围很大。在脉动测量中，位移幅值小至 1(1 m以下，而高柔结构则可达数十厘米，脉动加速度为10* g量级。在强迫振动中，脉动加速器可达到lg量级。在购置仪器时，如能选用一仪多用的多功能测振仪较为理想。

　　2.3运动参置的选择

　　运动参量通常指位移、速度和加速度。在测量建筑结构的 基本振型时，其频率均较低，加速度很小，此时宜采用测量位移为宜。要求取高阶振型时，建筑结构的振动位移反应对高阶 振型反应不明显，但对长大、高柔结构而言，位移较大，用位 移进行测量更具优越性。

　　在兼顾高阶振型的获取时，可以测量振动速度，这样既将基本振型显现出来，又可获得一定数量的高阶振型的信息。

　　如果需要更多的髙阶振型，则采用加速度记录。

　　图1为二阶振型系统的3种频谱特性。位移的低频分量突 出，高阶振型的幅值小，速度兼顾高低2种振型幅值，而加速度高阶振型突出。

　　2.4根据振动时间历程要求选用仪器

　　根据振动时间历程获得的要求不同来选择不同>的测量仪器。周期振动、稳态随机振动可根据被测频率范围、振动幅值 大小来选择仪器，而对于冲击振动（如爆破、火箭冲击视速 度、张拉释放等非稳态振动过程）选择仪器时还应注意考虑仪器的瞬态响应影响。图2为具有零频特性的加速度计在受到冲 击正弦振动时的反应曲线，在被测信号上叠加有高频衰减信号，此为加速度计的自由振动项，用低通滤波可去掉其影响。 图3为加速度计不是从零频开始的记录值。图3中有一个低频 衰!f过程，此为测量仪器的低频下限引起的瞬态过渡过程，在数据处理时应予以高通滤去除。 

　　速度拾振器、位移拾振器均有瞬态过程的出现，且会造成起始几个被测信号峰值的畸变，要想获得满意的分析结果需从 信号分析中进行处理。

　　对冲击性的振动信号进行测量时，选用具有零频特性的加速度计为宜，在信号处理时只需滤去不需要的高频衰减信号即 可。通常加速度计的自振频率均远大于被测频率，对被测波形 造成的失真较小。用电荷放大器调理的压电加速度计或丨CPS 电加速度计的低频端不能达到零频，故在受到冲击振动时，极 易出现如图3所示的记录信号，有时其过滤过程可能会完全掩 盖有用的振动信号。

　　以中国地震局工程力学研究所生产的9-4-1B型无源伺服拾振器为例，在测量速度时，其过渡过程的影响较小，而经过积分放大器积分输出位移时，过渡过程影响大，故在测量冲击 性振动信号时，宜选取测量速度或测量加速度。

　　3 　结语

　　工程结构振动属于稳态的周期振动、随机振动（如脉动等），考虑到频带上限到100 Hz即可，.而低频下限需达0.2 HZ，可选取一仪多用的拾振器，后接积分放大器，而在满足 频带要求的基础上可以选取位移、速度或加速度进行测量，而 且量程可以变化，据振动信号的大小来选取不同的信号输出挡 位。如果考虑携带方便，且只需测量加速度反应即可，则可选 取ICP型压电加速度计进行测童。如果需要测量脉动信号，宜 选取量程小于5 g,灵敏度大于0.5 V/g的ICP加速度计。如果 需要测量冲击性加速度信号，宜选取压阻式加速度计或具有零 频特性的力平衡加速度计。（作者：宋丽红，田辉鹏,黄浩华）