振动传感器的选择与安装重点

振动传感器的选择与安装

Choice and Installation of the Vibration Transducer

涂 骥

(江西省计量测试研究院, 江西南昌330002

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, 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, 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。析已成为机械、结构产品研究、设计、、不可或缺的重要手段、。, 。一般可选择加速度量振动。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

f m =

s

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5～10

。

(3 传感器质量。当需要在测量对象上布置大量传

, 加速度传感器的质量大。因为在这种情况下必须考虑传感。其影响可由下式近似估算

f s =f m

+

m s

式中:为带传感器的结构固有频率, m a 和m s 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

10

。(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:

(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。

涂骥:振动传感器的选择与安装

配装眼镜顶焦度测量结果不确定度评定

Equipped with Glasses Top Focal Degree of Uncertainty Measurement Results

樊凤菊

(菏泽市计量测试所, 山东菏泽274000

摘 要:文章介绍了配装眼镜顶焦度测量结果不确定度评定并给出报告结果。关键词:焦度计; 测量结果; 不确定度

1 概述111 测量依据

G B13511-1999《配装眼镜》, G B/T10810、1片第1部分。

112 环境条件:温度:(23±5 113 测量仪器:焦度计U =k 114 测量方法:度计出光口, , 偏转后的光线, 从而得到镜片顶焦度读数。2 数字模型

D =X +ΔD 式中:D —屈光度; X —屈光度测量值; ΔD —屈光度偏差。3 标准不确定度分量评定311 测量重复性引入的标准不确定度u 1(D 评定。

在重复性条件下对同一镜片测量三次, 其测量结果如表1:

表1

测量次序123测量值(D 4196

419197

平均值(D

4196

u 1(D =

C =11

=01006(D V =118

312 焦度计引入的标准不确定度u 2(D 评定

:U , k D =3

=0101(D

u 2(D 很可靠, v →∞4 合成标准不确定度评定

411 标准不确定度分量汇总(见表2

表2

标准不确定度分量u (x i

不确定度来源

标准不确定度

C i |c i |u (x i v i

u 1(D 测量重复性引入的不确定度

01006D 101006D 118

u 2(D

测量仪器引入的标准不确定度

0101D

1

0101D

∞

412 合成标准不确定度u c (D

各标准不确定度分量彼此不相关, 配装眼镜顶焦度测量结果合成标准不确定度u c (D 为:

u c (D =

u 21(D +u 2

2(D =

(01006 2+(0101 2

=01012(D 5 扩展不确定度V

取k =2, 则U =k ・u (D =2×01012=01024(D

6 测量结果不确定度报告

眼镜顶焦度:(4196±01024 D , k =2

作者简介:樊凤菊, 女, 工程师。工作单位:菏泽市计量测试所。通讯地址:

274000山东省菏泽市道碑街311号。

收稿时间:2009-08-21

(2 胶合螺栓。适用于不希望在被测量体上钻螺孔

而破坏原结构完整性情况。胶接时可用环氧树脂或软胶将胶合螺栓粘接在测点处。环氧树脂胶可保证较高的安装谐振频率, 软胶则适用于测量频率不高情况。

(3 石蜡粘接。优点是简单易行, 也能保证较高的安

装谐振频率, 但是只适用于常温情况(低于40℃

。(4 双面胶带。适用于较低频率、传感器质量较小的情况。优点是平滑平面效果好, 缺点是当胶带太厚时, 会导致可测频率上限大为下降。

(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。

参考文献

[1]张令弥. 振动测试与动态分析. 航空工业出版社,1992. [2]李永敏. 数字化测试技术.

航空工业出版社,1987.

作者简介:涂骥, 女, 工程师。工作单位:江西省计量测试研究院。通讯地址:330002江西省南昌市站南街45号。收稿时间:2009-09-14

《计量与测试技术》2010年第37卷第1期