傳感器的安裝說明指南

振動(dòng)測量中，對于傳感器的安裝需要仔細(xì)考慮，不合理的安裝可能會(huì)嚴(yán)重地影響測量結(jié)果。為了保證測量的正確性，本文將從安裝位置、安裝方式、安裝方向和附加質(zhì)量等方面對傳感器的安裝加以說明。

1.安裝位置

傳感器的安裝位置即測量位置，因此，安裝位置的總原則：能反應(yīng)出被測結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，滿足測試要求。一般說來，振動(dòng)測量分為以下幾類：

1.1 幅值測量

這時(shí)傳感器安裝位置應(yīng)位于振動(dòng)明顯的關(guān)鍵位置，這些關(guān)鍵位置包括輸入輸出位置、軸承及軸承座位置、與人體接觸位置等等。比方測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械，測量位置應(yīng)靠近軸承座，更明確地，應(yīng)盡量靠近軸承中心線上，如下圖所示。

對于結(jié)構(gòu)上的薄弱位置，此位置振動(dòng)量級肯定大，但這不是我們關(guān)心的位置。應(yīng)避免將傳感器安裝在這樣的位置，如下圖所示。

1.2 固有頻率測量

理論上講使用一個(gè)單向傳感器就可以測量到結(jié)構(gòu)所有的固有頻率，因?yàn)椋逃蓄l率是結(jié)構(gòu)的全局特性。但此時(shí)，測量傳感器的安裝位置應(yīng)避開關(guān)心的模態(tài)的節(jié)點(diǎn)位置（這跟模態(tài)參考點(diǎn)位置要求相同）。比方測量簡支梁的前幾階固有頻率，我們知道它的前幾階模態(tài)振型如下圖所示。梁中部位置的振動(dòng)幅值肯定大，但跨中是模態(tài)偶數(shù)階的節(jié)點(diǎn)，因此，此時(shí)應(yīng)避免將傳感器安裝在這個(gè)位置。

1.3 傳遞率測量

經(jīng)常需要評價(jià)隔振裝置的隔振效果，此時(shí)，傳感器的安裝位置應(yīng)位于隔振裝置的主被動(dòng)側(cè)，并盡量靠近隔振裝置。如下圖所示。理論而言，應(yīng)是隔振裝置的幾何中心位置，但如果不能布置在這個(gè)位置，應(yīng)盡量靠近幾何中心位置。

1.4 模態(tài)測試

模態(tài)測試傳感器的安裝位置可能分兩類，一類是傳感器用作模態(tài)參考點(diǎn)，另一類是用作普通測點(diǎn)。對于模態(tài)參考點(diǎn)位置與固有頻率測量的要求是相同的，但是對于普通測點(diǎn)而言，通常的做法是在結(jié)構(gòu)上按某種規(guī)則均勻布置即可，有些測點(diǎn)肯定會(huì)位于模態(tài)節(jié)點(diǎn)上。但對于參考點(diǎn)而言，不管是激勵(lì)還是響應(yīng)點(diǎn)，均要避開關(guān)心的模態(tài)的節(jié)點(diǎn)。

1.5 其他類型測量

如要測量轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)速測量位置通常位于輸入端。應(yīng)變測量位置應(yīng)位于應(yīng)力集中位置、螺栓安裝位置、結(jié)構(gòu)連接位置等。對于應(yīng)力狀態(tài)明確的測點(diǎn)，如拉壓狀態(tài)，則可采用應(yīng)變片的軸向沿拉壓方向布置；對于應(yīng)力狀態(tài)不明確的測點(diǎn)，應(yīng)采用應(yīng)變花。

2.安裝方式

傳感器安裝時(shí)，最好是直接將傳感器固定在被測結(jié)構(gòu)上，二者之間無其他安裝工件，但有時(shí)這樣的安裝工件又是必不可少的。但當(dāng)引入這樣的安裝工件之后，或多或少總會(huì)帶來一些所謂的寄生振動(dòng)。因此，要盡量減少安裝工件的使用，如果要用，一定要保證安裝工作的自振頻率大于被測振動(dòng)頻率的5-10倍以上。

使用最頻繁的是加速度傳感器。那么就加速度傳感器而言，有多種安裝方式：手持探針、蜂蠟、雙面膠、磁座、膠粘和螺栓等方式。不同的安裝方式對應(yīng)不同的安裝剛度，因而整個(gè)傳感器系統(tǒng)的自振頻率會(huì)不同。安裝剛度越大，傳感器系統(tǒng)的自振頻率越高，能用于測量的頻帶也就越高。因此，關(guān)心的頻帶越高，傳感器的安裝剛度應(yīng)越大。在這幾種安裝方式中，螺栓連接安裝剛度最大。但是這時(shí)的安裝是一種有損安裝，因?yàn)樾枰诮Y(jié)構(gòu)表面開相應(yīng)的螺紋孔。

下圖為幾種不同的安裝方式所對應(yīng)的頻響曲線（字體顏色與圖中顏色相對應(yīng)）：螺栓安裝(有 硅脂)，螺栓安裝(無 硅脂)，磁座安裝(有 硅脂)，磁座安裝(無 硅脂)，手持式探針

從上圖可以看出，使用手持式探針安裝時(shí)，在550Hz處，幅值已偏離了5%。用螺栓安裝，且有硅脂時(shí)，在5.5KHz處幅值才偏離了5%。因而，不同的安裝方式，可用的頻響函數(shù)帶寬是不同的。安裝剛度越大，可用的頻帶越寬。

3.安裝平面要求

傳感器安裝要與被測結(jié)構(gòu)需良好固定，保證緊密接觸，連接牢固，振動(dòng)過程中不能有松動(dòng)。因此，要求安裝表面平整，不能有油污、塵土、碎屑等雜物。當(dāng)安裝平面不平整時(shí)，應(yīng)加工使之平整。當(dāng)結(jié)構(gòu)表面有油漆，也應(yīng)該去除表面油漆之后再安裝傳感器。當(dāng)用磁座安裝時(shí)，磁座應(yīng)當(dāng)安全牢靠地吸附在測量位置表面上，如下圖所示。

4.安裝方向

傳感器的測振方向應(yīng)該與待測方向一致，否則，會(huì)造成測量幅值誤差。不同的測試要求不同的傳感器安裝方向。測量位置產(chǎn)生的振動(dòng)依賴于傳感器的安裝方向，不同的方向振動(dòng)幅值是不相同的。應(yīng)根據(jù)測試要求將傳感器安裝在待測方向上。如果傳感器方向偏離測試方向，那么此時(shí)橫向運(yùn)動(dòng)可能遠(yuǎn)大于軸向運(yùn)動(dòng)，此類誤差將會(huì)特別明顯。

另外，對于多次重復(fù)測量或監(jiān)測時(shí)，每次傳感器的安裝位置和安裝方向應(yīng)一致。不然，將會(huì)引起誤差。

5.安裝手法

當(dāng)用膠粘時(shí)，應(yīng)沿垂直膠粘平面方向用力按壓傳感器，使傳感器底部的膠形成較薄的一層，避免膠層太厚，導(dǎo)致將高頻振動(dòng)阻隔掉。這類應(yīng)用如橋梁測振時(shí)，通常使用橡皮泥安裝傳感器，此時(shí)應(yīng)用力按壓傳感器。當(dāng)然了，橋梁的關(guān)心頻率都比較低。在機(jī)械或汽車行業(yè)，經(jīng)常使用502膠或樂泰454膠，這時(shí)應(yīng)用力按壓傳感器，使膠層較薄，高頻振動(dòng)易傳遞通過。

當(dāng)使用磁座安裝時(shí)，由于磁座有吸力，因此安裝傳感器時(shí)應(yīng)十分小心。若通過磁力垂直吸附在結(jié)構(gòu)表面，由于瞬時(shí)的磁力，會(huì)導(dǎo)致傳感器受到?jīng)_擊，影響精度。正確的做法時(shí)使磁座傾斜一定角度靠近安裝表面完成安裝，如下圖所示。

6.附加質(zhì)量的影響

安裝到結(jié)構(gòu)表面的傳感器必然會(huì)帶來附加質(zhì)量的影響，特別是對小型、輕巧結(jié)構(gòu)的振動(dòng)測試，要注意傳感器及固定件的“額外”質(zhì)量對被測結(jié)構(gòu)原始振動(dòng)的影響。

7.導(dǎo)線固定

傳感器安裝后，信號(hào)傳輸導(dǎo)線應(yīng)固定，同時(shí)傳感器與導(dǎo)線的接頭應(yīng)擰緊，測試過程中不能出現(xiàn)松動(dòng)。固定導(dǎo)線時(shí)，接頭處的導(dǎo)線應(yīng)處于舒展?fàn)顟B(tài)，不應(yīng)拉緊受力。導(dǎo)線固定有三個(gè)方面的好處，第一，當(dāng)傳感器松動(dòng)，與被測結(jié)構(gòu)松開時(shí)，不會(huì)直接摔到地上，損壞傳感器，因?yàn)橛袑?dǎo)線拉著。第二，不固定的傳輸導(dǎo)線在測量過程中發(fā)生晃動(dòng)，會(huì)拍打被測結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致出現(xiàn)新的振源，這一點(diǎn)特別是模態(tài)測試時(shí)，需要特別注意。第三，傳輸導(dǎo)線出現(xiàn)彎曲，拉伸等可能會(huì)引起導(dǎo)體與屏蔽層之間局部電容或電荷的變化，引入噪聲。

8.其他方面

其他方面主要是考慮高溫、防潮和絕緣等問題。戶外高溫天氣進(jìn)行測量時(shí)，應(yīng)考慮高溫對傳感器的影響。對于室外需要隔夜測量時(shí)，應(yīng)考慮傳感器的防潮問題，如用保鮮膜包裹傳感器，如下圖所示。應(yīng)變測量時(shí)更需要考慮這些問題。

傳感器安裝的總原則：

傳感器的安裝位置應(yīng)能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性；

應(yīng)該仔細(xì)地檢查安裝表面是否有污染和表面平滑，如有需要應(yīng)加工使之平整；

使傳感器的測振方向和測量方向的偏差減到最小，否則將導(dǎo)致相當(dāng)于橫向靈敏度所引起的誤差；

安裝時(shí)，注意安裝手法；

盡量減少安裝工件帶來的影響；

安裝時(shí)安裝剛度應(yīng)盡量大，這樣可用的頻帶會(huì)越寬

信號(hào)電纜應(yīng)固定于結(jié)構(gòu)表面；

安裝表面的狀態(tài)和安裝方式應(yīng)在實(shí)驗(yàn)記錄中進(jìn)行記錄。



審核編輯：劉清