振動測試技術(shù)方案

1、振動測試技術(shù)方案采用加速度計(jì)作為振動傳感器，對被測系統(tǒng)的三軸向加速度進(jìn)行測量，描述系統(tǒng)的沖擊振動特性。一、指標(biāo)分析最常用的振動測量傳感器按各自的工作原理可分為壓電式、壓阻式、電容式、電感式以及光電式。壓電式加速度傳感器因?yàn)榫哂袦y量頻率范圍寬、量程大、體積小、重量輕、對被測件的影響小以及安裝使用方便，所以成為最常用的振動測量傳感器。在一般通用振動測量時(shí)，用戶主要關(guān)心的是加速度計(jì)傳感器的技術(shù)指標(biāo)，包括靈敏度、帶寬、量程、分辨率、輸出電氣特性等。（1） 靈敏度傳感器的靈敏度是傳感器的最基本指標(biāo)之一，靈敏度的大小直接影響到傳感器對振動信號的測量。不難理解，傳感器的靈敏度應(yīng)根據(jù)被測振動量（加速度值）大小

2、而定，但由于加速度傳感器是測量振動的加速度值，而在相同的位移幅值條件下加速度值與信號的頻率平方成正比，所以不同頻段的加速度信號大小相差甚大。選擇加速度傳感器靈敏度時(shí)應(yīng)對信號有充分的估計(jì)，最常用的振動測量壓電式加速度計(jì)靈敏度，電壓輸出型（iepe 型）為，電荷輸出型為。（2） 帶寬傳感器的帶寬是指傳感器在規(guī)定的頻率響應(yīng)幅值誤差內(nèi)（5%, 10%, 3db）傳感器所能測量的頻率范圍。頻率范圍的高，低限分別稱為高、低頻截止頻率。截止頻率與誤差直接相關(guān)，所允許的誤差范圍大則其頻率范圍也就寬。作為一般原則，傳感器的高頻響應(yīng)取決于傳感器的機(jī)械特性，而低頻響應(yīng)則由傳感器和后繼電路的綜合電氣參數(shù)所決定。高頻截

3、止頻率高的傳感器必然是體積小，重量輕，反之用于低頻測量的高靈敏度傳感器相對來說則一定體積大和重量重。（3） 量程加速度傳感器的測量量程是指傳感器在一定的非線性誤差范圍內(nèi)所能測量的最大測量值。通用型壓電加速度傳感器的非線性誤差大多為1%。作為一般原則，靈敏度越高其測量范圍越小，反之靈敏度越小則測量范圍越大。iepe（電壓）輸出型壓電加速度傳感器的測量范圍是由在線性誤差范圍內(nèi)所允許的最大輸出信號電壓所決定，最大輸出電壓量值一般都為5v。通過換算就可得到傳感器的最大量程，即等于最大輸出電壓與靈敏度的比值。需要指出的是iepe壓電傳感器的量程除受非線性誤差大小影響外，還受到供電電壓和傳感器偏置電壓的制

4、約。當(dāng)供電電壓與偏置電壓的差值小于傳感器技術(shù)指標(biāo)給出的量程電壓時(shí)，傳感器的最大輸出信號就會發(fā)生畸變。因此iepe 型加速度傳感器的偏置電壓穩(wěn)定與否不僅影響到低頻測量也可能會使信號失真，這種現(xiàn)象在高低溫測量時(shí)需要特別注意，當(dāng)傳感器的內(nèi)置電路在非室溫條件下不穩(wěn)定時(shí)，傳感器的偏置電壓很可能不斷緩慢地漂移而造成測量信號忽大忽小。（4） 分辨率即能測量到的最小加速度變化量。加速度傳感器的分辨率受其噪聲的限制，輸出噪聲的大小隨頻帶寬度而變化。（5） 輸出電氣特性分為電壓輸出型和電流輸出型兩種。現(xiàn)在通用的加速度傳感器內(nèi)部集成有放大電路，成為具有電壓輸出功能的傳感元件，這使得在低頻測量時(shí)可以獲得良好的性能。它

5、可分雙電源(四線)和單電源(二線、 帶偏置， 又稱icp) 兩種，內(nèi)置電路傳感器一般是與數(shù)據(jù)采集儀配套。icp 型加速度傳感器的供電和信號輸出共用一根線。其特點(diǎn)是：低阻抗輸出，抗干擾，噪聲小，性能價(jià)格比高，安裝方便，尤其適于多點(diǎn)測量，穩(wěn)定可靠、抗潮濕、抗粉塵、抗有害氣體。 內(nèi)置電路傳感器靈敏度的選型計(jì)算為：被測加速度值（g）=最大輸出電壓（mv）/傳感器靈敏度（mv/g），如選用目前最為通用的傳感器的靈敏度為100mv/g，可測50g 以內(nèi)振動，如測量100g，則用50mv/g 的加速度計(jì)，其余以此類推。除了以上五個(gè)技術(shù)指標(biāo)外，加速度傳感器的性能還受具體工作環(huán)境、安裝方式等影響，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)參

6、照產(chǎn)品說明書來操作。二、解決方案根據(jù)系統(tǒng)要求，確定了幾套滿足用戶需求的解決方案，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為加速度傳感器、信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等，見示意圖 1。圖 1 振動測試硬件流程圖 信號調(diào)理器的作用是對加速度傳感器提供高質(zhì)量的電源，對信號進(jìn)行濾波；數(shù)據(jù)采集器的作用是對加速度傳感器的輸出電壓進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號；計(jì)算機(jī)的作用是接收數(shù)字信號并進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)處理。方案中對加速度傳感器的提出要求是： 量程：020g 帶寬：0.3-3000hz（10%) 分辨率：0.2mg 抗沖擊： 三軸測量由量程和分辨率可以得知系統(tǒng)的測量動態(tài)范圍為50db（十萬倍）。由于各生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)不盡相同，同時(shí)考慮

7、到成本因素，下面就加速度傳感器型號及數(shù)據(jù)采集器的a/d性能提出兩種方案。方案一：以北京神州翔宇技術(shù)有限公司銷售的加速度傳感器icp0110為例，其技術(shù)指標(biāo)如下： 靈敏度：100mv/g 量程：50g 頻率范圍：0.3-5000hz（10%) 安裝諧振點(diǎn)：20khz 重量：98gm 線性：1% 橫向靈敏度：5% 典型值：3 輸出偏壓：8-12vdc 恒定電流：2-20ma， 典型值：4ma 輸出阻抗：150 激勵(lì)電壓：18-30vdc 典型值：24vdc 溫度范圍：-40+120 放電時(shí)間常數(shù)：0.2秒由于輸出電壓峰值為6v，且系統(tǒng)動態(tài)測量范圍為十萬倍，則數(shù)據(jù)采集器選擇輸入電壓范圍為10v ，采

8、集位數(shù)為24位的a/d采集，此時(shí)1lsb對應(yīng)電壓約為，根據(jù)靈敏度計(jì)算得分辨率為，滿足使用要求。由于分辨率與噪聲電壓是緊密相關(guān)的，要達(dá)到的分辨率最大噪聲電壓為。大多數(shù)加速度傳感器產(chǎn)品中指出了各個(gè)典型頻率點(diǎn)的電壓噪聲均方根值，選型時(shí)依據(jù)上述分析來決定。因此選定靈敏度為100mv/g的加速度傳感器icp0110和24位的多通道數(shù)據(jù)采集器作為振動測試的硬件平臺。24位數(shù)據(jù)采集器（也稱振動測試儀）的技術(shù)指標(biāo)如下： 4個(gè)模擬輸入，10v輸入范圍 支持iepe傳感器 0.1hz高通濾波 24位a/d和105k的采樣率 動態(tài)范圍108分貝（典型值）相關(guān)硬件報(bào)價(jià)如下（可咨詢相關(guān)公司）：序號型號描述單價(jià)數(shù)量總計(jì)1

9、640振動測試儀6400019180020110加速度傳感器430013ez-analyst（可選）分析軟件235001方案二：考慮到高位數(shù)據(jù)采集器的采樣率低和成本因素，選擇16位的數(shù)據(jù)采集器，但此時(shí)a/d采集的1lsb為0.1mv，對應(yīng)可分辨的最小加速度為1mg。16位數(shù)據(jù)采集器的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)如下： 8個(gè)模擬輸入通道 16-bit分辨率 200ks/s最大數(shù)據(jù)吞吐能力同步采樣(每個(gè)輸入帶一個(gè)a/d轉(zhuǎn)換) 8個(gè)數(shù)字i/o bits 1個(gè)32-bit的時(shí)間計(jì)數(shù)器 外部數(shù)字觸發(fā)輸入 輸入范圍分別為10v,5v,2v和1伏，可通過軟件選擇相關(guān)硬件報(bào)價(jià)如下（可咨詢相關(guān)公司）：序號型號描述單價(jià)數(shù)量總計(jì)1usb-1608fs數(shù)據(jù)采集器370013338020110三方向加速度傳感器4300130201調(diào)理器238014dasyab（可選）分析軟件230001方案比較：首先，方案一和方案二中加速度傳感器的型號相同，在購買器件時(shí)可以參考技術(shù)指標(biāo)的提出要求選擇不同公司的產(chǎn)品，也可定做，如朗斯測試技術(shù)有限公司的三軸加速度傳感器lc0110，除抗振動沖擊為500g外其余指標(biāo)均可滿足，