(1)严格模拟实际的或预期的振动环境 。有的用多次测量得到的频谱按最大值或包络线作为规范谱,也有的用磁带机记录现场环境振动信号重放在振动台上 。
(2)不需要真实模拟振动环境,只要按一定量级的正弦波或扫描正弦波或随机波进行激励 。这种模拟较为简单 。
(3)除了设计验证试验、研制试验、疲劳试验、运输包装试验外,目前一些重要或尖端工业采用应力筛选试验和综合环境可靠性试验(CEPT).在激振同时改变温度、高度等其他环境参数 。
4.振动测量的仪器设备
振动测量所用的仪器设备很小,有单一功能的和多功能的,还有整体式和组合式之分,可根据不同要求进行不同的选择和组合 。
(1)传感器,它将振动量转变成可以测量的物理量 。目前最常用的是加速度传感器(加速度计),
(2)前置放大器,它主要有三种:用于把电荷转变成电压的电荷放大器;用于放大电压的电压放大器;用于高阻抗转变为低阻抗的阻抗变换器 。目前已有将前置放大器直接装在传感器内的集成电路式加速度计,又有集阻抗变换、放大、归一化、滤波、供电多种功能于一体的仪器,称之为信号适调仪 。
(3)信号传输、调制解调、多路采集、滤波、微积分 。
(4)信号记录、显示、读数、绘图和打印 。
(5)信号分析设备(频域分析,时域或时差域分析,幅值域分析等) 。
(6)激振设备包括信号发生器、功率放大器和激振器(振动台) 。
二、传感器的选择和使用
2.1.传感器的分类
振动传感器的作用原理可分为两个部分,即机械接收和机电变换,如图3.5.2所示 。机械接收部分的作用是将被测机械量Xt(振动的位移、速度或加速度以及力和应变等)接收为另一个适合于机电变换的中间机械量Xt 。机电变换部分再将Xt变换为电量E(电动势、电流、电荷量或电阻、电容、电感等电参量) 。
传感器的机械接收原理分为两类,即相对式和惯性式 。
(1)相对式:以传感器的外壳作为参数坐标,借助顶杆或间隙的变化(非接触式)直接接收机械振动 。因此被测机械量与中间机械量为与频率无关的正比关系 。即所谓零阶系统 。具有相对式接收的传感器,它所测得的是以外壳为参考坐标的相对振动 。
(2)惯性式:通过传感器的内部质量、弹簧和阻尼器构成的单自由度系统接收被测振动 。被测机械量与中间机械量是用二阶微分方程联系,故称之为二阶系统 。惯性式传感器所测得的是相对于惯性坐标系统的绝对振动,因此也称为绝对式振动传感器 。
相对式传感器适用于测量结构上两部件的相对振动,即直接反映结构本身的弹性变形 。这种传感器只有作为参考的外壳为静止时,才能测得绝对振动,故而,当需要测量结构上某点的绝对振动,而周围又不能建立静止参数坐标时,则只能选择惯性式传感器 。如行驶车辆的振动、楼房的振动及地震等,都必须选择惯性式传感器来测量 。
振动用传感器有多种多样,分类方法也不相同,可以从不同角度分类如下:
(1)按被测物理量分,有位移、速度、加速度等传感器 。
(2)按工作原理分,有压电效应、压磁效应、磁阻效应等传感器 。
(3)按能量转换机理分,有能量转换、能量控制(又称发电型和参量型)等传感器 。
(4)按工作机理分,有结构型(被测参数变化引起传感器和结构变化而使输出电量变化,这种变化是利用物理学中场的定律和运动定律而构成)和物性型(利用某些物质的物理、化学性质随被测参数而变化的原理而构成)传感器 。
(5)按转换过程可逆与否分,有:单向(仅能将被测量转换为电量,而不能反之)和双向(能在传感器的输人、输出端作双向传输的,都具备可逆性的传感器)传感器 。
(6)按输出信号的形式分,有:模拟式和数字式等传感器 。
三、传感器工作特性的测试
(1)频率响应和安装谐振频率的测试 。振动传感器频率响应的校准目的,其一是八个确定传感器所能使用的频率范围,对正常的压电加速度传感器在低于其谐振频率1/5的频段内,其灵敏度偏差一般在5%内,而在低于其谐振频率1/3的频段内,其灵敏度偏差一般在10%以内:其二是检查加速度计有无异常响应,因为压电元件碎裂后,加速度传感器的电容量、灵敏度的变化不十分显著,而谐振频率会产生明显变化,因此谐振频率的校准是检验加速度计是否损坏的最精确的方法 。
传感器或测量系统频率响应偏差的计算一般有两种方法,一种方法是在响应平坦的频段上选一频率,以此频率的灵敏度为准,计算其余各点与该点灵敏度的相对偏差,作为频响偏差 。例如可选取f=100 Hz的点;另一种方法是将响应平坦的频段上诸点灵敏度取平均值,以平均灵敏度为准,计算各点的灵敏度相对偏差作为频率响应偏差,这种方法多用于标准传感器 。
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