振动传感器的选择与安装
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涂骥: 振动传感器的选择与安装
45
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, 它们发挥着愈 来愈重要的作用。 而振 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, 详细介绍了在特定情况下该如何正确选择并安装恰当的传感器类型。 关键词: 振动传感器; 选择; 安装
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
度,
可选择测量上限频率小于谐振频率的
1 5
~
110。
( 3) 传感器质量。当需要在测量对象上布置大量传
感器或测量轻小试件的振动时, 加速度传感器的质量大 小就显得十分重要了。因为在这种情况下必须考虑传感 器的附加质量对被测结构动态特性的影响。其影响可由
下式近似估算
f s= f m
1+
ma ms
式中: 为带传感器的结构固有频率, ma 和 ms 分别
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
标准不
确定度 Ci | ci | u( xi)
vi
01 006D 1 01006D 118
0101D 1
01 01 D
]
412 合成标准不确定度 uc( D )
各标准不确定度分量彼此独立不相关, 配装眼镜顶
焦度测量结果合成标准不确定度 uc( D) 为:
uc( D ) =
u21( D) +
u
2 2
(
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 GB13511- 19995配装眼镜6, GB/ T10810、1 眼镜镜
片第 1 部分。
112 环境条件: 温度: ( 23 ? 5) e 湿度: < 85% RH 113 测量仪器: 焦度计 U= 0103D k= 23 114 测量方法: 根据光线聚焦原理, 将成品眼镜放置在焦
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。振动测试和动态分 析已成为机械、结构产品研究、设计、生产和使用、维护中 不可或缺的重要手段。随着测试技术向数字化、智能化 和计算机化方向的发展它们发挥着愈来愈重要的作用。 而振动传感器的选择, 是振动测试中首先要考虑的问题。 一般可选择加速度、速度和位移传感器的任何一种来测 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 90b。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。
度计出光口, 使镜片轴位与焦度计光轴重合, 偏转后的光线 经光阑落在光电位置探测器上, 从而得到镜片顶焦度读数。 2 数字模型
D = X+ $D 式中: D ) 屈光度; X ) 屈光度测量值; $D ) 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。
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
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。
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5计量 与测试技术6 2010 年第 37 卷第 1 期
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 Measur ement Results
( 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
fm=
k ms
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
1 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
U= 0103D, k= 3
则: u2( D) =
01
00 3
3=
0101( D)
ห้องสมุดไป่ตู้
u 2( D ) 很可靠, v y ]
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 ( xi)
不确定度来源
u1( D) u2( D)
测量重复性引入的不确定度 测量仪器引入的标准不确定度
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 110 。 ( 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
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。
( 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 2kH z 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。
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 e 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。
( 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 e ) 。
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 测量值(D) 平均值(D)
1 41 96
2 41 96 41 96
3 41 97
u1( D) =
R C
=
41 9711
41 64
9 6=
01006( D)
V= 118
312 焦度计引入的标准不确定度 u 2( D ) 评定
焦度计的不确定度由校准证书中给出:
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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, 它们发挥着愈 来愈重要的作用。 而振 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, 详细介绍了在特定情况下该如何正确选择并安装恰当的传感器类型。 关键词: 振动传感器; 选择; 安装
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
度,
可选择测量上限频率小于谐振频率的
1 5
~
110。
( 3) 传感器质量。当需要在测量对象上布置大量传
感器或测量轻小试件的振动时, 加速度传感器的质量大 小就显得十分重要了。因为在这种情况下必须考虑传感 器的附加质量对被测结构动态特性的影响。其影响可由
下式近似估算
f s= f m
1+
ma ms
式中: 为带传感器的结构固有频率, ma 和 ms 分别
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
标准不
确定度 Ci | ci | u( xi)
vi
01 006D 1 01006D 118
0101D 1
01 01 D
]
412 合成标准不确定度 uc( D )
各标准不确定度分量彼此独立不相关, 配装眼镜顶
焦度测量结果合成标准不确定度 uc( D) 为:
uc( D ) =
u21( D) +
u
2 2
(
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 GB13511- 19995配装眼镜6, GB/ T10810、1 眼镜镜
片第 1 部分。
112 环境条件: 温度: ( 23 ? 5) e 湿度: < 85% RH 113 测量仪器: 焦度计 U= 0103D k= 23 114 测量方法: 根据光线聚焦原理, 将成品眼镜放置在焦
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。振动测试和动态分 析已成为机械、结构产品研究、设计、生产和使用、维护中 不可或缺的重要手段。随着测试技术向数字化、智能化 和计算机化方向的发展它们发挥着愈来愈重要的作用。 而振动传感器的选择, 是振动测试中首先要考虑的问题。 一般可选择加速度、速度和位移传感器的任何一种来测 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 90b。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。
度计出光口, 使镜片轴位与焦度计光轴重合, 偏转后的光线 经光阑落在光电位置探测器上, 从而得到镜片顶焦度读数。 2 数字模型
D = X+ $D 式中: D ) 屈光度; X ) 屈光度测量值; $D ) 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。
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
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。
46
5计量 与测试技术6 2010 年第 37 卷第 1 期
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 Measur ement Results
( 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
fm=
k ms
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
1 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
U= 0103D, k= 3
则: u2( D) =
01
00 3
3=
0101( D)
ห้องสมุดไป่ตู้
u 2( D ) 很可靠, v y ]
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 ( xi)
不确定度来源
u1( D) u2( D)
测量重复性引入的不确定度 测量仪器引入的标准不确定度
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 110 。 ( 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
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。
( 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 2kH z 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。
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 e 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。
( 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 e ) 。
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 测量值(D) 平均值(D)
1 41 96
2 41 96 41 96
3 41 97
u1( D) =
R C
=
41 9711
41 64
9 6=
01006( D)
V= 118
312 焦度计引入的标准不确定度 u 2( D ) 评定
焦度计的不确定度由校准证书中给出: