振动测试技术方案设计

振动测试技术方案

采用加速度计作为振动传感器，在各种工况下，对被测系统多个测点的加速度信号进行测量，通过FFT频谱分析，得到结构的固有频率，描述系统的振动特性。

图1 振动测试硬件流程图

一、传感器指标分析

最常用的振动测量传感器按各自的工作原理可分为压电式、压阻式、电容式、电感式以及光电式。压电式加速度传感器因为具有测量频率范围宽、量程大、体积小、重量轻、对被测件的影响小以及安装使用方便，所以成为最常用的振动测量传感器。在一般通用振动测量时，用户主要关心的是加速度计传感器的技术指标，包括灵敏度、带宽、量程、分辨率、输出电气特性等。

（1）灵敏度

传感器的灵敏度是传感器的最基本指标之一，灵敏度的大小直接影响到传感器对振动信号的测量。不难理解，传感器的灵敏度应根据被测振动量（加速度值）大小而定，但由于加速度传感器是测量振动的加速度值，而在相同的位移幅值条件下加速度值与信号的频率平方成正比，所以不同频段的加速度信号大小相差甚大。选择加速度传感器灵敏度时应对信号有充分的估计，最常用的振动测量压电式加速度

计灵敏度，电压输出型（IEPE 型）为50~100 mV/g，电荷输出型为1。

~

PC/g

50

（2）带宽

传感器的带宽是指传感器在规定的频率响应幅值误差内（±5%, ±10%, ±3dB）传感器所能测量的频率范围。频率范围的高，低限分别称为高、低频截止频率。截止频率与误差直接相关，所允许的误差范围大则其频率范围也就宽。作为一般原则，传感器的高频响应取决于传感器的机械特性，而低频响应则由传感器和后继电路的综合电气参数所决定。高频截止频率高的传感器必然是体积小，重量轻，反之用于低频测量的高灵敏度传感器相对来说则一定体积大和重量重。（3）量程

加速度传感器的测量量程是指传感器在一定的非线性误差范围内所能测量的最大测量值。通用型压电加速度传感器的非线性误差大多为1%。作为一般原则，灵敏度越高其测量范围越小，反之灵敏度越小则测量范围越大。IEPE（电压）输出型压电加速度传感器的测量范围是由在线性误差范围内所允许的最大输出信号电压所决定，最大输出电压量值一般都为±5V。通过换算就可得到传感器的最大量程，即等于最大输出电压与灵敏度的比值。需要指出的是IEPE压电传感器的量程除受非线性误差大小影响外，还受到供电电压和传感器偏置电压的制约。当供电电压与偏置电压的差值小于传感器技术指标给出的量程电压时，传感器的最大输出信号就会发生畸变。因此IEPE 型加速度传感器的偏置电压稳定与否不仅影响到低频测量也可能会使信号失真，这种现象在高低温测量时需要特别注意，当传感器的内置电路在非室温条件下不稳定时，传感器的偏置电压很可能不断缓慢地漂移而造成测量信号忽大忽小。

（4）分辨率

即能测量到的最小加速度变化量。加速度传感器的分辨率受其噪声的限制，输出噪声的大小随频带宽度而变化。

（5）输出电气特性

分为电压输出型和电流输出型两种。现在通用的加速度传感器内部集成有放大电路，成为具有电压输出功能的传感元件，这使得在低频测量时可以获得良好的性能。它可分双电源(四线)和单电源(二线、

带偏置，又称ICP) 两种，内置电路传感器一般是与数据采集仪配套。

除了以上五个技术指标外，加速度传感器的性能还受具体工作环境、安装方式等影响，实际使用时应参照产品说明书来操作。由于本次试验被测对象的质量很小，考虑到附加质量对固有频率的影响，采用重量1.2g的DH132单向加速度传感器和DH906非接触式位移传感器，具体的指标如表1和表2所示：

二、DH5922动态信号测试分析系

⏹通用型动态信号测试分析系统；

⏹并行总线扩展通道,实现多通道同步采样；

⏹最高采样速率128kHz/通道；

⏹DMA方式实时传送，保证了数据传送的

高速、不漏码、不死机；

⏹高度实时：实时采集、实时储存、实时

显示、实时分析等；

⏹转速/计数器通道；

⏹信号源输出通道；

⏹计算机通过1394/PCI通讯，可对采集器进行参数设置。

可选调理器：DH3810N 应变适调器、DH5857-1 电荷适调器、DH3811 电流适调器、DH3814 热电阻适调器、DH5855-1 电荷适调器

三、测试方案及分析

图2：振动测试原理图

按照上述测试流程，将传感器、数据采集仪器和电脑连接之后（如上图所示），在不同的工况下（风速改变和弹簧片的变化等），测量得到结构的振动时域信号（图3所示例）；将时域信号经过FFT 变换到频域（图4所示例），以此确定结构的固有频率。

图3、时域信号

图4、频谱信号