黃振坤

(南京晨光集團(tuán)有限責(zé)任公司計(jì)量中心，江蘇 南京210006)

0 引言

加速度計(jì)是振動(dòng)測(cè)量中的敏感元件，與被測(cè)對(duì)象的可靠連接是獲得準(zhǔn)確測(cè)量的基礎(chǔ)，不同的連接方式對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)帶來一定的影響，處理好下述內(nèi)容對(duì)提高測(cè)量的準(zhǔn)確性會(huì)帶來很大的幫助:①加速度計(jì)安裝在反應(yīng)振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)特征的位置上;②加速度計(jì)盡量剛性地連接在振動(dòng)臺(tái)上，測(cè)量過程中與振動(dòng)臺(tái)保持同步運(yùn)動(dòng)，不能脫落或是有遲滯現(xiàn)象;③加速度計(jì)通過連接件裝卡在振動(dòng)臺(tái)上的方式會(huì)給測(cè)量帶來附加的影響;④被測(cè)對(duì)象是小型振動(dòng)臺(tái)，要注意加速度計(jì)及固定件的質(zhì)量對(duì)振動(dòng)臺(tái)的影響;⑤導(dǎo)線的接地及連接等。

1 加速度計(jì)的安裝和測(cè)量點(diǎn)的布置

加速度計(jì)一般是固定在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面中間及四周的位置上，不同的位置，在不同的頻率下測(cè)得的幅值是有差異的。振動(dòng)臺(tái)由主體和部件構(gòu)成，不合理的安裝布點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生需測(cè)主體振動(dòng)時(shí)，卻得到部件振動(dòng)數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，而需測(cè)部件的振動(dòng)時(shí)，實(shí)際卻獲得主體的振動(dòng)數(shù)據(jù)等錯(cuò)亂現(xiàn)象。例如，振動(dòng)臺(tái)通常都帶有部件即負(fù)載臺(tái)，負(fù)載臺(tái)的剛性、頻率響應(yīng)等技術(shù)性能與振動(dòng)臺(tái)主體臺(tái)面大有不同。針對(duì)振動(dòng)臺(tái)性能進(jìn)行計(jì)量測(cè)試時(shí)需測(cè)量振動(dòng)臺(tái)的主體臺(tái)面，加速度計(jì)安裝在臺(tái)面中間或靠近控制傳感器，在臺(tái)面的工作區(qū)域內(nèi)由中間向四周均勻布置測(cè)量點(diǎn);若針對(duì)帶載試驗(yàn)進(jìn)行計(jì)量測(cè)試，將加速度計(jì)安裝在負(fù)載臺(tái)和試驗(yàn)對(duì)象上進(jìn)行控制與測(cè)量，因此，必須找出能代表被測(cè)物所需要研究的位置，合理布點(diǎn)。在測(cè)點(diǎn)選定后，除垂直、水平等方向不要裝錯(cuò)外，在確定的安裝位置，可把加速度計(jì)正向裝、側(cè)面裝或倒裝，有時(shí)還需要安裝在伸出的固定部件上，不論哪種安裝連接方式，都要注意避免發(fā)生額外的寄生振動(dòng)，能較真實(shí)地反映需測(cè)振動(dòng)的實(shí)際情況。

2 加速度計(jì)與被測(cè)對(duì)象的接觸和固定

在測(cè)振過程中，加速度計(jì)要與振動(dòng)臺(tái)等被測(cè)對(duì)象良好接觸，由于固定不牢，加速度計(jì)產(chǎn)生橫向運(yùn)動(dòng)甚至脫離安裝面，都會(huì)造成較大的測(cè)量誤差。這在一般的位移波形上反應(yīng)是很清楚的，脫離接觸和滑動(dòng)時(shí)，表現(xiàn)為大振幅和長(zhǎng)周期的阻尼振動(dòng)，從這樣的信號(hào)中很難得到可靠的數(shù)據(jù)。

加速度計(jì)采用固定連接方式(如膠粘、磁鐵吸附或是螺紋連接等)裝卡在振動(dòng)臺(tái)上的，滿足下述條件才能使加速度計(jì)不脫離振動(dòng)臺(tái)面，即

式中:F緊固為加速度計(jì)與振動(dòng)臺(tái)之間的緊固力;m 為加速度計(jì)質(zhì)量;a 為安裝位置的最大加速度。

探針式加速度計(jì)是靠手持探針頂在被測(cè)振動(dòng)臺(tái)面上來進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量的，滿足下述條件才能使探針不脫離振動(dòng)臺(tái)面，即

式中:F壓力為使探針頂住振動(dòng)臺(tái)面上所施加的壓力;m為加速度計(jì)質(zhì)量;a 為接觸位置的最大加速度。

不同的連接方式，產(chǎn)生的緊固力或是施加的壓力是有所不同，從而能有效測(cè)量的振動(dòng)幅值和頻率范圍也就不同。

3 固定件的結(jié)構(gòu)、安裝形式和附加振動(dòng)

有時(shí)，加速度計(jì)是通過連接件安裝在振動(dòng)臺(tái)面上的，振動(dòng)過程中連接件會(huì)帶來附件的振動(dòng)，最好使加速度計(jì)直接固定在被測(cè)對(duì)象上，僅在必要時(shí)才設(shè)置連接件。連接件的自振頻率高于被測(cè)對(duì)象振動(dòng)頻率的5 ～10 倍，其帶來的影響可以忽略。

實(shí)際上由于測(cè)試的需要和安裝條件的限制，一定的固定條件和連接方式總是不可能避免的?，F(xiàn)介紹幾種安裝方式:①用剛螺栓;②用絕緣螺栓和云母墊圈;③用永久磁鐵;④用膠合劑;⑤用蠟粘附;⑥用手持探針。

這6 種安裝方式各有不同特點(diǎn)。第一種安裝方法頻率響應(yīng)最好，基本符合加速度計(jì)實(shí)際校準(zhǔn)曲線所要求的條件。若安裝面不十分平滑，那么用螺栓擰緊加速度計(jì)之前，最好在表面涂一薄層硅潤(rùn)滑脂，以便增加安裝剛度。每次使用安裝螺栓時(shí)，特別注意不要將螺栓完全擰入加速度計(jì)基座的螺孔中，不然，會(huì)引起加速度計(jì)的基座彎曲，影響加速度計(jì)的靈敏度。當(dāng)加速度計(jì)和振動(dòng)體之間需要電絕緣時(shí)采用第二種方法。使用絕緣螺栓和薄云母墊圈，因云母的硬度較好，這樣頻率響應(yīng)較好。使用時(shí)應(yīng)使墊圈盡可能地薄。第三種方法是使用永久磁鐵的吸引力固定，該磁鐵也需和振動(dòng)件電絕緣。第四種方法使用膠合技術(shù)時(shí)，此種方法很方便，可以靈活移動(dòng)加速度計(jì)，通常使用502 膠水。第五種方法是使用一層薄蠟，將加速度計(jì)粘附在振動(dòng)體的面上，此種安裝方式頻率響應(yīng)也較好，但在較高溫度下蠟的硬度變小，頻率響應(yīng)會(huì)變壞。第六種方法是用手持探針測(cè)量，使用可更換的圓頭和尖頭探針。這種方法適用于快速測(cè)試，例如在某些測(cè)試地點(diǎn)很多而又不要固定的場(chǎng)合。但是，測(cè)試頻率不能太高，一般小于1000 Hz 的頻率范圍。各種安裝方式的頻率響應(yīng)如圖1 所示。

圖1 各種安裝方式的頻率響應(yīng)示意圖

4 加速度計(jì)對(duì)被測(cè)對(duì)象附加質(zhì)量的影響

對(duì)于一些小巧輕型的結(jié)構(gòu)振動(dòng)或在薄板上測(cè)量振動(dòng)參數(shù)時(shí)，加速度計(jì)和固定件質(zhì)量引起的額外載荷可能會(huì)改變被測(cè)對(duì)象的原始振動(dòng)，從而使測(cè)得的結(jié)果有偏差。因此，在這種情況下應(yīng)該使用小而輕的加速度計(jì)，并估算加速度計(jì)質(zhì)量的影響。因附加質(zhì)量而改變被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)頻率，這在大型被測(cè)對(duì)象中并不突出，但對(duì)小型的機(jī)構(gòu)振動(dòng)影響較大，在測(cè)試分析中應(yīng)予以考慮。

5 結(jié)束語

綜上所述，對(duì)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)等設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，要充分考慮加速度計(jì)的安裝方式和安裝位置給測(cè)量帶來的影響，針對(duì)被測(cè)對(duì)象的頻率工作范圍選擇合適的連接方式，使加速度計(jì)牢固地連接在被測(cè)對(duì)象上，為實(shí)現(xiàn)可靠測(cè)量提供有利的保障。

［1］洪寶林. 力學(xué)計(jì)量［M］. 北京:原子能出版社，2002.

［2］國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB/T20485.1 －2008 振動(dòng)與沖擊傳感器校準(zhǔn)方法 第1 部分:基本概念［S］. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.