傳感器物理特性主要是指傳感器尺寸和傳感器重量。
傳感器尺寸:多數(shù)情況下,小尺寸的小型傳感器有利于減小對結(jié)構(gòu)動態(tài)響應的潛在千擾效應。例如,具有小基座的加速度傳感器對結(jié)構(gòu)模態(tài)響應影響較小,特別適用于對中、高頻的測量。但是,小型傳感器??般靈敏度較低,所以常用于測量局部(如模塊等)響應。若加上傳感器后會使被測結(jié)構(gòu)的質(zhì)童與剛度等產(chǎn)生變化,從而影響實測結(jié)果,則要用小尺寸的小型傳感器來測量。大尺寸或大基座的傳感器可略微提高與傳感器連接部位(被測部位)的結(jié)構(gòu)剛度(特別是安裝在中高頻的薄蒙皮結(jié)構(gòu)上時),同時也會導致加速度傳感器附近的結(jié)構(gòu)模態(tài)振型改變。絕緣螺栓或墊圈除提供電絕緣外,還可明顯地衰減施加于結(jié)構(gòu)的底座產(chǎn)生的剛度,使安裝固有頻率下降,從而使所測頻率上限下降。
對于大多數(shù)加速度傳感器,尺寸和重量大致成比例,所以上述關(guān)于尺寸的討論也適用于重量。加速度傳感器的重量,或加速度傳感器與結(jié)構(gòu)之間固定裝置的重量,能夠?qū)p型被測結(jié)構(gòu)(如電子組件或小型機電裝置)的固有頻率、振型、所測得的振動沖擊量值產(chǎn)生明顯的影響。當安裝的傳感器太多,以致使其重量相對整個結(jié)構(gòu)不可忽略時,應進行帶和不帶傳感器的結(jié)構(gòu)有限元分析,以確定傳感器重量對結(jié)構(gòu)響應的影響。大捆電趣往往影響結(jié)構(gòu)重量和阻尼,此時將各條電纜分離開可減小阻尼。
信號適調(diào)器
在振動與沖擊測量中,信號適調(diào)器是測量系統(tǒng)的重要組成部分。傳感器的輸出信號均需要經(jīng)過適調(diào),以適應電纜、記錄和傳輸儀器的要求。信號適調(diào)器主要包括信號變換器、放大器、濾波器、微分器和積分器、電源及電纜等。在大多數(shù)情況下,信號適調(diào)是由具有一種或多種信號適調(diào)功能的獨立儀器單元及其組合完成的。但是,隨著技術(shù)的發(fā)展,一部分信號適調(diào)功能并入傳感器中,如阻抗變換、信號放大等;而另一部分信號適調(diào)功能并入數(shù)據(jù)記錄儀器或數(shù)據(jù)采集與記錄儀器/系統(tǒng),如信號放大、濾波和電源等。信號適調(diào)器主要采用兩種前置放大器:電壓放大器和電荷放大器。
放大器的主要特性
對于動力學環(huán)境數(shù)據(jù)采集,放大器較主要的特性是動態(tài)范圍和頻率范圍。當信號超過放大器的動態(tài)范圍時,將出現(xiàn)信號限幅或削波,導致信號失真;當信號為低幅值時,又可能被背景噪聲淹沒。所以,實測時要根據(jù)被測信號幅值的大小充分利用動態(tài)范圍,從而保證實測到的振動與沖擊信號的高質(zhì)量。當輸入嚴重過載時,某些放大器可出現(xiàn)飽和現(xiàn)象,復原時間可長達數(shù)秒,其輸出呈現(xiàn)由于飽和所導致的正弦信號低頻衰減。對于電荷放大器,未經(jīng)濾波的傳感器共振響應可導致電荷變換級飽和。
當電荷變換級復原時,可發(fā)現(xiàn)衰減的低頻信號,這將導致從信號計算的頻譜中出現(xiàn)虛假的低頻峰值。其他一些放大器在過載時僅對信號削波,但應注意,后續(xù)的濾波可能掩蓋這一失真的明顯證據(jù)。
濾波器
濾波器用于限制信號的帶寬,以減少背景噪聲和所需頻率范圍之外的系統(tǒng)特性(如傳感器共振、混疊)的影響,濾波器的類型主要有:
①高通濾波器,用于衰減低頻和通過高頻。
②低通濾波器,用于衰減高頻和通過低頻。
③帶通濾波器,為高通和低通的組合,用于通過低和高截止頻率之間的頻率。
④帶阻濾波器,用于消除所關(guān)心頻帶內(nèi)的一個窄頻帶信號分量。
電源
一般儀器使用的電源應具有下列特性:
①調(diào)整到規(guī)定的恒定電壓或電流;
②屏蔽,以防止附近電路的背景噪聲干擾;
③使電源線對數(shù)據(jù)的干擾降至最??;
④當幾個通道共用同一電源時,各自電源應隔離,以防止其中一個通道故障導致對所有通道的噪聲干擾:
⑤所有電源具有適當?shù)墓β蕛?,以防止功率負載達到峰值時過載。
動態(tài)情號分析系統(tǒng)/采集、處理、儲存裝置
振動與沖擊信號經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換,經(jīng)適調(diào)和放大后是一個隨時間變化的電壓信號,即振動與沖擊的時域信號。當今的動態(tài)信號分析系統(tǒng)可在現(xiàn)場實測的同時,一邊對實測的模擬信號通過采樣使其變成數(shù)字信號,將其儲存在硬盤或移動硬盤中;一邊進行實時處理與分析,看實測到的信號是否滿足要求。但要在工程上應用,仍需通過一系列的分析、處理、歸納和規(guī)范化后才能變成工程上有用的信息。