傳感器的安裝說明指南

振動測量中，對于傳感器的安裝需要仔細考慮，不合理的安裝可能會嚴重地影響測量結果。為了保證測量的正確性，本文將從安裝位置、安裝方式、安裝方向和附加質量等方面對傳感器的安裝加以說明。

1.安裝位置

傳感器的安裝位置即測量位置，因此，安裝位置的總原則：能反應出被測結構的振動特性，滿足測試要求。一般說來，振動測量分為以下幾類：

1.1 幅值測量

這時傳感器安裝位置應位于振動明顯的關鍵位置，這些關鍵位置包括輸入輸出位置、軸承及軸承座位置、與人體接觸位置等等。比方測量旋轉機械，測量位置應靠近軸承座，更明確地，應盡量靠近軸承中心線上，如下圖所示。

對于結構上的薄弱位置，此位置振動量級肯定大，但這不是我們關心的位置。應避免將傳感器安裝在這樣的位置，如下圖所示。

1.2 固有頻率測量

理論上講使用一個單向傳感器就可以測量到結構所有的固有頻率，因為，固有頻率是結構的全局特性。但此時，測量傳感器的安裝位置應避開關心的模態的節點位置（這跟模態參考點位置要求相同）。比方測量簡支梁的前幾階固有頻率，我們知道它的前幾階模態振型如下圖所示。梁中部位置的振動幅值肯定大，但跨中是模態偶數階的節點，因此，此時應避免將傳感器安裝在這個位置。

1.3 傳遞率測量

經常需要評價隔振裝置的隔振效果，此時，傳感器的安裝位置應位于隔振裝置的主被動側，并盡量靠近隔振裝置。如下圖所示。理論而言，應是隔振裝置的幾何中心位置，但如果不能布置在這個位置，應盡量靠近幾何中心位置。

1.4 模態測試

模態測試傳感器的安裝位置可能分兩類，一類是傳感器用作模態參考點，另一類是用作普通測點。對于模態參考點位置與固有頻率測量的要求是相同的，但是對于普通測點而言，通常的做法是在結構上按某種規則均勻布置即可，有些測點肯定會位于模態節點上。但對于參考點而言，不管是激勵還是響應點，均要避開關心的模態的節點。

1.5 其他類型測量

如要測量轉速，則轉速測量位置通常位于輸入端。應變測量位置應位于應力集中位置、螺栓安裝位置、結構連接位置等。對于應力狀態明確的測點，如拉壓狀態，則可采用應變片的軸向沿拉壓方向布置；對于應力狀態不明確的測點，應采用應變花。

2.安裝方式

傳感器安裝時，最好是直接將傳感器固定在被測結構上，二者之間無其他安裝工件，但有時這樣的安裝工件又是必不可少的。但當引入這樣的安裝工件之后，或多或少總會帶來一些所謂的寄生振動。因此，要盡量減少安裝工件的使用，如果要用，一定要保證安裝工作的自振頻率大于被測振動頻率的5-10倍以上。

使用最頻繁的是加速度傳感器。那么就加速度傳感器而言，有多種安裝方式：手持探針、蜂蠟、雙面膠、磁座、膠粘和螺栓等方式。不同的安裝方式對應不同的安裝剛度，因而整個傳感器系統的自振頻率會不同。安裝剛度越大，傳感器系統的自振頻率越高，能用于測量的頻帶也就越高。因此，關心的頻帶越高，傳感器的安裝剛度應越大。在這幾種安裝方式中，螺栓連接安裝剛度最大。但是這時的安裝是一種有損安裝，因為需要在結構表面開相應的螺紋孔。

下圖為幾種不同的安裝方式所對應的頻響曲線（字體顏色與圖中顏色相對應）：螺栓安裝(有硅脂)，螺栓安裝(無硅脂)，磁座安裝(有硅脂)，磁座安裝(無硅脂)，手持式探針

從上圖可以看出，使用手持式探針安裝時，在550Hz處，幅值已偏離了5%。用螺栓安裝，且有硅脂時，在5.5KHz處幅值才偏離了5%。因而，不同的安裝方式，可用的頻響函數帶寬是不同的。安裝剛度越大，可用的頻帶越寬。

3.安裝平面要求

傳感器安裝要與被測結構需良好固定，保證緊密接觸，連接牢固，振動過程中不能有松動。因此，要求安裝表面平整，不能有油污、塵土、碎屑等雜物。當安裝平面不平整時，應加工使之平整。當結構表面有油漆，也應該去除表面油漆之后再安裝傳感器。當用磁座安裝時，磁座應當安全牢靠地吸附在測量位置表面上，如下圖所示。

4.安裝方向

傳感器的測振方向應該與待測方向一致，否則，會造成測量幅值誤差。不同的測試要求不同的傳感器安裝方向。測量位置產生的振動依賴于傳感器的安裝方向，不同的方向振動幅值是不相同的。應根據測試要求將傳感器安裝在待測方向上。如果傳感器方向偏離測試方向，那么此時橫向運動可能遠大于軸向運動，此類誤差將會特別明顯。

另外，對于多次重復測量或監測時，每次傳感器的安裝位置和安裝方向應一致。不然，將會引起誤差。

5.安裝手法

當用膠粘時，應沿垂直膠粘平面方向用力按壓傳感器，使傳感器底部的膠形成較薄的一層，避免膠層太厚，導致將高頻振動阻隔掉。這類應用如橋梁測振時，通常使用橡皮泥安裝傳感器，此時應用力按壓傳感器。當然了，橋梁的關心頻率都比較低。在機械或汽車行業，經常使用502膠或樂泰454膠，這時應用力按壓傳感器，使膠層較薄，高頻振動易傳遞通過。

當使用磁座安裝時，由于磁座有吸力，因此安裝傳感器時應十分小心。若通過磁力垂直吸附在結構表面，由于瞬時的磁力，會導致傳感器受到沖擊，影響精度。正確的做法時使磁座傾斜一定角度靠近安裝表面完成安裝，如下圖所示。

6.附加質量的影響

安裝到結構表面的傳感器必然會帶來附加質量的影響，特別是對小型、輕巧結構的振動測試，要注意傳感器及固定件的“額外”質量對被測結構原始振動的影響。

7.導線固定

傳感器安裝后，信號傳輸導線應固定，同時傳感器與導線的接頭應擰緊，測試過程中不能出現松動。固定導線時，接頭處的導線應處于舒展狀態，不應拉緊受力。導線固定有三個方面的好處，第一，當傳感器松動，與被測結構松開時，不會直接摔到地上，損壞傳感器，因為有導線拉著。第二，不固定的傳輸導線在測量過程中發生晃動，會拍打被測結構，導致出現新的振源，這一點特別是模態測試時，需要特別注意。第三，傳輸導線出現彎曲，拉伸等可能會引起導體與屏蔽層之間局部電容或電荷的變化，引入噪聲。