解决振动问题不仅要进行理论计算，很多时候还要进行振动测试分析。振动测试分析既可以作为前期理论计算的验证手段，也可以用来发现振动问题。传感器是振动测量必要的核心部件之一，只有选择了正确的传感器类型，并掌握了正确的测试方法，才能获得可靠的数据和正确的结果。因此，本文主要介绍用于振动测试的传感器类型及正确的使用方法。
一、传感器分类
振动测量除某些特定场合采用光学测量外，一般采用电测的方法，传感器的作用是把机械振动信号转变为电信号。根据被测物体的振动参量是位移、速度还是加速度，可以将传感器分为三大类：位移传感器、速度传感器和加速度传感器。
1、位移传感器
位移传感器适用于低频测量。常见的位移传感器有线性变化差动变换（LVDT）传感器，电涡流传感器和激光位移传感器。LVDT传感器由一个初级线圈、两个次级线圈和一个可自由移动的铁芯构成。当铁芯移动偏离中间零位置时，一个线圈的磁耦合增强，两一个线圈的磁耦合减弱，输出电压跟随铁芯移动而发生变化，从而实现对位移的测量。电涡流传感器采用的是感应电涡流原理，通过相关电路将被测物体相对传感器探头间的距离变化转变成电压信号输出。激光位移传感器通常具有50kHz的采样频率，根据被测物体的位移大小，可进行灵敏度设置，且不受被测物体材料限制，对透明、半透明、轻薄及旋转等物体均可实现高精度的无损检测。位移传感器在振动测量中一般很少使用。
2、速度传感器
速度传感器适用于中频测量，常用的速度传感器是磁电式传感器，其质量通过弹簧片固定在壳体上，组成一个单自由度振动系统。速度传感器在振动测量中一般很少使用。
3、加速度传感器
由于加速度传感器具有生产工艺成熟、频响范围宽、动态范围大、安装方便等优点，因而在振动测试中应用最广。常见的加速度传感器种类如下：
3.1、压阻式
基于世界领先的MEMS硅微加工技术，压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点，易于集成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。
3.2、电容式
电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器。电容式加速度传感器/电容式加速度计是比较通用的加速度传感器。在某些领域无可替代，如安全气囊，手机移动设备等。电容式加速度传感器/电容式加速度计采用了微机电系统（MEMS）工艺，在大量生产时变得经济，从而保证了较低的成本。
3.3、伺服式
伺服式加速度传感器是一种闭环测试系统，具有动态性 能好、动态范围大和线性度好等特点。其工作原理，传感器的振动系统由 "m-k”系统组成，与一般加速度计相同，但质量m上还接着一个电磁线圈，当基座上有 加速度输入时，质量块偏离平衡位置，该位移大小由位移传感器检测出来，经伺服放大器 放大后转换为电流输出，该电流流过电磁线圈，在永久磁铁的磁场中产生电磁恢复力，力图使质量块保持在仪表壳体中原来的平衡位置上，所以伺服加速度传感器在闭环状态下工作。
由于有反馈作用，增强了抗干扰的能力，提高测量精度，扩大了测量范围，伺服加速度测量技术广泛地应用于惯性导航和惯性制导系统中，在高精度的振动测量和标定中也有应用。
3.4、压电式
工业现场用的加速度传感器主要是压电式加速度传感器。压电式传感器是利用压电材料的压电效应制成的加速度传感器，主要由压电元件、质量块和附加元件组成。一些天然材料或人造材料如石英、电石在变形或受到机械应力时会产生电荷，除去机械载荷时，电荷消失。这种材料称为压电材料。传感器输出的是电荷，需要用电荷放大器把压电加速度计高阻抗的电荷输出转换为低阻抗的电压信号，才能接入测量仪器进行处理。
近年来内置集成电路放大器的压电式传感器被广泛应用，即IEPE型传感器，IEPE是压电集成电路的缩写。由于压电传感器产生的电荷量很小，因此产生的电信号很容易受到噪声干扰，需要对其进行放大和调理。IEPE集成了灵敏的电子放大电路，并且直接封装在传感器内，具有更好的抗噪声性能。
IEPE传感器提供低阻抗的输出电压，输出阻抗小于100Ω，可以直接连接到放大器的输入端，不再需要使用高阻抗的电荷放大器。IEPE传感器的内置集成电路放大器需要外部恒流供电，供电线与信号输出线共用，不需另加电源线，使用很方便。IEPE传感器的灵敏度常用mV/g表示。
二、传感器的使用安装
振动测量中，对于传感器的安装需要仔细考虑，不合理的安装可能会严重影响测量结果。为了保证测量结果的准确性，应尽可能规范的安装使用传感器。
1、安装位置
总原则：能反映出被测结构的振动特性，满足测试要求。
1.1、 幅值测量
传感器安装位置应位于振动明显的关键位置，包括输入输出位置、轴承及轴承座位置、与人体接触的位置等等。比如测量旋转机械，测量位置应靠近轴承中心线上。对于结构上的薄弱位置，振动量级肯定大，但这不是我们关心的位置，因此传感器应避免安装在这样的位置。
1.2、 固有频率测量
传感器的安装位置应避开关心的模态的节点位置，比如测量简支梁前几阶固有频率，梁中部的振动幅值肯定大，但跨中是模态偶数阶的节点，传感器应避免安装在这个位置。
1.3、 传递率测量
经常需要评价隔振器的隔振效果，此时传感器应位于隔振器的主被动侧，并尽量靠近隔振器。
2、安装方法
2.1、安装平面的要求
传感器安装面与被测结构需要良好固定，保证紧密接触，连接牢固，振动过程中不能有松动。因此，要求安装表面平整，不能有油污、尘土、碎屑等杂物。当安装平面不平整时，应加工使之平整。当结构表面有油漆，也应该去除表面油漆后再安装传感器。
2.2、安装方向
对于单向传感器而言，传感器的轴向要与待测方向保持一致；对于三向传感器而言，传感器的三个测振方向应与整车坐标平行。否则会引起较大测量误差。
2.3、安装手法
当用胶粘时，应沿垂直胶粘平面方向用力按压传感器，使传感器底部形成一层较薄的胶层，避免胶层太厚，导致高频振动被隔离。当使用磁性传感器时，由于磁座有吸力，若将传感器直接垂直吸附在待测物体表面，将会导致传感器受到较大冲击力，影响传感器精度。正确的做法是使传感器倾斜一定角度，与待测物体表面由线接触过渡到面接触，完成安装。
2.4、线束固定
传感器安装后，信号传输导线应当固定，传感器与导线接头应拧紧，测试过程中不能出现松动。固定线束时，接头处的线束应处于舒展状态，不应拉紧受力。
弗 莱 瑞 博
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