传感器的安装说明指南

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地影响测量结果。为了保证测量的正确性，本文将从安装位置、安装方式、安装方向和附加质量等方面对传感器的安装加以说明。

1.安装位置

传感器的安装位置即测量位置，因此，安装位置的总原则：能反应出被测结构的振动特性，满足测试要求。一般说来，振动测量分为以下几类：

1.1 幅值测量

这时传感器安装位置应位于振动明显的关键位置，这些关键位置包括输入输出位置、轴承及轴承座位置、与人体接触位置等等。比方测量旋转机械，测量位置应靠近轴承座，更明确地，应尽量靠近轴承中心线上，如下图所示。

对于结构上的薄弱位置，此位置振动量级肯定大，但这不是我们关心的位置。应避免将传感器安装在这样的位置，如下图所示。

1.2 固有频率测量

理论上讲使用一个单向传感器就可以测量到结构所有的固有频率，因为，固有频率是结构的全局特性。但此时，测量传感器的安装位置应避开关心的模态的节点位置（这跟模态参考点位置要求相同）。比方测量简支梁的前几阶固有频率，我们知道它的前几阶模态振型如下图所示。梁中部位置的振动幅值肯定大，但跨中是模态偶数阶的节点，因此，此时应避免将传感器安装在这个位置。

1.3 传递率测量

经常需要评价隔振装置的隔振效果，此时，传感器的安装位置应位于隔振装置的主被动侧，并尽量靠近隔振装置。如下图所示。理论而言，应是隔振装置的几何中心位置，但如果不能布置在这个位置，应尽量靠近几何中心位置。

1.4 模态测试

模态测试传感器的安装位置可能分两类，一类是传感器用作模态参考点，另一类是用作普通测点。对于模态参考点位置与固有频率测量的要求是相同的，但是对于普通测点而言，通常的做法是在结构上按某种规则均匀布置即可，有些测点肯定会位于模态节点上。但对于参考点而言，不管是激励还是响应点，均要避开关心的模态的节点。

1.5 其他类型测量

如要测量转速，则转速测量位置通常位于输入端。应变测量位置应位于应力集中位置、螺栓安装位置、结构连接位置等。对于应力状态明确的测点，如拉压状态，则可采用应变片的轴向沿拉压方向布置；对于应力状态不明确的测点，应采用应变花。

2.安装方式

传感器安装时，最好是直接将传感器固定在被测结构上，二者之间无其他安装工件，但有时这样的安装工件又是必不可少的。但当引入这样的安装工件之后，或多或少总会带来一些所谓的寄生振动。因此，要尽量减少安装工件的使用，如果要用，一定要保证安装工作的自振频率大于被测振动频率的5-10倍以上。

使用最频繁的是加速度传感器。那么就加速度传感器而言，有多种安装方式：手持探针、蜂蜡、双面胶、磁座、胶粘和螺栓等方式。不同的安装方式对应不同的安装刚度，因而整个传感器系统的自振频率会不同。安装刚度越大，传感器系统的自振频率越高，能用于测量的频带也就越高。因此，关心的频带越高，传感器的安装刚度应越大。在这几种安装方式中，螺栓连接安装刚度最大。但是这时的安装是一种有损安装，因为需要在结构表面开相应的螺纹孔。

下图为几种不同的安装方式所对应的频响曲线（字体颜色与图中颜色相对应）：螺栓安装(有 硅脂)，螺栓安装(无 硅脂)，磁座安装(有 硅脂)，磁座安装(无 硅脂)，手持式探针

从上图可以看出，使用手持式探针安装时，在550Hz处，幅值已偏离了5%。用螺栓安装，且有硅脂时，在5.5KHz处幅值才偏离了5%。因而，不同的安装方式，可用的频响函数带宽是不同的。安装刚度越大，可用的频带越宽。

3.安装平面要求

传感器安装要与被测结构需良好固定，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之后再安装传感器。当用磁座安装时，磁座应当安全牢靠地吸附在测量位置表面上，如下图所示。

4.安装方向

传感器的测振方向应该与待测方向一致，否则，会造成测量幅值误差。不同的测试要求不同的传感器安装方向。测量位置产生的振动依赖于传感器的安装方向，不同的方向振动幅值是不相同的。应根据测试要求将传感器安装在待测方向上。如果传感器方向偏离测试方向，那么此时横向运动可能远大于轴向运动，此类误差将会特别明显。

另外，对于多次重复测量或监测时，每次传感器的安装位置和安装方向应一致。不然，将会引起误差。

5.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，使传感器底部的胶形成较薄的一层，避免胶层太厚，导致将高频振动阻隔掉。这类应用如桥梁测振时，通常使用橡皮泥安装传感器，此时应用力按压传感器。当然了，桥梁的关心频率都比较低。在机械或汽车行业，经常使用502胶或乐泰454胶，这时应用力按压传感器，使胶层较薄，高频振动易传递通过。

当使用磁座安装时，由于磁座有吸力，因此安装传感器时应十分小心。若通过磁力垂直吸附在结构表面，由于瞬时的磁力，会导致传感器受到冲击，影响精度。正确的做法时使磁座倾斜一定角度靠近安装表面完成安装，如下图所示。

6.附加质量的影响

安装到结构表面的传感器必然会带来附加质量的影响，特别是对小型、轻巧结构的振动测试，要注意传感器及固定件的“额外”质量对被测结构原始振动的影响。

7.导线固定

传感器安装后，信号传输导线应固定，同时传感器与导线的接头应拧紧，测试过程中不能出现松动。固定导线时，接头处的导线应处于舒展状态，不应拉紧受力。导线固定有三个方面的好处，第一，当传感器松动，与被测结构松开时，不会直接摔到地上，损坏传感器，因为有导线拉着。第二，不固定的传输导线在测量过程中发生晃动，会拍打被测结构，导致出现新的振源，这一点特别是模态测试时，需要特别注意。第三，传输导线出现弯曲，拉伸等可能会引起导体与屏蔽层之间局部电容或电荷的变化，引入噪声。

8.其他方面

其他方面主要是考虑高温、防潮和绝缘等问题。户外高温天气进行测量时，应考虑高温对传感器的影响。对于室外需要隔夜测量时，应考虑传感器的防潮问题，如用保鲜膜包裹传感器，如下图所示。应变测量时更需要考虑这些问题。

传感器安装的总原则：

传感器的安装位置应能体现结构的振动特性；

应该仔细地检查安装表面是否有污染和表面平滑，如有需要应加工使之平整；

使传感器的测振方向和测量方向的偏差减到最小，否则将导致相当于横向灵敏度所引起的误差；

安装时，注意安装手法；

尽量减少安装工件带来的影响；

安装时安装刚度应尽量大，这样可用的频带会越宽

信号电缆应固定于结构表面；

安装表面的状态和安装方式应在实验记录中进行记录。



审核编辑：刘清