传感器系统安装要求及注意事项

图2-7 安装夹具

1.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，但有时安装工件（见图2-7）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是被测振动频率的5～10倍以上。

工程上使用最频繁的是加速度传感器。对加速度传感器而言，有多种安装方式：手持探针、蜂蜡、双面胶、磁座、胶粘和螺栓等。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，需要在结构表面开螺纹孔。

图2-8所示为几种不同的安装方式所对应的频响曲线：红色曲线对应螺栓安装（有硅脂），紫色曲线对应螺栓安装（无硅脂），绿色曲线对应磁座安装（有硅脂），黑色曲线对应磁座安装（无硅脂），灰色曲线对应手持式探针。

从图2-8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，可用的频率范围是不同的。安装刚度越大，可用的频带越宽。

图2-8 几种安装方式的频响曲线

2.安装平面要求

传感器安装要与被测结构良好固定，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，应适当加工使之平整。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，不能采用点接触方式，至少应该是线接触，最理想的情况是面接触。

3.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，也会引起误差。

4.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。

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，会导致传感器受到撞击，影响精度。正确的做法是使磁座倾斜一定角度靠近安装表面完成安装，如图2-9a所示，而不能按照图2-9b所示直接吸附上去，这样将存在冲击，对传感器可能造成损伤。

图2-9 磁座安装手法(www.xing528.com)

a）正确安装 b）错误安装

5.其他方面

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。关于这一点，更多内容请阅读第4章4.10评价传感器附加质量对模态频率的影响。

传感器安装后，信号传输导线应与被测试件固定，如图2-10所示，同时传感器与导线的接头应紧固连接，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，因为有导线牵引着。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。

图2-10 信号传输导线固定方式

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，如图2-11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：

1）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物和表面是否平整（如有需要应加工使之平整）。

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

3）安装时，注意安装手法。尽量减少安装工件带来的影响。

4）安装时安装刚度应尽量大，这样可用的频带会更宽。

5）信号电缆应固定于结构表面。

图2-11 传感器防潮处理

6）安装表面的状态和安装方法应在实验记录中进行记录。

7）对每个测量位置使用的传感器型号、序列号和测量方向做记录，并对安装了传感器的每个测点拍照留存。