振動控制儀監(jiān)測通道的飽和截止現(xiàn)象

時(shí)間：2021-12-09 15:46:44

關(guān)鍵字：控制儀振動控制電壓加速度傳感器

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[導(dǎo)讀]在振動試驗(yàn)中，監(jiān)測通道的曲線經(jīng)常會出現(xiàn)如下圖1所示被截止的現(xiàn)象，特別是對于大量級（控制加速度比較大）、尺寸大機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜的試驗(yàn)體，且監(jiān)測通道的加速度比較大（100G以上）的時(shí)候。這種現(xiàn)象稱為監(jiān)測通道的飽和截止現(xiàn)象（saturation）。圖1監(jiān)測通道的飽和截止曲線在分析問題產(chǎn)生原...

在振動試驗(yàn)中，監(jiān)測通道的曲線經(jīng)常會出現(xiàn)如下圖1所示被截止的現(xiàn)象，特別是對于大量級（控制加速度比較大）、尺寸大機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜的試驗(yàn)體，且監(jiān)測通道的加速度比較大（100G以上）的時(shí)候。這種現(xiàn)象稱為監(jiān)測通道的飽和截止現(xiàn)象（saturation）。

圖1 監(jiān)測通道的飽和截止曲線

在分析問題產(chǎn)生原因之前，先了解一下加速度信號的路徑，加速度傳感器采集加速度信號，經(jīng)前置電荷放大器變換為電壓信號，再通過振動控制儀的信號處理，將加速度信號顯示在屏幕上。本文針對電荷型加速度傳感器，且振動控制儀內(nèi)藏前置電荷放大器進(jìn)行說明。

圖2 常見振動控制儀內(nèi)藏前置電荷放大器輸入通道

圖3 加速度信號路徑

圖3中，靈敏度和輸入通道電壓量程是非常需要我們引以重視的兩個(gè)概念，前兩個(gè)靈敏度決定加速度信號的電壓大小，輸入通道電壓量程則決定顯示輸入通道最大的加速度大小。比如，下面的一個(gè)掃頻耐久試驗(yàn)，

此時(shí)，我們可以計(jì)算得到，監(jiān)測輸入通道的加速度最大輸入電壓為

5.57 pC/（m/s²）×1mV/（pC）×±500m/s² = ±2785mV ?= ±2.785V

顯然，滿足輸入通道電壓量程±10V，振動控制儀電腦屏幕也就能正常的進(jìn)行顯示。但是，如果電荷放大器靈敏度選擇為10mV/（pC），則監(jiān)測通道的加速度最大輸入電壓變?yōu)椤?7.85V，大于±10V，也就不能正確的得到加速度信號，振動控制儀也就只能放棄，出現(xiàn)飽和截止現(xiàn)象。另外，如果選擇的加速度傳感器靈敏度過大，比如21.03pC/（m/s²），電荷放大器靈敏度1mV/（pC），輸入電壓為10.515V，同樣也會出現(xiàn)飽和截止現(xiàn)象。

? 通過上面的分析，可以看出，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要有，

1 針對試驗(yàn)加速度量級，加速度傳感器選型不當(dāng)。

2 電荷放大器的靈敏度設(shè)置錯(cuò)誤。

3 其他原因，傳感器安裝方向不當(dāng)、傳感器損壞、振動控制儀儀器損壞etc.。

? 以上現(xiàn)象在初次接觸振動試驗(yàn)的工程師身上或在大試驗(yàn)體的共振點(diǎn)探查試驗(yàn)中經(jīng)常出現(xiàn)。建議在試驗(yàn)前根據(jù)試驗(yàn)條件，預(yù)估一下監(jiān)測輸入通道的最大加速度，按照上述方法計(jì)算一下，進(jìn)行正確的設(shè)置。當(dāng)然，如果經(jīng)費(fèi)充足，多準(zhǔn)備幾個(gè)不同量級的靈敏度加速度傳感器。試驗(yàn)量級加速度小的時(shí)候，選靈敏度偏大的傳感器；試驗(yàn)量級加速度大的時(shí)候，選擇靈敏度偏小的加速度傳感器。

? 另外，飽和截止圖像可以用來鑒別振動控制儀的優(yōu)異。如圖4，在共振點(diǎn)探查試驗(yàn)中人為構(gòu)現(xiàn)飽和截止現(xiàn)象，可以看到并非是一條直線，而是類似于一個(gè)圓弧的形狀，其實(shí)這就涉及到振動控制儀內(nèi)部信號處理方法細(xì)節(jié)問題。個(gè)人觀點(diǎn)，僅供參考。

圖4 真實(shí)飽和截止圖像

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