傳感器物理特性主要是指傳感器尺寸和傳感器重量。
傳感器尺寸:多數情況下,小尺寸的小型傳感器有利于減小對結構動態響應的潛在千擾效應。例如,具有小基座的加速度傳感器對結構模態響應影響較小,特別適用于對中、高頻的測量。但是,小型傳感器??般靈敏度較低,所以常用于測量局部(如模塊等)響應。若加上傳感器后會使被測結構的質童與剛度等產生變化,從而影響實測結果,則要用小尺寸的小型傳感器來測量。大尺寸或大基座的傳感器可略微提高與傳感器連接部位(被測部位)的結構剛度(特別是安裝在中高頻的薄蒙皮結構上時),同時也會導致加速度傳感器附近的結構模態振型改變。絕緣螺栓或墊圈除提供電絕緣外,還可明顯地衰減施加于結構的底座產生的剛度,使安裝固有頻率下降,從而使所測頻率上限下降。
對于大多數加速度傳感器,尺寸和重量大致成比例,所以上述關于尺寸的討論也適用于重量。加速度傳感器的重量,或加速度傳感器與結構之間固定裝置的重量,能夠對輕型被測結構(如電子組件或小型機電裝置)的固有頻率、振型、所測得的振動沖擊量值產生明顯的影響。當安裝的傳感器太多,以致使其重量相對整個結構不可忽略時,應進行帶和不帶傳感器的結構有限元分析,以確定傳感器重量對結構響應的影響。大捆電趣往往影響結構重量和阻尼,此時將各條電纜分離開可減小阻尼。
信號適調器
在振動與沖擊測量中,信號適調器是測量系統的重要組成部分。傳感器的輸出信號均需要經過適調,以適應電纜、記錄和傳輸儀器的要求。信號適調器主要包括信號變換器、放大器、濾波器、微分器和積分器、電源及電纜等。在大多數情況下,信號適調是由具有一種或多種信號適調功能的獨立儀器單元及其組合完成的。但是,隨著技術的發展,一部分信號適調功能并入傳感器中,如阻抗變換、信號放大等;而另一部分信號適調功能并入數據記錄儀器或數據采集與記錄儀器/系統,如信號放大、濾波和電源等。信號適調器主要采用兩種前置放大器:電壓放大器和電荷放大器。
放大器的主要特性
對于動力學環境數據采集,放大器較主要的特性是動態范圍和頻率范圍。當信號超過放大器的動態范圍時,將出現信號限幅或削波,導致信號失真;當信號為低幅值時,又可能被背景噪聲淹沒。所以,實測時要根據被測信號幅值的大小充分利用動態范圍,從而保證實測到的振動與沖擊信號的高質量。當輸入嚴重過載時,某些放大器可出現飽和現象,復原時間可長達數秒,其輸出呈現由于飽和所導致的正弦信號低頻衰減。對于電荷放大器,未經濾波的傳感器共振響應可導致電荷變換級飽和。
當電荷變換級復原時,可發現衰減的低頻信號,這將導致從信號計算的頻譜中出現虛假的低頻峰值。其他一些放大器在過載時僅對信號削波,但應注意,后續的濾波可能掩蓋這一失真的明顯證據。
濾波器
濾波器用于限制信號的帶寬,以減少背景噪聲和所需頻率范圍之外的系統特性(如傳感器共振、混疊)的影響,濾波器的類型主要有:
①高通濾波器,用于衰減低頻和通過高頻。
②低通濾波器,用于衰減高頻和通過低頻。
③帶通濾波器,為高通和低通的組合,用于通過低和高截止頻率之間的頻率。
④帶阻濾波器,用于消除所關心頻帶內的一個窄頻帶信號分量。
電源
一般儀器使用的電源應具有下列特性:
①調整到規定的恒定電壓或電流;
②屏蔽,以防止附近電路的背景噪聲干擾;
③使電源線對數據的干擾降至最小;
④當幾個通道共用同一電源時,各自電源應隔離,以防止其中一個通道故障導致對所有通道的噪聲干擾:
⑤所有電源具有適當的功率儲備,以防止功率負載達到峰值時過載。
動態情號分析系統/采集、處理、儲存裝置
振動與沖擊信號經傳感器轉換,經適調和放大后是一個隨時間變化的電壓信號,即振動與沖擊的時域信號。當今的動態信號分析系統可在現場實測的同時,一邊對實測的模擬信號通過采樣使其變成數字信號,將其儲存在硬盤或移動硬盤中;一邊進行實時處理與分析,看實測到的信號是否滿足要求。但要在工程上應用,仍需通過一系列的分析、處理、歸納和規范化后才能變成工程上有用的信息。