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數(shù)據(jù)采集(DAQ)，是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采非電量或者電量信號(hào),送到上位機(jī)中進(jìn)行分析,處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)采集 - 目的
數(shù)據(jù)采集，是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采集信息的過(guò)程。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)采集的目的是為了測(cè)量電壓、電流、溫度、壓力或聲音等物理現(xiàn)象?；赑C的數(shù)據(jù)采集，通過(guò)模塊化硬件、應(yīng)用軟件和計(jì)算機(jī)的結(jié)合，進(jìn)行測(cè)量。盡管數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)不同的應(yīng)用需求有不同的定義，但各個(gè)系統(tǒng)采集、分析和顯示信息的目的卻都相同。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整合了信號(hào)、傳感器、激勵(lì)器、信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和應(yīng)用軟件。
數(shù)據(jù)采集 - 原理
在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。各種類型信號(hào)采集的難易程度差別很大。實(shí)際采集時(shí)，噪聲也可能帶來(lái)一些麻煩。數(shù)據(jù)采集時(shí)，有一些基本原理要注意，還有更多的實(shí)際的問(wèn)題要解決。
采樣頻率、抗混疊濾波器和樣本數(shù)
假設(shè)對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)x(t)每隔Δt時(shí)間采樣一次。時(shí)間間隔Δt被稱為采樣間隔或者采樣周期。它的倒數(shù)1/Δt被稱為采樣頻率，單位是采樣數(shù)/每秒。t=0,Δt,2Δt,3Δt……等等，x(t)的數(shù)值就被稱為采樣值。所有x(0),xΔt),x(2Δt)都是采樣值。根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號(hào)頻率的兩倍。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號(hào)而不發(fā)生畸變的最大頻率叫做恩奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。如果信號(hào)中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號(hào)將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。
采樣率過(guò)低的結(jié)果是還原的信號(hào)的頻率看上去與原始信號(hào)不同。這種信號(hào)畸變叫做混疊(alias)。出現(xiàn)的混頻偏差(aliasfrequency)是輸入信號(hào)的頻率和最靠近的采樣率整數(shù)倍的差的絕對(duì)值。
采樣的結(jié)果將會(huì)是低于奈奎斯特頻率(fs/2=50Hz)的信號(hào)可以被正確采樣。而頻率高于50HZ的信號(hào)成分采樣時(shí)會(huì)發(fā)生畸變。分別產(chǎn)生了30、40和10Hz的畸變頻率F2、F3和F4。
計(jì)算混頻偏差的公式是：
混頻偏差＝ABS(采樣頻率的最近整數(shù)倍－輸入頻率)
其中ABS表示“絕對(duì)值”，
為了避免這種情況的發(fā)生，通常在信號(hào)被采集(A/D)之前，經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，將信號(hào)中高于奈奎斯特頻率的信號(hào)成分濾去。這個(gè)濾波器稱為抗混疊濾波器。
采樣頻率應(yīng)當(dāng)怎樣設(shè)置。也許可能會(huì)首先考慮用采集卡支持的最大頻率。但是，較長(zhǎng)時(shí)間使用很高的采樣率可能會(huì)導(dǎo)致沒(méi)有足夠的內(nèi)存或者硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)太慢。理論上設(shè)置采樣頻率為被采集信號(hào)最高頻率成分的2倍就夠了，實(shí)際上工程中選用5～10倍，有時(shí)為了較好地還原波形，甚至更高一些。
通常，信號(hào)采集后都要去做適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理，例如FFT等。這里對(duì)樣本數(shù)又有一個(gè)要求，一般不能只提供一個(gè)信號(hào)周期的數(shù)據(jù)樣本，希望有5～10個(gè)周期，甚至更多的樣本。并且希望所提供的樣本總數(shù)是整周期個(gè)數(shù)的。這里又發(fā)生一個(gè)困難，并不知道，或不確切知道被采信號(hào)的頻率，因此不但采樣率不一定是信號(hào)頻率的整倍數(shù)，也不能保證提供整周期數(shù)的樣本。所有的僅僅是一個(gè)時(shí)間序列的離散的函數(shù)x(n)和采樣頻率。這是測(cè)量與分析的唯一依據(jù)。數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集儀表等，都是數(shù)據(jù)采集工具。
數(shù)據(jù)采集 - 系統(tǒng)實(shí)例
在一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行容易出現(xiàn)故障，為了監(jiān)控這些設(shè)備，通常利用數(shù)據(jù)采集裝置采集他們運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)并送給PC機(jī)，通過(guò)運(yùn)行在PC機(jī)上的特定軟件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以此判斷當(dāng)前運(yùn)行設(shè)備的狀況，進(jìn)而采取相應(yīng)措施。當(dāng)前常用的數(shù)據(jù)采集裝置，在其系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，多采用單任務(wù)順序機(jī)制。這樣就存在系統(tǒng)安全性差的問(wèn)題。這對(duì)于穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性要求很高的數(shù)據(jù)采集裝置來(lái)說(shuō)是不允許的，因此有必要引入嵌入式操作系統(tǒng)。
機(jī)械振動(dòng)是自然界普遍存在的一種能量（機(jī)械振動(dòng)、脈搏跳動(dòng)、熱振動(dòng)、磁振等）。利用正壓電效應(yīng)、電磁感應(yīng)原理、靜電效應(yīng)、磁致伸縮等方式將環(huán)境中的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為可利用的電能（Vibration Energy Harvesting），是一種比較理想的能量俘獲模式，也是國(guó)際學(xué)術(shù)界多學(xué)科研究的熱點(diǎn)。 例如：微型化、低功耗的傳感器被應(yīng)用到各種結(jié)構(gòu)、設(shè)備、周圍環(huán)境以及人體的健康監(jiān)測(cè)中，并起著關(guān)鍵作用。這些傳感系統(tǒng)的電池壽命有限、更換困難、成本較高。利用振動(dòng)能量俘獲技術(shù)，探究傳統(tǒng)電池的關(guān)鍵替代技術(shù)，極具研究和應(yīng)用前景。
能量俘獲的一般應(yīng)用： 1、微型智能傳感器； 2、微電子器件； 3、集成智能化裝備，如穿戴式設(shè)備； 4、軌道交通減振裝置問(wèn)題； 5、人體健康監(jiān)測(cè)(生物能和仿生)； 6、地震檢測(cè)設(shè)備； 7、內(nèi)置WIFI微型智能測(cè)量裝置。
億恒科技的振動(dòng)模擬系統(tǒng)及智能控制系統(tǒng)可用于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬真實(shí)振動(dòng)環(huán)境響應(yīng)的試驗(yàn)系統(tǒng)，為振動(dòng)能量俘獲領(lǐng)域的研究提供完善的方案和裝備： 1. 低頻、中頻、高頻振動(dòng)模擬臺(tái)；2. 單維到三維以及六維振動(dòng)模擬臺(tái)；3. 頻率范圍：0.01Hz到1kHz; 5Hz-5kHz;5Hz-10kHz；4. 工作模式：定頻振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)、任意波振動(dòng)、道路行駛振動(dòng)波模擬 、地震波模擬、沖擊波模擬、海浪波模擬...共15類控制算法；5. 提高二次開發(fā)接口，為研究提供便利。
中文名稱：傳感器
英文名稱：sensor;measuring element;transducer
定義1：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。
1.傳感器的定義
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。
“傳感器”在新韋式大詞典中定義為： ?。?ldquo;從一個(gè)系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統(tǒng)中的器件”?！ 「鶕?jù)這個(gè)定義，傳感器的作用是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，所以不少學(xué)者也用“換能器－Transducer”來(lái)稱謂“傳感器－Sensor”。
2.傳感器的作用
人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說(shuō)，傳感器是人類五官的延長(zhǎng)，又稱之為電五官。 新技術(shù)革命的到來(lái)，世界開始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)?！ ≡诨A(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到 nm的粒子世界，縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，短到 s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超弱磁碭等等。顯然，要獲取大量人類感官無(wú)法直接獲取的信息，沒(méi)有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)?！ 鞲衅髟缫褲B透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器?！ ∮纱丝梢?，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。
3.傳感器的原理
傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過(guò)TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過(guò)能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級(jí)線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級(jí)線圈，得到的交流電源通過(guò)軸上的整流濾波電路得到±5V的直流電源，該電源做運(yùn)算放大器AD822的工作電源；由基準(zhǔn)電源AD589與雙運(yùn)放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源，該電源既作為電橋電源，又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。當(dāng)彈性軸受扭時(shí)，應(yīng)變橋檢測(cè)得到的mV級(jí)的應(yīng)變信號(hào)通過(guò)儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強(qiáng)信號(hào)，再通過(guò)V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號(hào)，通過(guò)信號(hào)環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級(jí)線圈傳遞至靜止次級(jí)線圈，再經(jīng)過(guò)外殼上的信號(hào)處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號(hào)，該信號(hào)為TTL電平,既可提供給專用二次儀表或頻率計(jì)顯示也可直接送計(jì)算機(jī)處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動(dòng)--靜環(huán)之間只有零點(diǎn)幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi)，形成有效的屏蔽，因此具有很強(qiáng)的抗干擾能力。有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的?；瘜W(xué)傳感器技術(shù)問(wèn)題較多，例如可靠性問(wèn)題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問(wèn)題等，解決了這類難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長(zhǎng)。
4.傳感器的應(yīng)用
常見的：
1.自動(dòng)門，利用人體的紅外微波來(lái)開關(guān)門
2.煙霧報(bào)警器，利用煙敏電阻來(lái)測(cè)量煙霧濃度，從而達(dá)到報(bào)警目的
3.手機(jī)，數(shù)碼相機(jī)的照相機(jī)，利用光學(xué)傳感器來(lái)捕獲圖象
4.電子稱，利用力學(xué)傳感器（導(dǎo)體應(yīng)變片技術(shù)）來(lái)測(cè)量物體對(duì)應(yīng)變片的壓力，從而達(dá)到測(cè)量重量目的
5.水位報(bào)警，溫度報(bào)警，濕度報(bào)警，光學(xué)報(bào)警等都是……
智能傳感器已廣泛應(yīng)用于航天、航空、國(guó)防、科技和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域中。例如,它在機(jī)器人領(lǐng)域中有著廣闊應(yīng)用前景,智能傳感器使機(jī)器人具有類人的五官和大腦功能,可感知各種現(xiàn)象,完成各種動(dòng)作。在工業(yè)生產(chǎn)中,利用傳統(tǒng)的傳感器無(wú)法對(duì)某些產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)(例如,黏度、硬度、表面光潔度、成分、顏色及味道等)進(jìn)行快速直接測(cè)量并在線控制。而利用智能傳感器可直接測(cè)量與產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)有函數(shù)關(guān)系的生產(chǎn)過(guò)程中的某些量(如溫度、壓力、流量等)。Cygnus公司生產(chǎn)了一種"葡萄糖手表",其外觀像普通手表一樣,戴上它就能實(shí)現(xiàn)無(wú)疼、無(wú)血、連續(xù)的血糖測(cè)試。"葡萄糖手表"上有一塊涂著試劑的墊子,當(dāng)墊子與皮膚接觸時(shí),葡萄糖分子就被吸附到墊子上,并與試劑發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生電流。傳感器測(cè)量該電流,經(jīng)處理器計(jì)算出與該電流對(duì)應(yīng)的血糖濃度,并以數(shù)字量顯示。
5.傳感器的分類
可以用不同的觀點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類：它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng))；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類型以及制作它們的材料和工藝等。
根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類：
傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的?；瘜W(xué)傳感器技術(shù)問(wèn)題較多，例如可靠性問(wèn)題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問(wèn)題等，解決了這類難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長(zhǎng)。
常見傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域和工作原理列于下表。
1、傳感器按照其用途分類：
壓力敏和力敏傳感器 位置傳感器
液面?zhèn)鞲衅?能耗傳感器
速度傳感器 加速度傳感器
射線輻射傳感器 熱敏傳感器
24GHz雷達(dá)傳感器
2、傳感器按照其原理分類：
振動(dòng)傳感器 濕敏傳感器 磁敏傳感器氣敏傳感器 真空度傳感器生物傳感器等。
3、傳感器按照其輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)分類：
模擬傳感器——將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。
數(shù)字傳感器——將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。
膺數(shù)字傳感器——將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出(包括直接或間接轉(zhuǎn)換)。
開關(guān)傳感器——當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。
4、傳感器按照其材料為標(biāo)準(zhǔn)分類：
在外界因素的作用下，所有材料都會(huì)作出相應(yīng)的、具有特征性的反應(yīng)。它們中的那些對(duì)外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用來(lái)制作傳感器的敏感元件。
從所應(yīng)用的材料觀點(diǎn)出發(fā)可將傳感器分成下列幾類：
(1)按照其所用材料的類別分 金屬 聚合物 陶瓷 混合物
(2)按材料的物理性質(zhì)分：導(dǎo)體 絕緣體 半導(dǎo)體 磁性材料
(3)按材料的晶體結(jié)構(gòu)分： 單晶 多晶 非晶材料
與采用新材料緊密相關(guān)的傳感器開發(fā)工作，可以歸納為下述三個(gè)方向：
(1)在已知的材料中探索新的現(xiàn)象、效應(yīng)和反應(yīng)，然后使它們能在傳感器技術(shù)中得到實(shí)際使用?！ ?br />
(2)探索新的材料，應(yīng)用那些已知的現(xiàn)象、效應(yīng)和反應(yīng)來(lái)改進(jìn)傳感器技術(shù)?！ ?br />
(3)在研究新型材料的基礎(chǔ)上探索新現(xiàn)象、新效應(yīng)和反應(yīng)，并在傳感器技術(shù)中加以具體實(shí)施。 現(xiàn)代傳感器制造業(yè)的進(jìn)展取決于用于傳感器技術(shù)的新材料和敏感元件的開發(fā)強(qiáng)度。傳感器開發(fā)的基本趨勢(shì)是和半導(dǎo)體以及介質(zhì)材料的應(yīng)用密切關(guān)聯(lián)的。
5、傳感器按照其制造工藝分類：
集成傳感器 薄膜傳感器 厚膜傳感器陶瓷傳感器
集成傳感器是用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測(cè)信號(hào)的部分電路也集成在同一芯片上。
薄膜傳感器則是通過(guò)沉積在介質(zhì)襯底(基板)上的，相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時(shí)，同樣可將部分電路制造在此基板上。
厚膜傳感器是利用相應(yīng)材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后進(jìn)行熱處理，使厚膜成形。
陶瓷傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠-凝膠等)生產(chǎn)。
完成適當(dāng)?shù)念A(yù)備性操作之后，已成形的元件在高溫中進(jìn)行燒結(jié)。厚膜和陶瓷傳感器這二種工藝之間有許多共同特性，在某些方面，可以認(rèn)為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變型。 每種工藝技術(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和不足。由于研究、開發(fā)和生產(chǎn)所需的資本投入較低，以及傳感器參數(shù)的高穩(wěn)定性等原因，采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。
6、傳感器根據(jù)測(cè)量目的不同分類
物理型傳感器是利用被測(cè)量物質(zhì)的某些物理性質(zhì)發(fā)生明顯變化的特性制成的。
化學(xué)型傳感器是利用能把化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的敏感元件制成的。
生物型傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)的特性做成的，用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成分的傳感器。
1.什么是模態(tài)分析？
模態(tài)分析的經(jīng)典定義：將線性定常系統(tǒng)振動(dòng)微分方程組中的物理坐標(biāo)變換為模態(tài)坐標(biāo)，使方程組解耦，成為一組以模態(tài)坐標(biāo)及模態(tài)參數(shù)描述的獨(dú)立方程，以便求出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。坐標(biāo)變換的變換矩陣為模態(tài)矩陣，其每列為模態(tài)振型。
2.模態(tài)分析有什么用處？
模態(tài)分析所的最終目標(biāo)在是識(shí)別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動(dòng)特性分析、振動(dòng)故障診斷和預(yù)報(bào)以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
模態(tài)分析技術(shù)的應(yīng)用可歸結(jié)為一下幾個(gè)方面：
1) 評(píng)價(jià)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；
2) 在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的預(yù)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)；
3) 診斷及預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的故障；
4) 控制結(jié)構(gòu)的輻射噪聲；
5) 識(shí)別結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的載荷。
模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性一種近代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用。模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，每一個(gè)模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。這些模態(tài)參數(shù)可以由計(jì)算或試驗(yàn)分析取得，這樣一個(gè)計(jì)算或試驗(yàn)分析過(guò)程稱為模態(tài)分析。這個(gè)分析過(guò)程如果是由有限元計(jì)算的方法取得的，則稱為計(jì)算模記分析；如果通過(guò)試驗(yàn)將采集的系統(tǒng)輸入與輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)參數(shù)識(shí)別獲得模態(tài)參數(shù)，稱為試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。通常，模態(tài)分析都是指試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。振動(dòng)模態(tài)是彈性結(jié)構(gòu)的固有的、整體的特性。如果通過(guò)模態(tài)分析方法搞清楚了結(jié)構(gòu)物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)各階主要模態(tài)的特性，就可能預(yù)言結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)在外部或內(nèi)部各種振源作用下實(shí)際振動(dòng)響應(yīng)。因此，模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及設(shè)備的故障診斷的重要方法。
機(jī)器、建筑物、航天航空飛行器、船舶、汽車等的實(shí)際振動(dòng)千姿百態(tài)、瞬息變化。模態(tài)分析提供了研究各種實(shí)際結(jié)構(gòu)振動(dòng)的一條有效途徑。首先，將結(jié)構(gòu)物在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行人為激振，通過(guò)測(cè)量激振力與胯動(dòng)響應(yīng)并進(jìn)行雙通道快速傅里葉變換（FFT）分析，得到任意兩點(diǎn)之間的機(jī)械導(dǎo)納函數(shù)（傳遞函數(shù)）。用模態(tài)分析理論通過(guò)對(duì)試驗(yàn)導(dǎo)納函數(shù)的曲線擬合，識(shí)別出結(jié)構(gòu)物的模態(tài)參數(shù)，從而建立起結(jié)構(gòu)物的模態(tài)模型。根據(jù)模態(tài)疊加原理，在已知各種載荷時(shí)間歷程的情況下，就可以預(yù)言結(jié)構(gòu)物的實(shí)際振動(dòng)的響應(yīng)歷程或響應(yīng)譜。
近十多年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、FFT分析儀、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及振動(dòng)傳感器、激勵(lì)器等技術(shù)的發(fā)展，試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析得到了很快的發(fā)展，受到了機(jī)械、電力、建筑、水利、航空、航天等許多產(chǎn)業(yè)部門的高度重視。已有多種檔次、各種原理的模態(tài)分析硬件與軟件問(wèn)世。在各種各樣的模態(tài)分析方法中，大致均可分為四個(gè)基本過(guò)程：
（1）動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集及頻響函數(shù)或脈沖響應(yīng)函數(shù)分析
1）激勵(lì)方法。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是人為地對(duì)結(jié)構(gòu)物施加一定動(dòng)態(tài)激勵(lì)，采集各點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)及激振力信號(hào)，根據(jù)力及響應(yīng)信號(hào)，用各種參數(shù)識(shí)別方法獲取模態(tài)參數(shù)。激勵(lì)方法不同，相應(yīng)識(shí)別方法也不同。目前主要由單輸入單輸出（SISO）、單輸入多輸出（SIMO）多輸入多輸出（MIMO）三種方法。以輸入力的信號(hào)特征還可分為正弦慢掃描、正弦快掃描、穩(wěn)態(tài)隨機(jī)（包括白噪聲、寬帶噪聲或偽隨機(jī)）、瞬態(tài)激勵(lì)（包括隨機(jī)脈沖激勵(lì)）等。
2）數(shù)據(jù)采集。SISO方法要求同時(shí)高速采集輸入與輸出兩個(gè)點(diǎn)的信號(hào)，用不斷移動(dòng)激勵(lì)點(diǎn)位置或響應(yīng)點(diǎn)位置的辦法取得振形數(shù)據(jù)。SIMO及MIMO的方法則要求大量通道數(shù)據(jù)的高速并行采集，因此要求大量的振動(dòng)測(cè)量傳感器或激振器，試驗(yàn)成本較高。
3）時(shí)域或頻域信號(hào)處理。例如譜分析、傳遞函數(shù)估計(jì)、脈沖響應(yīng)測(cè)量以及濾波、相關(guān)分析等。
（2）建立結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型根據(jù)已知條件，建立一種描述結(jié)構(gòu)狀態(tài)及特性的模型，作為計(jì)算及識(shí)別參數(shù)依據(jù)。目前一般假定系統(tǒng)為線性的。由于采用的識(shí)別方法不同，也分為頻域建模和時(shí)域建模。根據(jù)阻尼特性及頻率耦合程度分為實(shí)模態(tài)或復(fù)模態(tài)模型等。
（3）參數(shù)識(shí)別按識(shí)別域的不同可分為頻域法、時(shí)域法和混合域法，后者是指在時(shí)域識(shí)別復(fù)特征值，再回到頻域中識(shí)別振型，激勵(lì)方式不同（SISO、SIMO、MIMO），相應(yīng)的參數(shù)識(shí)別方法也不盡相同。并非越復(fù)雜的方法識(shí)別的結(jié)果越可靠。對(duì)于目前能夠進(jìn)行的大多數(shù)不是十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，只要取得了可靠的頻響數(shù)據(jù)，即使用較簡(jiǎn)單的識(shí)別方法也可能獲得良好的模態(tài)參數(shù)；反之，即使用最復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型、最高級(jí)的擬合方法，如果頻響測(cè)量數(shù)據(jù)不可靠，則識(shí)別的結(jié)果一定不會(huì)理想。
（4）振形動(dòng)畫參數(shù)識(shí)別的結(jié)果得到了結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)模型，即一組固有頻率、模態(tài)阻尼以及相應(yīng)各階模態(tài)的振形。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由許多自由度組成的振形也相當(dāng)復(fù)雜，必須采用動(dòng)畫的方法，將放大了的振形疊加到原始的幾何形狀上。
以上四個(gè)步驟是模態(tài)試驗(yàn)及分析的主要過(guò)程。而支持這個(gè)過(guò)程的除了激振拾振裝置、雙通道FFT分析儀、臺(tái)式或便攜式計(jì)算機(jī)等硬件外，還要有一個(gè)完善的模態(tài)分析軟件包。通用的模態(tài)分析軟件包必須適合各種結(jié)構(gòu)物的幾何物征，設(shè)置多種坐標(biāo)系，劃分多個(gè)子結(jié)構(gòu)，具有多種擬合方法，并能將結(jié)構(gòu)的模態(tài)振動(dòng)在屏幕上三維實(shí)時(shí)動(dòng)畫顯示。
2.結(jié)構(gòu)動(dòng)力修改與靈敏度分析
結(jié)構(gòu)動(dòng)力修改（Structure Dynamic Modify——SDM）有兩個(gè)含義：①如果機(jī)器作了某種設(shè)計(jì)上的修改，它的動(dòng)力學(xué)特性將會(huì)有何種變化？這個(gè)問(wèn)題被稱為SDM的正問(wèn)題。②如果要求結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)參數(shù)作某種改變，應(yīng)該對(duì)設(shè)計(jì)作何種修改？這是SDM的反問(wèn)題。
上述兩個(gè)問(wèn)題，如果局限在有限元計(jì)算模型內(nèi)解決，其正問(wèn)題是比較簡(jiǎn)單的，即只要改變參數(shù)重新計(jì)算一次就可以。其反問(wèn)題就是特征值的反問(wèn)題，由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和數(shù)學(xué)處理的難度較大，目前在理論上還不完善。只有涉及雅可比矩陣的問(wèn)題得到了比較完善的解決，相應(yīng)的力學(xué)模型是彈簧質(zhì)量單向串聯(lián)系統(tǒng)或桿件經(jīng)過(guò)有限元或差分法離散的系統(tǒng)。此外，特征值反問(wèn)題的解決要求未修改系統(tǒng)計(jì)算的特征值及特征向量是精確的。因此，現(xiàn)在通常所指的SDM是指在試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析基礎(chǔ)上的。
不論是結(jié)構(gòu)動(dòng)力修改的正問(wèn)題還是反問(wèn)題，都要涉及針對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。為了避免修改的盲目性，人們自然要問(wèn)，如何修改才是最見成效的？換而言之，對(duì)一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，是進(jìn)行質(zhì)量修改，還是進(jìn)行剛度修改？質(zhì)量或剛度修改時(shí)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上何處修改才是最靈敏部位，使得以較少的修改量得到較大的收獲？由此，引出了結(jié)構(gòu)動(dòng)力修改中的靈敏度分析技術(shù)。目前較為常見的是基于攝動(dòng)的靈敏度分析。
模態(tài)分析技術(shù)從20世紀(jì)60年代后期發(fā)展至今已趨成熟，它和有限元分析技術(shù)一起成為結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的兩大支柱模態(tài)分析作為一種“逆問(wèn)題”分析方法，是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的，采用實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合的方法來(lái)處理工程中的振動(dòng)問(wèn)題。
將信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)強(qiáng)度按頻率順序展開，使其成為頻率的函數(shù)，并考察變化規(guī)律，稱為頻譜分析。運(yùn)用傅里葉級(jí)數(shù)或傅里葉變換，就能實(shí)現(xiàn)把時(shí)間域信號(hào)變換成頻率域信號(hào)，稱為信號(hào)的頻率描述或稱為頻譜分析。
頻譜分析儀是研究電信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)的儀器，用于信號(hào)失真度、調(diào)制度、譜純度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等信號(hào)參數(shù)的測(cè)量，可用以測(cè)量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù)，是一種多用途的電子測(cè)量?jī)x器。它又可稱為頻域示波器、跟蹤示波器、分析示波器、諧波分析器、頻率特性分析儀或傅里葉分析儀等。現(xiàn)代頻譜分析儀能以模擬方式或數(shù)字方式顯示分析結(jié)果,能分析1赫以下的甚低頻到亞毫米波段的全部無(wú)線電頻段的電信號(hào)。儀器內(nèi)部若采用數(shù)字電路和微處理器，具有存儲(chǔ)和運(yùn)算功能；配置標(biāo)準(zhǔn)接口，就容易構(gòu)成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。
頻譜分析儀 - 簡(jiǎn)介
頻譜分析儀是對(duì)無(wú)線電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的必備手段，是從事電子產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)的常用工具。因此，應(yīng)用十分廣泛，被稱為工程師的射頻萬(wàn)用表。
1、傳統(tǒng)頻譜分析儀
傳統(tǒng)的頻譜分析儀的前端電路是一定帶寬內(nèi)可調(diào)諧的接收機(jī),輸入信號(hào)經(jīng)變頻器變頻后由低通濾器輸出,濾波輸出作為垂直分量,頻率作為水平分量,在示波器屏幕上繪出坐標(biāo)圖,就是輸入信號(hào)的頻譜圖。由于變頻器可以達(dá)到很寬的頻率,例如30Hz-30GHz,與外部混頻器配合,可擴(kuò)展到100GHz以上,頻譜分析儀是頻率覆蓋最寬的測(cè)量?jī)x器之一。無(wú)論測(cè)量連續(xù)信號(hào)或調(diào)制信號(hào),頻譜分析儀都是很理想的測(cè)量工具。但是,傳統(tǒng)的頻譜分析儀也有明顯的缺點(diǎn),它只能測(cè)量頻率的幅度,缺少相位信息,因此屬于標(biāo)量?jī)x器而不是矢量?jī)x器。
2、現(xiàn)代頻譜分析儀
基于快速傅里葉變換(FFT)的現(xiàn)代頻譜分析儀，通過(guò)傅里葉運(yùn)算將被測(cè)信號(hào)分解成分立的頻率分量,達(dá)到與傳統(tǒng)頻譜分析儀同樣的結(jié)果,。這種新型的頻譜分析儀采用數(shù)字方法直接由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)對(duì)輸入信號(hào)取樣,再經(jīng)FFT處理后獲得頻譜分布圖?！?br />
在這種頻譜分析儀中，為獲得良好的儀器線性度和高分辨率,對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí) ADC的取樣率最少等于輸入信號(hào)最高頻率的兩倍,亦即頻率上限是100MHz的實(shí)時(shí)頻譜分析儀需要ADC有200MS/S的取樣率。
目前半導(dǎo)體工藝水平可制成分辨率8位和取樣率4GS/S的ADC或者分辨率12位和取樣率800MS/S的ADC,亦即,原理上儀器可達(dá)到2GHz的帶寬，為了擴(kuò)展頻率上限,可在ADC前端增加下變頻器,本振采用數(shù)字調(diào)諧振蕩器。這種混合式的頻譜分析儀可擴(kuò)展到幾GHz以下的頻段使用。
FFT的性能用取樣點(diǎn)數(shù)和取樣率來(lái)表征,例如用100KS/S的取樣率對(duì)輸入信號(hào)取樣1024點(diǎn),則最高輸入頻率是50KHz和分辨率是50Hz。如果取樣點(diǎn)數(shù)為2048點(diǎn),則分辨率提高到25Hz。由此可知,最高輸人頻率取決于取樣率,分辨率取決于取樣點(diǎn)數(shù)。FFT運(yùn)算時(shí)間與取樣,點(diǎn)數(shù)成對(duì)數(shù)關(guān)系,頻譜分析儀需要高頻率、高分辨率和高速運(yùn)算時(shí),要選用高速的FFT硬件,或者相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片。例如,10MHz輸入頻率的1024點(diǎn)的運(yùn)算時(shí)間80μs,而10KHz的1024點(diǎn)的運(yùn)算時(shí)間變?yōu)?4ms,1KHz的1024點(diǎn)的運(yùn)算時(shí)間增加至640ms。當(dāng)運(yùn)算時(shí)間超過(guò)200ms時(shí),屏幕的反應(yīng)變慢,不適于眼睛的觀察,補(bǔ)救辦法是減少取樣點(diǎn)數(shù),使運(yùn)算時(shí)間降低至200ms以下。
3、用FFT計(jì)算信號(hào)頻譜的算法
離散付里葉變換X(k)可看成是z變換在單位圓上的等距離采樣值
同樣，X（k）也可看作是序列付氏變換X（ejω）的采樣，采樣間隔為ωN=2π/N
由此看出，離散付里葉變換實(shí)質(zhì)上是其頻譜的離散頻域采樣，對(duì)頻率具有選擇性（ωk=2πk/N），在這些點(diǎn)上反映了信號(hào)的頻譜。
根據(jù)采樣定律，一個(gè)頻帶有限的信號(hào)，可以對(duì)它進(jìn)行時(shí)域采樣而不丟失任何信息，F(xiàn)FT變換則說(shuō)明對(duì)于時(shí)間有限的信號(hào)（有限長(zhǎng)序列），也可以對(duì)其進(jìn)行頻域采樣，而不丟失任何信息。所以只要時(shí)間序列足夠長(zhǎng)，采樣足夠密，頻域采樣也就可較好地反映信號(hào)的頻譜趨勢(shì)，所以FFT可以用以進(jìn)行連續(xù)信號(hào)的頻譜分析
頻譜分析儀原理
頻譜分析儀系統(tǒng)主要的功能是在頻域里顯示輸入信號(hào)的頻譜特性，頻譜分析儀依信號(hào)處理方式的不同，一般有兩種類型，即時(shí)頻譜分析儀(Real-Time Spectrum Analyzer)與掃描調(diào)諧頻譜分析儀(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer).即時(shí)頻率分析儀的功能為在同一瞬間顯示頻域的信號(hào)振幅，其工作原理是針對(duì)不同的頻率信號(hào)而有相對(duì)應(yīng)的濾波器與檢知器(Detector)，再經(jīng)由同步的多工掃描器將信號(hào)傳送到CRT螢?zāi)簧?，其?yōu)點(diǎn)是能顯示周期性雜散波(Periodic Random Waves)的瞬間反應(yīng)，其缺點(diǎn)是價(jià)昂且性能受限於頻寬范圍，濾波器的數(shù)目與最大的多工交換時(shí)間(Switching Time)，最常用的頻譜分析儀是掃描調(diào)諧頻譜分析儀，其基本結(jié)構(gòu)類似超外差式接收器，工作原理是輸入信號(hào)經(jīng)衰減器直接外加到混波器，可調(diào)變的本地振蕩器經(jīng)與CRT同步的掃描產(chǎn)生器產(chǎn)生隨時(shí)間作線性變化的振蕩頻率，經(jīng)混波器與輸入信號(hào)混波降頻后的中頻信號(hào)(IF)再放大，濾波與檢波傳送到CRT的垂直方向板，因此在CRT的縱軸顯示信號(hào)振幅與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。影響信號(hào)反應(yīng)的重要部份為濾波器頻寬,濾波器之特性為高斯濾波器(Gaussian-Shaped Filter)，影響的功能就是量測(cè)時(shí)常見到的解析頻寬(RBW,ResolutionBandwidth)。RBW代表兩個(gè)不同頻率的信號(hào)能夠被清楚的分辨出來(lái)的最低頻寬差異，兩個(gè)不同頻率的信號(hào)頻寬如低於頻譜分析儀的RBW,此時(shí)該兩信號(hào)將重疊，難以分辨，較低的RBW固然有助於不同頻率信號(hào)的分辨與量測(cè)，低的RBW將濾除較高頻率的信號(hào)成份，導(dǎo)致信號(hào)顯示時(shí)產(chǎn)生失真，失真值與設(shè)定的RBW密切相關(guān)，較高的RBW固然有助於寬頻帶信號(hào)的偵測(cè)，將增加雜訊底層值(Noise Floor)，降低量測(cè)靈敏度，對(duì)於偵測(cè)低強(qiáng)度的信號(hào)易產(chǎn)生阻礙，因此適當(dāng)?shù)腞BW寬度是正確使用頻譜分析儀重要的概念。
隨機(jī)，就是任意，無(wú)規(guī)則。隨機(jī)振動(dòng)就是無(wú)規(guī)則，雜亂無(wú)章的振動(dòng)。
表述一個(gè)隨機(jī)振動(dòng)比表述一個(gè)正弦振動(dòng)要復(fù)雜。表述一個(gè)正弦振動(dòng)用頻率和振幅或加速度就可以了。
說(shuō)隨機(jī)振動(dòng)之前先說(shuō)一下非正弦的周期振動(dòng)。周期振動(dòng)包含與其周期相對(duì)應(yīng)的基頻，以及若干與基頻整數(shù)倍的頻率，各個(gè)頻率都有它各自的振幅?？梢杂镁礁穹蚓礁铀俣葋?lái)表示周期振動(dòng)的強(qiáng)度。而隨機(jī)振動(dòng)沒(méi)有固定的周期，它包含的的頻率成分是連續(xù)的而不像周期振動(dòng)那樣離散的。所以振幅或加速度要用隨頻率的變化曲線來(lái)表示，這個(gè)曲線叫頻譜曲線。
我們也常用均方根加速度表示隨機(jī)振動(dòng)的強(qiáng)度，還要用所謂“加速度功率譜密度”曲線代替頻譜曲線表示其頻率特性。
再說(shuō)一點(diǎn)，隨機(jī)振動(dòng)的均方根加速度以（m/s2）為單位時(shí)，加速度功率譜密度以（m2/s3）為單位。但也常用重力加速度（G）為均方根加速度的單位，而相應(yīng)的加速度功率譜密度的單位為（G2/Hz）。
任何一種傳感器在裝配完成后都必須按設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行全面嚴(yán)格的性能鑒定。使用一段時(shí)間以后（中國(guó)計(jì)量法規(guī)定一般為一年)或經(jīng)過(guò)修理，也必須對(duì)主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)試驗(yàn)以便確保傳感器的各項(xiàng)性能達(dá)到使用要求。
傳感器的標(biāo)定，就是通過(guò)實(shí)驗(yàn)確立傳感器的輸出量和輸入量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)也確定不同使用條件下的誤差關(guān)系。
傳感器的標(biāo)定有兩層含義：
1) 確定傳感器的性能指標(biāo)
2) 明確這些性能指標(biāo)所適用的工作環(huán)境
傳感器標(biāo)定的基本方法：
傳感器標(biāo)定的基本方法是將已知的被測(cè)量（亦即標(biāo)準(zhǔn)量）輸入給待標(biāo)定的傳感器，同時(shí)得到傳感器的輸出量，對(duì)所獲得的傳感器輸入量和輸出量進(jìn)行處理和比較，從而得到一系列表征兩者對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)定曲線，進(jìn)而得到傳感器性能指標(biāo)的實(shí)測(cè)結(jié)果。
傳感器標(biāo)定時(shí)，所用測(cè)量設(shè)備的精度通常要比待標(biāo)定傳感器的精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)（至少要高1/3以上）。
為了保證各種被測(cè)量量值的一致性和準(zhǔn)確性，很多國(guó)家都建立了一系列計(jì)量器具(包括傳感器)檢定的組織和規(guī)程、管理辦法。我國(guó)由國(guó)家計(jì)量局、中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院和部、省、市計(jì)量部門以及一些大企業(yè)的計(jì)量站進(jìn)行制定和實(shí)施。國(guó)家計(jì)量局(1989年后由國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局)制定和發(fā)布了力值、長(zhǎng)度、壓力、溫度等一系列計(jì)量器具規(guī)程，并于1985年9月公布了《中華人民共和國(guó)計(jì)量法》，其中規(guī)定：計(jì)量檢定必須按照國(guó)家計(jì)量檢定系統(tǒng)表進(jìn)行。計(jì)量檢定系統(tǒng)表是建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、制定檢定規(guī)程、開展檢定工作、組織量值傳遞的重要依據(jù)。
工程測(cè)量中傳感器的標(biāo)定，應(yīng)在與其使用條件相似的環(huán)境下進(jìn)行。為獲得高的標(biāo)定精度，應(yīng)將傳感器及其配用的電纜（尤其像電容式、壓電式傳感器等）、放大器等測(cè)試系統(tǒng)一起標(biāo)定。
1. 試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的支撐方式
試驗(yàn)結(jié)構(gòu)分為原型和模型兩種，對(duì)于已有的不很特殊的結(jié)構(gòu)，可采用試驗(yàn)原型。對(duì)圖紙階段的結(jié)構(gòu)或特殊結(jié)構(gòu)，如超大、超重或超小超輕結(jié)構(gòu)，只能采用模型試驗(yàn)。采用試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁r(shí)，需要根據(jù)相似理論制作模型，不僅幾何相似，還要考慮動(dòng)力相似。
不管是原型還是模型試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)構(gòu)邊界條件都是要考慮的重量因素，不同邊界條件的結(jié)構(gòu)特性可能完全不同。如一個(gè)自由梁與一個(gè)懸臂梁或簡(jiǎn)支梁的振動(dòng)特性完全不同。因此，必須要正確模擬被測(cè)結(jié)構(gòu)的邊界條件。
從力學(xué)意義上考慮，邊界條件可分為幾何邊界、力邊界條件、運(yùn)動(dòng)邊界條件等等。在模態(tài)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)系統(tǒng)固有特性影響最大的是幾何邊界條件，也即試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的支撐條件。支撐條件一般是有自由支撐、固定支撐、原裝支撐。
如果被測(cè)結(jié)構(gòu)是完整的，則模態(tài)試驗(yàn)中的邊界條件也應(yīng)是完整的，即應(yīng)以模擬結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀態(tài)為原則。如果采用模態(tài)綜合法將被測(cè)結(jié)構(gòu)分為子結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，則邊界條件就以模態(tài)綜合法的要求確定。
2. 自由支撐
有些振動(dòng)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)為自由狀態(tài)，如空中飛行的飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等，這類結(jié)構(gòu)在做整體模型試驗(yàn)時(shí)，要求具有自由邊界條件。
事實(shí)上，很難達(dá)到完全自由的約束狀態(tài)。為此采用的支撐應(yīng)盡量柔軟，即具有較低的支撐剛度和阻尼。這樣的支撐稱為自由支撐。經(jīng)常采用的方式有橡皮繩懸掛、彈簧懸掛、氣墊支撐、空氣彈簧支撐、螺旋彈簧支撐等等。采用自由支撐后，相當(dāng)于給結(jié)構(gòu)增加了柔軟約束，剛體模態(tài)頻率不再是零，彈性模態(tài)也會(huì)受到影響。但由于自由支撐的剛度、阻尼較小，結(jié)構(gòu)的彈性模態(tài)不會(huì)受到很大的影響。比如，剛性體模態(tài)最高頻率占到結(jié)構(gòu)最低彈性模態(tài)固有頻率的1/3時(shí)，自由支撐對(duì)結(jié)構(gòu)最低彈性模態(tài)固有頻率的影響只有1%，故自由支撐一般能達(dá)到較好的效果。如果將自由支撐點(diǎn)選在結(jié)構(gòu)上關(guān)心模態(tài)的節(jié)點(diǎn)附近，并使支撐體系與該階模態(tài)主振動(dòng)方向正交，則自由支撐對(duì)該階模態(tài)的影響將達(dá)到最理想的效果。
有些邊界條件非完全自由而受到弱約束的結(jié)構(gòu)也可以采用自由支撐。如汽車、摩托車、自行車、輪船等，所受的約束相對(duì)結(jié)構(gòu)自身剛度來(lái)說(shuō)小得多了。這類結(jié)構(gòu)采用自由支撐也是適當(dāng)?shù)?。運(yùn)用模態(tài)綜合法研究子結(jié)構(gòu)模態(tài)特性時(shí)，經(jīng)常采用自由支撐。
3. 固定支撐
固定支撐用于結(jié)構(gòu)承受剛性約束的情形，故又稱剛性支撐，如高層建筑、大壩的模型試驗(yàn)需要采用固定支撐。許多具有剛性基礎(chǔ)的機(jī)械結(jié)構(gòu)也應(yīng)采用剛性支撐。
固定支撐要求支撐具有較大的剛度和質(zhì)量，才能減少對(duì)結(jié)構(gòu)高階模態(tài)的影響。一般以實(shí)測(cè)支撐系統(tǒng)的最低固有頻率大于所關(guān)心的結(jié)構(gòu)最高固有頻率的3倍為參考標(biāo)準(zhǔn)。
運(yùn)用模態(tài)綜合法研究子結(jié)構(gòu)模態(tài)特性時(shí)，有時(shí)也采用固定支撐。
4. 原裝支撐
原裝支撐是廣泛應(yīng)用的一種支撐方式。事實(shí)上，自由支撐和固定支撐都是原裝支撐的特殊情況。對(duì)完整結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，原裝支撐是最優(yōu)邊界模擬。
在現(xiàn)場(chǎng)模態(tài)試驗(yàn)中，實(shí)際安裝中的結(jié)構(gòu)原型便具有最優(yōu)原裝支撐，無(wú)需做任何變動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，則要盡量模擬現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件。對(duì)某些放置于地面上的結(jié)構(gòu)（如各種車輛），在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)時(shí)，完全可以自由地置于地面上進(jìn)行測(cè)試，這類結(jié)構(gòu)自身的支撐系統(tǒng)已做到較好的模擬實(shí)際邊界條件。
另外指出，大多數(shù)模態(tài)實(shí)驗(yàn)是在靜態(tài)下進(jìn)行的，即被測(cè)結(jié)構(gòu)處于靜態(tài)。有些結(jié)構(gòu)在靜、動(dòng)態(tài)下的特性相差較多，如具有滑動(dòng)軸承的轉(zhuǎn)子，欲獲得結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)下的固有特性，應(yīng)在運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行模態(tài)實(shí)驗(yàn), 如果結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)態(tài)特性的差異只由邊界條件決定，亦可在靜態(tài)下模擬動(dòng)態(tài)邊界條件，但往往是困難的。
以上三種支撐方式并無(wú)優(yōu)劣之分，而是視具體問(wèn)題而定。對(duì)完整結(jié)構(gòu)而言，事實(shí)上應(yīng)盡量做到原裝支撐。
模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性一種近代方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用。模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，每一個(gè)模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。這些模態(tài)參數(shù)可以由計(jì)算或試驗(yàn)分析取得，這樣一個(gè)計(jì)算或試驗(yàn)分析過(guò)程稱為模態(tài)分析。這個(gè)分析過(guò)程如果是由有限元計(jì)算的方法取得的，則稱為計(jì)算模態(tài)分析；如果通過(guò)試驗(yàn)將采集的系統(tǒng)輸入與輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)參數(shù)識(shí)別獲得模態(tài)參數(shù)，稱為試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。通常，模態(tài)分析都是指試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。振動(dòng)模態(tài)是彈性結(jié)構(gòu)的固有的、整體的特性。如果通過(guò)模態(tài)分析方法搞清楚了結(jié)構(gòu)物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)各階主要模態(tài)的特性，就可能預(yù)言結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)在外部或內(nèi)部各種振源作用下實(shí)際振動(dòng)響應(yīng)。因此，模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及設(shè)備的故障診斷的重要方法。
模態(tài)分析最終目標(biāo)在是識(shí)別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，
一. 模態(tài)分析的步驟是什么？
機(jī)器、建筑物、航天航空飛行器、船舶、汽車等的實(shí)際振動(dòng)千姿百態(tài)、瞬息變化。模態(tài)分析提供了研究各種實(shí)際結(jié)構(gòu)振動(dòng)的一條有效途徑。首先，將結(jié)構(gòu)物在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行人為激振，通過(guò)測(cè)量激振力與振動(dòng)動(dòng)響應(yīng)并進(jìn)行雙通道快速傅里葉變換（FFT）分析，得到任意兩點(diǎn)之間的機(jī)械導(dǎo)納函數(shù)（傳遞函數(shù)）。用模態(tài)分析理論通過(guò)對(duì)試驗(yàn)導(dǎo)納函數(shù)的曲線擬合，識(shí)別出結(jié)構(gòu)物的模態(tài)參數(shù)，從而建立起結(jié)構(gòu)物的模態(tài)模型。根據(jù)模態(tài)疊加原理，在已知各種載荷時(shí)間歷程的情況下，就可以預(yù)言結(jié)構(gòu)物的實(shí)際振動(dòng)的響應(yīng)歷程或響應(yīng)譜。
近十多年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、FFT分析儀、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及振動(dòng)傳感器、激勵(lì)器等技術(shù)的發(fā)展，試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析得到了很快的發(fā)展，受到了機(jī)械、電力、建筑、水利、航空、航天等許多產(chǎn)業(yè)部門的高度重視。已有多種檔次、各種原理的模態(tài)分析硬件與軟件問(wèn)世。在各種各樣的模態(tài)分析方法中，大致均可分為四個(gè)基本過(guò)程：
1. 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集及頻響函數(shù)或脈沖響應(yīng)函數(shù)分析
(1) 激勵(lì)方法。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是人為地對(duì)結(jié)構(gòu)物施加一定動(dòng)態(tài)激勵(lì)，采集各點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)及激振力信號(hào)，根據(jù)力及響應(yīng)信號(hào)，用各種參數(shù)識(shí)別方法獲取模態(tài)參數(shù)。激勵(lì)方法不同，相應(yīng)識(shí)別方法也不同。目前主要由單輸入單輸出（SISO）、單輸入多輸出（SIMO）多輸入多輸出（MIMO）三種方法。以輸入力的信號(hào)特征還可分為正弦慢掃描、正弦快掃描、穩(wěn)態(tài)隨機(jī)（包括白噪聲、寬帶噪聲或偽隨機(jī)）、瞬態(tài)激勵(lì)（包括隨機(jī)脈沖激勵(lì)）等。
(2)數(shù)據(jù)采集。SISO方法要求同時(shí)高速采集輸入與輸出兩個(gè)點(diǎn)的信號(hào)，用不斷移動(dòng)激勵(lì)點(diǎn)位置或響應(yīng)點(diǎn)位置的辦法取得振形數(shù)據(jù)。SIMO及MIMO的方法則要求大量通道數(shù)據(jù)的高速并行采集，因此要求大量的振動(dòng)測(cè)量傳感器或激振器，試驗(yàn)成本較高。
(3)時(shí)域或頻域信號(hào)處理。例如譜分析、傳遞函數(shù)估計(jì)、脈沖響應(yīng)測(cè)量以及濾波、相關(guān)分析等。
2. 結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型
根據(jù)已知條件，建立一種描述結(jié)構(gòu)狀態(tài)及特性的模型，作為計(jì)算及識(shí)別參數(shù)依據(jù)。目前一般假定系統(tǒng)為線性的。由于采用的識(shí)別方法不同，也分為頻域建模和時(shí)域建模。根據(jù)阻尼特性及頻率耦合程度分為實(shí)模態(tài)或復(fù)模態(tài)模型等。
3. 參數(shù)識(shí)別
按識(shí)別域的不同可分為頻域法、時(shí)域法和混合域法，后者是指在時(shí)域識(shí)別復(fù)特征值，再回到頻域中識(shí)別振型，激勵(lì)方式不同（SISO、SIMO、MIMO），相應(yīng)的參數(shù)識(shí)別方法也不盡相同。并非越復(fù)雜的方法識(shí)別的結(jié)果越可靠。對(duì)于目前能夠進(jìn)行的大多數(shù)不是十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，只要取得了可靠的頻響數(shù)據(jù)，即使用較簡(jiǎn)單的識(shí)別方法也可能獲得良好的模態(tài)參數(shù)；反之，即使用最復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型、最高級(jí)的擬合方法，如果頻響測(cè)量數(shù)據(jù)不可靠，則識(shí)別的結(jié)果一定不會(huì)理想。
4. 振形動(dòng)畫
參數(shù)識(shí)別的結(jié)果得到了結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)模型，即一組固有頻率、模態(tài)阻尼以及相應(yīng)各階模態(tài)的振形。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由許多自由度組成的振形也相當(dāng)復(fù)雜，必須采用動(dòng)畫的方法，將放大了的振形疊加到原始的幾何形狀上。
以上四個(gè)步驟是模態(tài)試驗(yàn)及分析的主要過(guò)程。而支持這個(gè)過(guò)程的除了激振拾振裝置、雙通道FFT分析儀、臺(tái)式或便攜式計(jì)算機(jī)等硬件外，還要有一個(gè)完善的模態(tài)分析軟件包。通用的模態(tài)分析軟件包必須適合各種結(jié)構(gòu)物的幾何物征，設(shè)置多種坐標(biāo)系，劃分多個(gè)子結(jié)構(gòu)，具有多種擬合方法，并能將結(jié)構(gòu)的模態(tài)振動(dòng)在屏幕上三維實(shí)時(shí)動(dòng)畫顯示。
二. 模態(tài)參數(shù)有那些？
模態(tài)參數(shù)有：模態(tài)頻率、模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)向量、模態(tài)剛度和模態(tài)阻尼等。
為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動(dòng)特性分析、振動(dòng)故障診斷和預(yù)報(bào)以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
模態(tài)分析所的最終目標(biāo)在是識(shí)別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動(dòng)特性分析、振動(dòng)故障診斷和預(yù)報(bào)以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。模態(tài)分析技術(shù)的應(yīng)用可歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：
1. 評(píng)價(jià)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；
通過(guò)結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析可以求得各階模態(tài)參數(shù)（模態(tài)頻率、模態(tài)振型以及模態(tài)阻尼），從而評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性是否符合要求，并校驗(yàn)理論計(jì)算結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。
2. 在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的預(yù)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)；
3. 診斷及預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的故障；
近年來(lái)，結(jié)構(gòu)故障技術(shù)發(fā)展迅速，而模態(tài)分析已成為故障診斷的一個(gè)重要方法。利用結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的改變來(lái)診斷故障是一種有效方法。例如，根據(jù)模態(tài)頻率的變化可以判斷裂紋的出現(xiàn)；根據(jù)振型的分析可以確定斷裂的位置；根據(jù)轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)阻尼的改變，可以診斷與預(yù)報(bào)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的失穩(wěn)等。
4. 控制結(jié)構(gòu)的輻射噪聲；
結(jié)構(gòu)噪聲是由于結(jié)構(gòu)振動(dòng)所引起的。結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)，各階模態(tài)對(duì)噪聲的“貢獻(xiàn)”并不相同，對(duì)噪聲貢獻(xiàn)較大的幾階模態(tài)稱為“優(yōu)勢(shì)模態(tài)”。抑制或者調(diào)整優(yōu)勢(shì)模態(tài)，便可降低噪聲。而優(yōu)勢(shì)模態(tài)的確定，必須建立在模態(tài)
分析基礎(chǔ)之上。
5.識(shí)別結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的載荷。
某些結(jié)構(gòu)在工作時(shí)所承受的載荷很難測(cè)量，這時(shí)，可通過(guò)實(shí)測(cè)響應(yīng)和由模態(tài)分析所得的模態(tài)參數(shù)加以識(shí)別。此方法在航空，航天及核工程中應(yīng)用廣泛。
模態(tài)分析的應(yīng)用領(lǐng)域
1. 航空航天飛行器、船舶、汽車工業(yè)等
2. 土木領(lǐng)域：大橋、大壩、高層建筑、海洋平臺(tái)、閘門、樁基檢測(cè)
3. 各種機(jī)械設(shè)備：如機(jī)床、發(fā)電設(shè)備、壓縮機(jī)、氣輪機(jī)
4. 軍工領(lǐng)域
1、問(wèn)：什么是振動(dòng)？
答：物體或質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于平衡位置所作的往復(fù)運(yùn)動(dòng)叫振動(dòng)。
2、問(wèn)：描述振動(dòng)主要有幾個(gè)參數(shù)？
答：描述振動(dòng)的主要參數(shù)有：振幅、速度、加速度。
3、問(wèn)：加速度的單位如何表示？
答：加速度在振動(dòng)工程界常用g表示，在國(guó)際單位（SI）中用的單位是，讀米每秒平方，在我國(guó)通常1g=9.80665。
4、問(wèn)：壓電加速度計(jì)的工作原理是什么？
答：壓電加速度計(jì)是利用壓電晶體的正電壓效應(yīng)工作的，即壓電晶體片受到外力的作用而變形時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，并在其表面產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉后又恢復(fù)原狀。壓電晶體和質(zhì)量塊通過(guò)彈簧緊壓在一起安裝在盒形金屬殼內(nèi)，就組成了壓電加速度計(jì)。
當(dāng)加速度計(jì)受到振動(dòng)或沖擊時(shí)，由于慣性的作用，質(zhì)量塊將產(chǎn)生一個(gè)與其受到的振動(dòng)。沖擊成比例的慣性力而作用在壓電晶體上。通過(guò)測(cè)量晶體上的電荷變化，可測(cè)得這個(gè)慣性力，由于，通過(guò)這個(gè)慣性力就可測(cè)得振動(dòng)和沖擊的加速度值。這就是壓電加速度計(jì)的基本工作原理。
5、問(wèn)：就振動(dòng)傳感器的自振頻率和阻尼系數(shù)而言，位移、速度、加速度、傳感器各自工作在其自振頻率（傳感器固有諧頻）的什么區(qū)域？其阻尼系數(shù)的大小如何？
答：對(duì)一般慣性傳感器而言，加速度計(jì)的工作區(qū)域?yàn)閺臉O低頻到小于其自振頻率以下，位移傳感器的工作區(qū)間為自振頻率以上到很高的頻率，而速度計(jì)則工作在自振頻率附近。
加速度計(jì)和位移計(jì)的阻尼系數(shù)一般都小于1，而速度計(jì)的阻尼系數(shù)卻大于1。這樣使用的目的都是為保證在工作頻率范圍內(nèi)幅頻特性和相頻特性都是平直的，可以不失真地測(cè)量相應(yīng)的振動(dòng)量值。
6、問(wèn)：在加速度計(jì)的質(zhì)量不可忽略時(shí)，應(yīng)如何考慮加速度計(jì)所測(cè)得的加速度值？
答：一般來(lái)說(shuō)被測(cè)的物體附加上加速度計(jì)后，加速度計(jì)測(cè)得的加速度值要小于沒(méi)有附加加速度計(jì)時(shí)的值。
在特殊情況下，由于加速度計(jì)的安裝引起了構(gòu)件的共振，這時(shí)，加速度測(cè)量值就要大大超過(guò)預(yù)計(jì)的值，應(yīng)當(dāng)考慮換另外型號(hào)的加速度計(jì)或另想其他辦法。
7.問(wèn)：什么是壓電加速度計(jì)的幅值線性度？檢定加速度計(jì)的幅值線性度的目的是什么？
答：在壓電加速度計(jì)的使用范圍內(nèi)（如極限加速度范圍內(nèi)），不同加速度時(shí)，傳感器的靈敏度相對(duì)于參考靈敏度的偏差和參考靈敏度的比值，為加速度計(jì)的幅值線性度。
檢定加速度計(jì)的幅值線性度的目的是為了確定加速度計(jì)的動(dòng)態(tài)使用范圍，例如規(guī)程規(guī)定，用于振動(dòng)、沖擊測(cè)量時(shí)，其幅值線性度應(yīng)分別小于±5％和±10％而標(biāo)準(zhǔn)壓電加速度計(jì)則應(yīng)小于±3％。
8、問(wèn)：工作壓電加速度計(jì)的加速度參考靈敏度的定義是什么？
答：工作加速度計(jì)參考靈敏度的定義是：在一套規(guī)定的條件下（振幅、頻率、溫度、總電容、放大器輸入電阻、安裝力矩等）工作加速度計(jì)的電輸出與它安裝面所承受的加速度之比。
9、問(wèn)：什么是安裝剛度？它在振動(dòng)、沖擊測(cè)量中有何影響？
答：為了測(cè)量物體的振動(dòng)，必須將接觸式振動(dòng)傳感器接觸或安裝到被測(cè)物體上，任何安裝方式都是彈性連接的，如果傳感器和被測(cè)物體完全聯(lián)在一起，形成一體，這就是物理學(xué)中所說(shuō)的成為一個(gè)剛體了。這時(shí)，安裝剛度很大很大，彈性很小很小，這就是安裝剛度的概念。
實(shí)際安裝時(shí)，安裝剛度不可能無(wú)限大，則傳感器的質(zhì)量與安裝的彈性組成了一個(gè)彈簧—質(zhì)量系統(tǒng)。如果這個(gè)系統(tǒng)的諧振頻率很小，則傳感器測(cè)出的振動(dòng)就不但有被測(cè)物體的振動(dòng)，還有傳感器—安裝彈簧系統(tǒng)的振動(dòng)，總而言之，傳感器—安裝彈簧共振的話，失真就非常大了。
如壓電加速度計(jì)有以下幾種典型安裝方式：手持接觸，橡皮泥安裝、蠟粘結(jié)、磁鐵吸附安裝，502膠粘結(jié)，絕緣螺釘安裝、鋼制螺釘安裝等。顯然按這些順序排列的安裝方式，其安裝諧振頻率越來(lái)越高，即安裝彈性越來(lái)越小，安裝剛度越來(lái)越大。
10、問(wèn)：某工廠生產(chǎn)的壓電加速度計(jì)在出廠檢驗(yàn)證中有一張頻率特性曲線，曲線是從200Hz到35kHz，請(qǐng)說(shuō)明該加速度計(jì)在200Hz以下能用嗎？
答：200Hz以下可以使用，因?yàn)榧铀俣扔?jì)的頻率響應(yīng)從幾百赫以下都是平直的，一般可延伸到十赫左右，再往下，就要考查放大器的特性是否合適。如放大器比較好，0.5dB下限頻率可以到1Hz以下。出廠時(shí)只給出200Hz的起點(diǎn)，是頻響裝置所限，而不是傳感器的原因。
11、問(wèn)：舉出輸出電量正比于加速度、速度和位移的傳感器。
答：輸出電量正比于加速度的傳感器有：壓電加速度計(jì)，伺服加速度計(jì)，應(yīng)變式加速度計(jì)。
輸出電量正比于速度的傳感器有：電磁傳感器、速度傳感器、地震儀。
輸出電量正比于位移的傳感器有：渦流傳感器、電容傳感器、差動(dòng)變壓器傳感器、光纖位移傳感器、激光干涉議。
12、問(wèn)：什么叫傳感器的橫向靈敏度和橫向靈敏度比？
答：對(duì)單軸向傳感器來(lái)說(shuō)，橫向靈敏度是指在承受橫向振動(dòng)時(shí)，傳感器的電輸出與輸入振動(dòng)量之比，它是頻率和傳感器橫向面位置的函數(shù)。
橫向靈敏度比表示為橫向靈敏度的最大值與該傳感器軸向靈敏度的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。
13、問(wèn)：常用的機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)和電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)在激振原理方面有什么不同？其主要特點(diǎn)是什么？
答：機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)是由偏心質(zhì)量在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力或由偏心連桿在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的偏心距來(lái)激振的。其主要特點(diǎn)是振動(dòng)頻率低，頻帶窄、波形失真大、無(wú)漏磁、幅度調(diào)節(jié)不方便，很難自動(dòng)掃頻。
電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)是通過(guò)載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中產(chǎn)生電動(dòng)力的原理來(lái)激振的。其主要特點(diǎn)是下限頻率較高，頻帶寬，波形失真小，幅度調(diào)節(jié)和頻率調(diào)節(jié)都很方便，有的還可以自動(dòng)掃頻，但臺(tái)面往往有漏磁，成本較高。
14、問(wèn)：什么是振動(dòng)臺(tái)的交越頻率？同樣推力的振動(dòng)臺(tái)，交越頻率低意味著什么？
答：在振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)中，交越頻率是指振動(dòng)特征量由一種關(guān)系變?yōu)榱硪环N關(guān)系的頻率點(diǎn)。例如由等位移—頻率關(guān)系變?yōu)榈人俣?mdash;頻率關(guān)系時(shí)，就有一個(gè)交越頻率。
推力相同，交越頻率低，意味著承載能力大（M可大些）或位移幅值大；或者意味著頻帶范圍寬。因此同樣的推力，交越頻率低，意味著臺(tái)子的性能優(yōu)越。
15、問(wèn)：試述電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)氣隙的作用？
答：電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的不動(dòng)部分如磁鐵，勵(lì)磁、線圈或永久磁鐵的磁缸和可動(dòng)部分例如動(dòng)圈、懸掛彈簧及臺(tái)面，是靠氣隙互相耦合的，氣隙雖小，卻起很重要的作用，它把電氣系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)耦合起來(lái)了。
氣隙過(guò)小，易造成摩擦損壞且波形不好，這是不允許的；氣隙過(guò)大則電氣耦合弱，電—機(jī)轉(zhuǎn)換效率低。因此要求氣隙干凈、干燥，如果是壓縮空氣的話，還要求氣流穩(wěn)定，否則會(huì)產(chǎn)生噪聲、漂移、竄動(dòng)或波形失真。
16、問(wèn)：什么是振動(dòng)臺(tái)的低頻竄擾？其產(chǎn)生的主要原因是什么？
答：振動(dòng)臺(tái)低頻竄擾的是指在規(guī)定的振動(dòng)波形上，疊加著一個(gè)低頻大振幅的振動(dòng)現(xiàn)象。
形成低頻竄擾的原因很多，主要由機(jī)械導(dǎo)向，傳動(dòng)部分的干摩擦和機(jī)械臺(tái)的傳動(dòng)皮帶輪引起的共振造成的。電動(dòng)臺(tái)有時(shí)會(huì)由于50Hz的干擾引起竄擾。所以增加機(jī)械臺(tái)的潤(rùn)滑，保持電動(dòng)臺(tái)的氣隙潔凈，減少各種機(jī)械傳動(dòng)干擾和50Hz電源干擾。一般可以消除低頻竄擾。
17、問(wèn)：使用凸輪式碰撞臺(tái)的主要要點(diǎn)有哪些？
答：1）根據(jù)試驗(yàn)要求，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇嚴(yán)酷等級(jí)和安裝試件。
2）對(duì)于二側(cè)加墊層的碰撞臺(tái)，其緩沖墊層必須按標(biāo)定時(shí)的嚴(yán)酷等級(jí)所要求的順序排列，且二側(cè)一一對(duì)應(yīng)。
3）碰撞臺(tái)在使用中改變嚴(yán)酷等級(jí)，更換墊層和停用時(shí)，必須注意安全，工作結(jié)束后必須使碰撞臺(tái)面與緩沖墊層脫離接觸，為避免墊層長(zhǎng)期受壓而改變其特性。
18、問(wèn)：電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的活動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量應(yīng)如何測(cè)定？
答：保持振動(dòng)臺(tái)的推力不變，分別測(cè)出空載和加載時(shí)的加速度值，就可確定振動(dòng)臺(tái)活動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量。具體作法：保持電動(dòng)臺(tái)功放的電流不變，分別測(cè)出臺(tái)面空載和加載N公斤（質(zhì)量）時(shí)的加速度值A(chǔ)1和A2，則活動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量為：M=NA2/A1-A2（公斤）
19、問(wèn)：什么叫轉(zhuǎn)速？
答：在工程技術(shù)上把作圓周運(yùn)動(dòng)的物體在單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)叫作轉(zhuǎn)速。
20、問(wèn)：什么叫平均角速度？
答：作圓周運(yùn)動(dòng)的物體在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)的角位移叫作平均角速度（w）。
21、問(wèn)：轉(zhuǎn)速的單位名稱及符號(hào)是什么？
答：轉(zhuǎn)速的單位名稱是：轉(zhuǎn)每分，單位符號(hào)是:r/min。
22、問(wèn)：手持式轉(zhuǎn)速表在檢定時(shí)其轉(zhuǎn)軸上的測(cè)頭應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速裝置轉(zhuǎn)軸保持什么樣的位置？
答：手持式轉(zhuǎn)速表的轉(zhuǎn)軸測(cè)頭應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速裝置轉(zhuǎn)軸的接觸在同一軸線上，且無(wú)滑動(dòng)現(xiàn)象。
23、問(wèn)：定時(shí)式轉(zhuǎn)速表的工作原理是什么？
答：定時(shí)式轉(zhuǎn)速表是按照在一定的時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)量旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)數(shù)的方法確定轉(zhuǎn)速平均值，并由指針在表盤上直接指示被測(cè)轉(zhuǎn)速值。為了測(cè)定時(shí)間間隔，在定時(shí)轉(zhuǎn)速表上裝有定時(shí)機(jī)構(gòu)，定時(shí)轉(zhuǎn)速表由此得名。
24、問(wèn)：離心式轉(zhuǎn)速表的原理是什么？
答：離心式轉(zhuǎn)速表是利用物體旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速的。當(dāng)離心式轉(zhuǎn)速表的轉(zhuǎn)軸隨被測(cè)物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，離心器上的重物在慣性離心力作用下離開軸心，并通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)指針回轉(zhuǎn)。當(dāng)指針上的彈簧反作用力矩和慣性離心力矩相平衡時(shí)，指針停止在偏轉(zhuǎn)后所指示的刻度值處，即為被測(cè)轉(zhuǎn)速值。這就是離心式轉(zhuǎn)速表的原理。
25、問(wèn)：離心式轉(zhuǎn)速表和定時(shí)式轉(zhuǎn)速表各有何有缺點(diǎn)？
答：離心式轉(zhuǎn)速表是根據(jù)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心力的原理做成的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，但是由于轉(zhuǎn)速和離心力的非線性，使這種表存在著方法誤差、工藝上的誤差，因而其精度影響也大。
定時(shí)式轉(zhuǎn)速表是在時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)量旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)數(shù)，再確定轉(zhuǎn)速平均值，因此這種表精度較高，體積較小，較輕便。
二者是機(jī)械式轉(zhuǎn)速表，精度都不是很高，但是價(jià)格便宜，使用方便。
這種轉(zhuǎn)速表都是接觸式測(cè)量，不能進(jìn)行非接觸式測(cè)量。
26、問(wèn)：試述磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速表的測(cè)轉(zhuǎn)速原理。
答：磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速表是根據(jù)磁感應(yīng)原理制成的。磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速表的表軸上永磁體轉(zhuǎn)動(dòng)，就形成了旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。在此磁場(chǎng)內(nèi)的敏感元件由于磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)而切割磁力線，并產(chǎn)生感應(yīng)電流，這一電流與永磁體相互作用而產(chǎn)生力矩（即渦流電磁力矩），此力矩和表頭上裝的游絲反作用力矩相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速表表盤上的指針就指出了此時(shí)的被測(cè)轉(zhuǎn)速值。這就是磁感應(yīng)轉(zhuǎn)速表測(cè)量轉(zhuǎn)速的原理。
27、問(wèn)：試簡(jiǎn)述頻閃轉(zhuǎn)速的原理？
答：頻閃測(cè)轉(zhuǎn)速，是基于頻閃效應(yīng)原理的。所謂頻閃效應(yīng)就是物體在人的視覺中消失后，人的眼睛能保留一定時(shí)間的視覺印象（視后效）的現(xiàn)象。視后效的持續(xù)時(shí)間，在物體一般光度的條件下約1/15-1/20S的范圍內(nèi)。若來(lái)自被觀察物體的刺激信號(hào)是一個(gè)跟著一個(gè)斷續(xù)的，每次都少于1/20S，則視覺印象來(lái)不及消失，從而給人以連續(xù)而固定的假象。
若用一閃一閃的光照明旋轉(zhuǎn)圓盤，在盤上偏離圓心的位置做以明顯的記號(hào)，則當(dāng)閃光的閃次/分與旋轉(zhuǎn)圓盤的轉(zhuǎn)速相等時(shí)，圓盤上的記號(hào)即呈現(xiàn)停止?fàn)顟B(tài)。若閃次/分為已知，則可測(cè)定圓盤的轉(zhuǎn)速。
這就是頻閃測(cè)速的原理。
28、問(wèn)：電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表的精度等級(jí)是怎么劃分的？
答：電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表的等級(jí)是百分誤差表示的，安 1-2-5序列分等。其主要技術(shù)指標(biāo)有四個(gè)，即示值誤差，示值變動(dòng)性，計(jì)數(shù)器時(shí)基準(zhǔn)確度，計(jì)數(shù)器4小時(shí)時(shí)基穩(wěn)定度。
等級(jí)劃分如下（％）：
0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，0.5，1。
示值誤差指標(biāo)是（設(shè)等級(jí)為A）；
±A%×n±1個(gè)字。
示值變動(dòng)性指標(biāo)是（設(shè)等級(jí)為A）;
±A%×n±2個(gè)字。
計(jì)數(shù)器時(shí)基準(zhǔn)確度和4小時(shí)時(shí)基穩(wěn)定度指標(biāo)是：
0.01級(jí)均為；0.02級(jí)均為；0.05級(jí)均為0.1級(jí)以下的轉(zhuǎn)速表對(duì)此二項(xiàng)不作要求。
29、問(wèn)：何謂測(cè)頻法？簡(jiǎn)述其工作原理。
答：測(cè)頻法，在轉(zhuǎn)速測(cè)量計(jì)量中是指用測(cè)量頻率的方法去測(cè)量轉(zhuǎn)速。
用接觸或非接觸的方法做成的轉(zhuǎn)速傳感器取來(lái)轉(zhuǎn)速信號(hào)，將其送入頻率計(jì)數(shù)器，而頻率計(jì)數(shù)器給出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間間隔，例如0.1，1，2，6，10，30，60s等等，在此時(shí)間間隔內(nèi)由頻率計(jì)數(shù)器記下傳感器送入的脈沖數(shù)，即測(cè)出了旋轉(zhuǎn)的頻率。而轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)頻率的關(guān)系是：n=60×f
因此轉(zhuǎn)速通過(guò)測(cè)量頻率的方法可以獲得。
電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表測(cè)出了頻率，直接就轉(zhuǎn)換成了轉(zhuǎn)速（r/min）。
掃頻方式：線性掃頻Hz/min或Min/Sweep、對(duì)數(shù)掃頻Oct/min或Min/Sweep
Sweep---掃頻，Cycle---循環(huán)
倍頻程Oct=
=
----其中A為頻率下限，B為頻率上限，log?2約0.3；
B是A的2倍時(shí)，為1oct，比如10到20Hz是1oct，20到40Hz是1oct……
循環(huán)相當(dāng)于經(jīng)歷A-B和B-A兩次掃頻；循環(huán)數(shù)10次，意味著掃頻數(shù)20次；
如10-150Hz，1oct/min，10 cycles/axis，3axis
單次掃頻時(shí)間log(150/10)/0.3=3.92min(3min54s)，循環(huán)時(shí)間7.84min
單次掃頻20-2000Hz是6min39s
粗略的方法：1根手指頭1oct代表1min
周期數(shù)：掃頻時(shí)間內(nèi)，正弦周期的數(shù)量；常用于耐久性評(píng)價(jià)(如10Hz定頻10^6周期)