环境振动测试基本原理与系统组成

环境振动测试是利用现代测试技术对影响精密仪器正常工作的外界和内部振动激励进行测量，并对测量信号进行量化分析，以获得在各种工作状态下振动源的振动传递特性，从而判断振动源的振动特性是否满足精密仪器工作要求。环境振动测试系统主要由振动传感器、滤波器、放大器及信号采集器和数据分析仪组成，如图1所示。对于高灵敏度传感器，也可不采用放大器，传感器的输出信号直接经滤波器引入信号采集器。
振动传感器是将被测量转换成某种电信号的部件，是整个测试系统最重要的部分，根据所测量物理量的不同，通常可分为位移传感器、速度传感器及加速度传感器三类。精密仪器使用环境微振动测试宜选用高灵敏度三向一体传感器或采用单轴向传感器组成三向测量的速度型或加速度型传感器，并满足表1要求。孔中测量时应选用能自动调平和定方位的孔中传感器。
滤波器应具有抗混、低通、带通滤波等功能，可以有效选择所关注的信号带宽。放大器应具有多通道信号放大、积分、微分等功能，各通道在最大放大倍数时幅值一致性偏差应不超过2％，相位一致性偏差应不超过2°[7]。信号采集器的分辨力不宜小于24位，动态范围不小于80 dB，幅值测量误差应不超过1%，幅值线性度应不超过0.2%。数据分析软件具有时域、频域多通道显示、频谱分析、倍频程分析、指标统计等功能。为保证测试结果的准确有效，振动测试系统宜按约定校准周期进行校准。
测试时传感器的安装须满足两个要求，首先要尽量保证传感器与其测量目标作相同的运动，其次要保证传感器的安装对测量目标原有的运动不产生影响。因此，在传感器安装时应尽量采用紧固、刚性连接，以确保传感器安装对被测振动体的影响最小（如采取对称安装方式或安装在振动体结构的质心），传感器及其固定装置的总质量应远小于测试结构的动态质量。常见的传感器连接方式主要有钢螺栓连接、胶合连接及石蜡连接等，安装示意图。测试系统为避免电磁及交流电源干扰对测试数据测量准确性的影响，传感器安装时应采取接地措施。