介紹

本文主要回顧一下當(dāng)前加速度測(cè)量的一些熱點(diǎn)問(wèn)題.確信無(wú)疑，在實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)對(duì)加速度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)才能保證測(cè)量是準(zhǔn)確的。當(dāng)然選擇合適的配套電子設(shè)備也是必要的。也許整個(gè)測(cè)試過(guò)程中最簡(jiǎn)單的事情就是得到精確的加速度計(jì)及電子設(shè)備。當(dāng)安裝這些儀器設(shè)備時(shí)，必須小心謹(jǐn)慎，這樣才能保證可靠地機(jī)械及電氣連接。同樣重要的就是需要考慮不利環(huán)境帶來(lái)的負(fù)面影響。當(dāng)儀器設(shè)備制造商及測(cè)試工程師足夠仔細(xì)的考慮這些因素時(shí)，沖擊及振動(dòng)測(cè)量就是某種程度的日常工作，而且測(cè)量過(guò)程也不會(huì)出現(xiàn)一些不必要的誤差。

加速度計(jì)校準(zhǔn)

大部分實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)是使用正弦振動(dòng)或沖擊運(yùn)動(dòng)等機(jī)械激勵(lì)方式施加于加速度計(jì)并測(cè)量電信號(hào)輸出。通?，F(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)是把電信號(hào)施加于加速度計(jì)并測(cè)量電信號(hào)輸出。

靈敏度及頻率響應(yīng)

現(xiàn)在例行的校準(zhǔn)都是在正弦振動(dòng)校準(zhǔn)激勵(lì)下，頻率范圍5Hz~10000Hz內(nèi)通過(guò)比較方式進(jìn)行。

為了避免沖擊及振動(dòng)測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)不必要的誤差，每個(gè)加速度計(jì)必須在它期望使用的頻率范圍內(nèi)定期校準(zhǔn)。校準(zhǔn)間隔應(yīng)該不要超過(guò)1年。如果有理由相信加速度計(jì)在超過(guò)它的溫度范圍或加速度范圍使用過(guò)那么，那么加速度計(jì)應(yīng)該進(jìn)行更加頻繁的定期校準(zhǔn)。靈敏度及頻率響應(yīng)校準(zhǔn)是在1g和10g的單一加速度下進(jìn)行。通常，校準(zhǔn)已經(jīng)足夠用來(lái)驗(yàn)證加速度計(jì)的性能特性沒(méi)有變化或加速度計(jì)處于比較好的工作狀態(tài)。

校準(zhǔn)是在完全相同的運(yùn)動(dòng)激勵(lì)下，把被測(cè)加速度計(jì)的輸出和標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)的輸出進(jìn)行比較。使用這種方式，可以確定被測(cè)加速度計(jì)的靈敏度及頻率響應(yīng)，在900Hz以下估計(jì)誤差±1.5%，900Hz以上估計(jì)誤差±2.5%。

圖1

使用鋯鈦酸鉛晶體加速度計(jì)的電壓及電荷頻率響應(yīng)曲線如上所示。加速度計(jì)的電荷頻率響應(yīng)在高頻區(qū)域幾乎是平坦的，并沒(méi)有出現(xiàn)因?yàn)榧铀俣扔?jì)共振而上升的現(xiàn)象。

使用石英P-2和晶體P-10的加速度計(jì)的電壓及電荷頻率響應(yīng)曲線是完全一樣的，在1/5共振頻率之前的所用頻率點(diǎn)的電壓及電荷靈敏度是恒定的，在這里靈敏度增加了4%。另一方面，使用鋯鈦酸鉛晶體的壓電加速度計(jì)只有在使用電壓放大器才會(huì)有這個(gè)特性，見(jiàn)圖1。使用電荷放大器時(shí)，頻率響應(yīng)有一特性，它的靈敏度會(huì)隨著頻率的上升而下降。這個(gè)特性在改善高頻響應(yīng)時(shí)有一優(yōu)勢(shì)，因?yàn)殡姾傻母哳l響應(yīng)的下降特性趨于抵消加速度計(jì)因?yàn)楣舱耦l率導(dǎo)致靈敏度的上升。這中合并的效果可以延長(zhǎng)它的可用頻率范圍，在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，加速度計(jì)的靈敏度是恒定的。頻率響應(yīng)曲線同樣顯示了另外一個(gè)特性，就是電荷靈敏度在低頻頻率點(diǎn)也有所增加，見(jiàn)圖1。因此，為了避免不必要的校準(zhǔn)誤差，如果電荷靈敏度是從電壓靈敏度計(jì)算出來(lái)的，那么在測(cè)試電壓靈敏度的同樣頻率點(diǎn)測(cè)量加速度計(jì)的電容值是必要的，反之亦然。這是因?yàn)椴捎娩嗏佀徙U晶體的加速度計(jì)的電荷靈敏度及電容值都是隨著頻率的升高而降低。

除了靈敏度及頻率響應(yīng)校準(zhǔn)，加速度計(jì)用戶還需要某些其它校準(zhǔn)。這些校準(zhǔn)包括橫向靈敏度，溫度響應(yīng)及幅值線性度校準(zhǔn)。

溫度響應(yīng)及幅值線性度

溫度響應(yīng)校準(zhǔn)是在單一頻率及單一加速度下，在計(jì)劃使用的溫度范圍內(nèi)改變溫度進(jìn)行的。這個(gè)校準(zhǔn)規(guī)則適用于壓電加速度計(jì)及內(nèi)部阻尼率小于臨界阻尼值0.1的壓阻加速度計(jì)。如果壓阻加速度計(jì)的阻尼率超過(guò)臨界值0.1，那么溫度響應(yīng)校準(zhǔn)就必須在計(jì)劃使用的頻率范圍內(nèi)及單一加速度下進(jìn)行。

壓電加速度計(jì)的溫度響應(yīng)僅在單一頻率下校準(zhǔn)是因?yàn)樗淖枘崧始肮舱耦l率在極端溫度下不發(fā)生改變。壓電加速度計(jì)的這個(gè)表征現(xiàn)象可以在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。壓電加速度計(jì)具備這些特性對(duì)我們來(lái)說(shuō)是非常幸運(yùn)的；否則，進(jìn)行不同頻率點(diǎn)的例行溫度響應(yīng)校準(zhǔn)是非常昂貴的。不僅僅這些聯(lián)合校準(zhǔn)所需的設(shè)備昂貴，而且進(jìn)行這些校準(zhǔn)所需要的時(shí)間也是相當(dāng)多，特別是為了保證校準(zhǔn)不出現(xiàn)過(guò)多的誤差而花費(fèi)長(zhǎng)時(shí)間的謹(jǐn)慎操作。

和溫度響應(yīng)類似，對(duì)于壓電加速度計(jì)的幅值線性度校準(zhǔn)只需在單一頻率點(diǎn)下進(jìn)行。頻率點(diǎn)必須小于加速度計(jì)共振頻率的1/5。校準(zhǔn)的頻率點(diǎn)通常取決于測(cè)試設(shè)備的極限值。大部分的正弦振動(dòng)幅值線性度校準(zhǔn)的加速度值可以進(jìn)行到100g。盡管使用一些特殊設(shè)備，可以使正弦幅值線性度校準(zhǔn)在更高的加速度值下進(jìn)行，但是在超過(guò)100g情況下，沖擊校準(zhǔn)更加實(shí)用。（參見(jiàn)以下章節(jié)。）

我們有溫度響應(yīng)及幅值線性度校準(zhǔn)相關(guān)設(shè)施可作為校準(zhǔn)服務(wù)提供，沒(méi)有必要所有的實(shí)驗(yàn)室都可以進(jìn)行這些校準(zhǔn)。

橫向靈敏度

橫向靈敏度校準(zhǔn)是在加速度計(jì)的可用頻率范圍內(nèi)的某一頻率點(diǎn)進(jìn)行例行校準(zhǔn)。當(dāng)加速度計(jì)在垂直感應(yīng)靈敏軸的平面被進(jìn)行直線往復(fù)振動(dòng)時(shí)，壓電加速度計(jì)的輸出取決于平面內(nèi)振動(dòng)方向的角度位置。見(jiàn)圖2.

圖2

壓電加速度計(jì)繞著它的感應(yīng)靈敏軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，橫向靈敏度的變化曲線

圖3

(a) 由于水平空氣軸承振動(dòng)臺(tái)的橫向運(yùn)動(dòng)引起的加速度計(jì)2224C(S/N:GA37)的橫向靈敏度曲線；

(b) 2223-6（S/N:D671）加速度計(jì)的橫向靈敏度曲線

加速度計(jì)的橫向靈敏度幾乎是恒定的，除了在某些頻率點(diǎn)，振動(dòng)臺(tái)出現(xiàn)過(guò)多的橫向運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)加速度計(jì)繞著它的感應(yīng)敏感軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，橫向靈敏度的變化曲線可以描述成正弦曲線。這個(gè)曲線的最大數(shù)值就是橫向靈敏度。

圖2所示加速度計(jì)的橫向靈敏度小于0.5%。它在評(píng)估電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)是否合適測(cè)量其它加速度計(jì)的橫向靈敏度時(shí)非常有用。圖3（a）顯示一個(gè)這種評(píng)估結(jié)果。除了振動(dòng)臺(tái)的共振頻率點(diǎn)500Hz及1100Hz附近外振動(dòng)臺(tái)的橫向運(yùn)動(dòng)小于1%。這個(gè)振動(dòng)臺(tái)不建議在3000Hz以上頻率使用，因?yàn)樗?500Hz頻率出現(xiàn)顯著的共振。

圖3（a）同樣也顯示了這個(gè)加速度計(jì)的橫向靈敏度在不同頻率點(diǎn)是恒定，在圖2中可以看出它的橫向靈敏度小于0.5%。另外一支加速度計(jì)的測(cè)試結(jié)果如圖3所示更加清楚地顯示這個(gè)特點(diǎn)。特意選擇了一支高橫向靈敏度的加速度計(jì)，非常適合用來(lái)實(shí)驗(yàn)性地驗(yàn)證橫向靈敏度的頻率恒定特性。這支加速度計(jì)的橫向靈敏度在振動(dòng)臺(tái)的可用頻率范圍3000Hz之前的所有頻率點(diǎn)都是恒定的數(shù)值接近5%。這個(gè)加速度計(jì)的橫向靈敏度曲線的異常點(diǎn)同樣發(fā)生在振動(dòng)臺(tái)的共振頻率點(diǎn)，見(jiàn)圖3（a）。

沖擊校準(zhǔn)

使用在沖擊測(cè)試應(yīng)用的加速度計(jì)應(yīng)該通過(guò)沖擊運(yùn)動(dòng)激勵(lì)來(lái)校準(zhǔn)。例外的情況就是當(dāng)沖擊運(yùn)動(dòng)測(cè)試的加速度沒(méi)有超過(guò)加速度計(jì)正弦振動(dòng)校準(zhǔn)所用的加速度值而且沖擊運(yùn)動(dòng)的頻率分量在加速度計(jì)正弦振動(dòng)校準(zhǔn)的頻率響應(yīng)之內(nèi)。這種情況出現(xiàn)在比如沖擊運(yùn)動(dòng)測(cè)量的加速度值只到100g。針對(duì)某種型號(hào)的加速度計(jì)，只需要對(duì)一個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行沖擊校準(zhǔn)。如果制造控制過(guò)程比較好地保持，那么某一型號(hào)的所有加速度計(jì)的性能應(yīng)該是一樣的。沖擊校準(zhǔn)應(yīng)該在計(jì)劃使用的加速度范圍內(nèi)進(jìn)行。通常使用的沖擊臺(tái)都會(huì)產(chǎn)生短時(shí)間的脈沖。這種沖擊有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，它包含相當(dāng)?shù)母哳l分量可以實(shí)驗(yàn)性地驗(yàn)證加速度計(jì)的性能，如果它的共振頻率點(diǎn)存在這個(gè)高頻分量可以激發(fā)加速度計(jì)的共振頻率響應(yīng)。

現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)

盡管實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)是把機(jī)械激勵(lì)施加到加速度計(jì)來(lái)完成，但是大部分現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)是通過(guò)電激勵(lì)來(lái)進(jìn)行的。兩種電激勵(lì)方式會(huì)用到。

電激勵(lì)是在加速度計(jì)的晶體串聯(lián)一個(gè)電阻。使用一個(gè)電阻是因?yàn)槭┘釉陔娮璧慕涣麟妷簳?huì)使加速度計(jì)產(chǎn)生一定的輸出。為了計(jì)算方便，選擇的電阻值可以產(chǎn)生一個(gè)相當(dāng)數(shù)值的加速度，比如，在和加速度計(jì)一起使用的放大器輸出端輸出100g的加速度值。進(jìn)行全系統(tǒng)的校準(zhǔn)有一優(yōu)勢(shì)它可以驗(yàn)證整個(gè)電路系統(tǒng)的完整性。這個(gè)校準(zhǔn)不僅保證了不同的加速度計(jì)及放大器之間沒(méi)有誤接，同樣可以檢測(cè)加速度計(jì)或加速度計(jì)和放大器之間沒(méi)有短路或開(kāi)路。這種校準(zhǔn)實(shí)質(zhì)來(lái)說(shuō)是被動(dòng)的，晶體沒(méi)有被機(jī)械激勵(lì)而且加速度計(jì)的振動(dòng)靈敏度沒(méi)有驗(yàn)證。然而，它對(duì)晶體施加了一個(gè)電壓，可以檢測(cè)到電容值的任何變化。這是一個(gè)可靠的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)程序，因?yàn)楹苌俪霈F(xiàn)加速度計(jì)在電容值不變的情況下靈敏度發(fā)生變化的情況。

另外一種可靠的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)是通過(guò)設(shè)計(jì)加速度計(jì)提供一個(gè)主動(dòng)的內(nèi)部激勵(lì)來(lái)進(jìn)行的。傳感器可以通過(guò)加速度計(jì)內(nèi)部額外的壓電晶體作為力激勵(lì)源來(lái)機(jī)械性地激勵(lì)壓電晶體。電壓會(huì)施加到作為力激勵(lì)源的晶體。電壓導(dǎo)致這個(gè)晶體的尺寸變化從而產(chǎn)生力作用于傳感器感應(yīng)晶體使它的尺寸也產(chǎn)生變化。這種加速度計(jì)設(shè)計(jì)它可以在力激勵(lì)源晶體施加一定的電壓從而使加速度計(jì)產(chǎn)生一個(gè)預(yù)選加速度值的相應(yīng)電壓或電荷輸出。這種類型的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)可以驗(yàn)證加速度計(jì)的振動(dòng)靈敏度沒(méi)有變化。它同樣進(jìn)行了所有電路完整性的檢查，如上面描述的被動(dòng)校準(zhǔn)所檢測(cè)的內(nèi)容。

放大器

過(guò)去，僅僅電壓放大器及陰極跟蹤器可以用來(lái)配套壓電加速度計(jì)。使用這種儀器時(shí)很難達(dá)到足夠的低頻響應(yīng)來(lái)滿足某些應(yīng)用。陰極跟蹤器的低頻性能僅僅取決于單位為赫茲的頻率乘以陰極跟蹤器的輸入電阻（單位為歐姆）乘以加速度計(jì)的電容值（單位為法拉）。只有當(dāng)FRC乘積值等于或大于1時(shí)，頻率響應(yīng)才比較平坦。當(dāng)在某些頻率點(diǎn)它的FRC這個(gè)乘積值小于1時(shí)，頻率響應(yīng)會(huì)減少。比如，當(dāng)FRC值接近0.16時(shí)，它的頻率響應(yīng)就下降了3dB。

使用電壓放大器時(shí)，同樣需要考慮這個(gè)FRC乘積值。然而，通常這個(gè)乘積值只在低于電壓放大器本身的低頻截止頻率時(shí)才會(huì)小于1。這種情況下，電壓放大器的低頻響應(yīng)性能就是一個(gè)決定性的因素。很重要的一點(diǎn)就是頻率響應(yīng)下降3dB的該頻率點(diǎn)是足夠滿足要求的低頻點(diǎn)，不管它是因?yàn)殡妷悍糯笃骰蛘呤荈RC乘積值導(dǎo)致頻率響應(yīng)下降3dB。例如，在沖擊運(yùn)動(dòng)應(yīng)用中，下降3dB的該頻率倒數(shù)的數(shù)值必須大于沖擊運(yùn)動(dòng)脈沖寬度。

低于50Hz的正弦及隨機(jī)振動(dòng)測(cè)量時(shí)，了解電壓放大器及陰極跟蹤器的低頻性能非常重要。當(dāng)使用低電容值的加速度計(jì)時(shí)，陰極跟蹤器在低頻響應(yīng)會(huì)急速下落。

電壓放大器及陰極跟蹤器除了低頻響應(yīng)問(wèn)題之外，還有必要確定因?yàn)殡娎|長(zhǎng)度改變而引起的靈敏度變化。輸出會(huì)因?yàn)楹图铀俣扔?jì)并聯(lián)的電容值增加而減少。當(dāng)電纜長(zhǎng)度改變時(shí)，有必要計(jì)算新的靈敏度或重新校準(zhǔn)加速度計(jì)。

如果必須使用電壓放大器系統(tǒng)，一個(gè)非常好的慣例就是校準(zhǔn)加速度計(jì)的靈敏度及頻率響應(yīng)時(shí)使用該振動(dòng)及沖擊測(cè)試應(yīng)用實(shí)際所使用的電纜和放大器。

事實(shí)上，使用電壓放大器及陰極跟蹤器來(lái)放大壓電加速度計(jì)的缺點(diǎn)，在使用電荷放大器時(shí)都可以消除。無(wú)論使用什么電纜，電荷放大器的輸出都會(huì)保持不變。電纜長(zhǎng)度可以長(zhǎng)到1英里。電纜可以隨意替換而不用進(jìn)行計(jì)算或校準(zhǔn)。此外，使用電荷放大器時(shí)更加容易獲得預(yù)期的低頻響應(yīng)。電荷放大器的低頻響應(yīng)可以到一個(gè)很低的預(yù)選截止頻率點(diǎn)，從5Hz到小于1Hz的范圍。根據(jù)沖擊及振動(dòng)測(cè)試應(yīng)用的要求來(lái)決定如何選擇加速度計(jì)的低頻響應(yīng)。一個(gè)非常好的慣例就是選擇低頻截止點(diǎn)時(shí)要考慮周到。如果低頻截止頻率點(diǎn)小于1Hz，測(cè)量誤差有可能是加速度計(jì)的熱電效應(yīng)產(chǎn)生的輸出，參見(jiàn)以下章節(jié)。

環(huán)境因素

為了保證加速度測(cè)量的準(zhǔn)確性，必須考慮一定的環(huán)境影響。這些環(huán)境因素包括溫度瞬變，安裝條件及沖擊測(cè)試應(yīng)用中出現(xiàn)的共振頻率激勵(lì)。

溫度瞬變

壓電加速度計(jì)有一個(gè)特性，當(dāng)晶體的溫度發(fā)生變化時(shí)它會(huì)產(chǎn)生輸出。幾乎在所有的測(cè)試應(yīng)用中，加速度計(jì)的溫度都是在幾秒或幾分鐘的周期內(nèi)逐步發(fā)生變化。因此，熱電效應(yīng)產(chǎn)生的輸出沒(méi)法被檢測(cè)，因?yàn)榇蟛糠址糯笃鞑](méi)有足夠的低頻響應(yīng)性能來(lái)檢測(cè)這個(gè)緩慢變化的熱電輸出。熱電輸出信號(hào)僅僅包含了相當(dāng)?shù)偷牡皖l分量，通常小于1Hz。然而，如果放大器可以通過(guò)這些低頻信號(hào)或者這些熱電輸出足夠大到可以使放大器過(guò)載，那么就必須考慮這些熱電輸出信號(hào)，因此在熱電輸出信號(hào)出現(xiàn)的這段時(shí)間要使放大器不起作用。壓電晶體的這個(gè)熱電輸出特性是眾所周知，任何具體的加速度計(jì)-放大器組合在特定溫度條件下的熱電輸出是可以實(shí)驗(yàn)性地確定大小。

總共有3種類型的熱電輸出。主要型熱電輸出是因?yàn)橥ㄟ^(guò)晶體的均勻溫度發(fā)生變化產(chǎn)生的電荷。次要型熱電輸出是因?yàn)榫w均勻溫度變化引起晶體尺寸變化產(chǎn)生的壓電電荷。第三位的熱電輸出是因?yàn)榫w的溫度梯度產(chǎn)生的晶體壓電輸出。當(dāng)晶體被約束防止尺寸變化的情況下才會(huì)出現(xiàn)單純的主要型熱電輸出。相反地，當(dāng)晶體沒(méi)有被約束的情況下，會(huì)出現(xiàn)單純的次要型及第三位熱電輸出。主要型熱電輸出僅出現(xiàn)在垂直于晶體極化方向的晶體表面。反之，次要型及第三位熱電輸出出現(xiàn)在晶體的電極表面，無(wú)論它的極化方向。剪切型加速度計(jì)設(shè)計(jì)使電極表面不在晶體極化的方向，因此，剪切型加速度計(jì)不會(huì)產(chǎn)生主要型熱電輸出，通常來(lái)講它受溫度變化產(chǎn)生的影響要小于產(chǎn)生熱電輸出的壓縮型加速度計(jì)。所有的陶瓷晶體產(chǎn)生次要型熱電輸出。然而P-2晶體（石英）僅僅產(chǎn)生第三位熱電輸出。因此，放大器設(shè)計(jì)使用低于1Hz頻率的測(cè)試中應(yīng)優(yōu)先使用石英型加速度計(jì)。在測(cè)試相當(dāng)長(zhǎng)脈寬的沖擊運(yùn)動(dòng)測(cè)試應(yīng)用中需要這類放大器。在大部分的沖擊及振動(dòng)測(cè)試應(yīng)用中，常用到低頻截止頻率點(diǎn)接近或高于3Hz的放大器，它們不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)闊犭娸敵霎a(chǎn)生的誤差。

安裝條件

測(cè)試加速度計(jì)的共振頻率時(shí)，通常使用堅(jiān)固鋼質(zhì)螺釘它使加速度計(jì)的基座和測(cè)試結(jié)構(gòu)的安裝表面直接連接。當(dāng)加速度計(jì)基座和測(cè)試結(jié)構(gòu)的安裝表面之間使用絕緣安裝螺釘或堅(jiān)硬的輔助夾具連接時(shí)，它的共振頻率會(huì)降低。共振頻率大約降低15%。由于大部分加速度計(jì)的共振頻率接近或超過(guò)30KHz，所有共振頻率的這個(gè)變化并沒(méi)有顯著地影響低于5KHz的頻率響應(yīng)。當(dāng)沖擊及振動(dòng)測(cè)試的頻率分量超過(guò)5KHz時(shí)，校準(zhǔn)加速度計(jì)的頻率響應(yīng)時(shí)，應(yīng)該使用測(cè)試中實(shí)際的螺釘或夾具。此外，注意要盡量避免使用任何夾具除非它是堅(jiān)硬的。

當(dāng)加速度計(jì)或測(cè)試結(jié)構(gòu)的安裝表面出現(xiàn)很大的應(yīng)力時(shí)，加速度計(jì)的外殼會(huì)明顯得變形。這些應(yīng)力有可能是機(jī)械負(fù)載或不均勻溫度產(chǎn)生的。這些應(yīng)力對(duì)加速度計(jì)性能的影響是使用振動(dòng)的橫梁來(lái)得到的，它的曲率半徑為1000英寸，彎曲應(yīng)力為250微英寸/英寸。這些測(cè)試條件是在美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)和美國(guó)儀表協(xié)會(huì)中的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。大部分的剪切型加速度計(jì)的應(yīng)變靈敏度是相當(dāng)小的，在大部分的測(cè)試應(yīng)用中，安裝應(yīng)力的影響可以忽略。壓縮型加速度計(jì)的應(yīng)力靈敏度有時(shí)是非常明顯的。高性能的加速度計(jì)比如相當(dāng)高共振頻率計(jì)相當(dāng)高加速度值的加速度計(jì)通常比其它加速度計(jì)更容易受應(yīng)力環(huán)境的影響。測(cè)試應(yīng)用中當(dāng)測(cè)試結(jié)構(gòu)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)表面應(yīng)力接近或超過(guò)250微英寸/英寸，可以考慮使用絕緣安裝螺釘或堅(jiān)固的夾具作為應(yīng)力過(guò)濾器。這個(gè)預(yù)防措施僅僅在某些使用高性能加速度計(jì)測(cè)量低加速度值應(yīng)用中考慮使用。針對(duì)這種應(yīng)用更好的解決方案就是選擇高振動(dòng)靈敏度同時(shí)低應(yīng)力靈敏度的加速度計(jì)。

共振頻率激勵(lì)

加速度值從10000g~100000g的沖擊測(cè)試應(yīng)用中的加速度計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)要求非?？量獭＿@些高加速度值沖擊的脈寬是相當(dāng)短的。此外，脈沖的上升時(shí)間經(jīng)常小于5μs。這個(gè)沖擊運(yùn)動(dòng)可以激發(fā)測(cè)試結(jié)構(gòu)的共振頻率從而產(chǎn)生高加速度值振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這個(gè)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)可能發(fā)生在接近加速度計(jì)共振頻率的頻率點(diǎn)。由于加速度計(jì)是弱阻尼，因?yàn)闇y(cè)試結(jié)構(gòu)這個(gè)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的輸出可能大于沖擊運(yùn)動(dòng)的輸出。經(jīng)驗(yàn)指出在這些測(cè)試環(huán)境下，有時(shí)加速度計(jì)的輸出在沖擊運(yùn)動(dòng)結(jié)束后不能歸零。零點(diǎn)漂移的原因起源于加速度計(jì)。測(cè)試加速度值接近或超過(guò)50000g的應(yīng)用中要完全消除這個(gè)問(wèn)題還需要額外的研究與研發(fā)。通常10000g加速度的測(cè)試可以通過(guò)選擇合適的加速度計(jì)來(lái)避免這些誤差。沖擊測(cè)試應(yīng)用優(yōu)先選擇低靈敏度加速度計(jì)。

聲學(xué)靈敏度

聲場(chǎng)對(duì)壓電加速度計(jì)的影響在Peters 的那些記錄中有詳細(xì)討論。有些加速度計(jì)的設(shè)計(jì)已經(jīng)被廢棄了，但是還有在使用的，它們?cè)诼晧航咏?80db的水平時(shí)有非常顯著的輸出。然而，最近幾年的大部分加速度計(jì)的聲場(chǎng)響應(yīng)都是非常小的。方便實(shí)用的目的，大部分聲場(chǎng)引起的輸出可以忽略。

很早之前壓電加速度計(jì)聲場(chǎng)響應(yīng)測(cè)試取得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)其實(shí)包含了施加在加速度計(jì)上的加速度產(chǎn)生的輸出。最近在混響室進(jìn)行的測(cè)試顯示加速度計(jì)的實(shí)際聲場(chǎng)響應(yīng)比其它測(cè)試技術(shù)得到的數(shù)據(jù)小很多。通過(guò)把加速度計(jì)安裝到一個(gè)很大質(zhì)量塊同時(shí)使用屏蔽聲場(chǎng)的另外一個(gè)加速度計(jì)來(lái)修正殘余的加速度輸出這樣來(lái)最小化加速度帶來(lái)的影響。這個(gè)測(cè)試技術(shù)可以在3000Hz頻率之前得到實(shí)際的加速度計(jì)聲場(chǎng)響應(yīng)。在更高頻率點(diǎn)，測(cè)試結(jié)果表明聲場(chǎng)響應(yīng)輸出大于理論預(yù)測(cè)值。然而，聲場(chǎng)響應(yīng)輸出對(duì)于單端壓縮型加速度計(jì)及剪切型加速度計(jì)來(lái)說(shuō)仍然可以忽略不計(jì)，這些加速度計(jì)的外殼沒(méi)有和壓電元件沒(méi)有直接機(jī)械連接。Peters指出在加速度計(jì)的聲場(chǎng)測(cè)試中，高頻頻率點(diǎn)有大的輸出是不可避免的。加速度計(jì)的聲場(chǎng)響應(yīng)僅在低頻點(diǎn)可以更好地通過(guò)測(cè)試確定，而在高頻點(diǎn)通過(guò)理論計(jì)算確定。

雜散電場(chǎng)

在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的沖擊及振動(dòng)測(cè)試可以消除雜散電場(chǎng)的影響。選擇足夠靈敏度的加速度計(jì)及放大器同時(shí)稍加注意避免出現(xiàn)接地回路就可以很容易地避免過(guò)多的誤差，

在飛行應(yīng)用中使用的傳感器系統(tǒng)指定要求進(jìn)行常用廣播頻率干擾測(cè)試。為了滿足這些規(guī)格的要求，只需要注意一下配套放大器的設(shè)計(jì)。

在許多飛行應(yīng)用中，更重要的誤差是加速度計(jì)和放大器之間使用的長(zhǎng)電纜或把數(shù)據(jù)傳送到儀表的長(zhǎng)電纜帶來(lái)的。大型導(dǎo)彈及航天器運(yùn)載火箭的飛行測(cè)試中，電纜長(zhǎng)度達(dá)到100英尺很普遍。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中使用長(zhǎng)電纜也會(huì)出現(xiàn)同樣的狀況。必須注意避免加速度計(jì)及放大器安裝表面上的雜散電場(chǎng)帶來(lái)的測(cè)量誤差?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)電纜和放大器進(jìn)行合適地接地和屏蔽技巧來(lái)最小化這些誤差。當(dāng)然也有必要使用和安裝表面電絕緣的加速度計(jì)。絕緣安裝螺釘也可以成功的解決這個(gè)問(wèn)題。此外，還有一些加速度計(jì)內(nèi)部已經(jīng)和安裝表面電絕緣。為了保持安裝表面和加速度計(jì)輸出端子之間的高電阻，非常有必要使要壓電晶體元件和安裝表面之間的耦合電容最小。使用信號(hào)輸出端、信號(hào)地線與安裝表面之間低電容的加速度計(jì)可以使測(cè)量誤差最小。

機(jī)械阻抗

和十年前相比，現(xiàn)在更多實(shí)驗(yàn)者正在進(jìn)行機(jī)械阻抗測(cè)試。盡管可以通過(guò)隨機(jī)振動(dòng)或沖擊運(yùn)動(dòng)激勵(lì)來(lái)進(jìn)行機(jī)械阻抗測(cè)量，但是使用正弦振動(dòng)激勵(lì)更加簡(jiǎn)單。不過(guò)進(jìn)行正弦振動(dòng)測(cè)量機(jī)械阻抗時(shí)，采取一定的預(yù)防措施還是很有必要。

必須注意不要改變被測(cè)結(jié)構(gòu)的邊界條件。現(xiàn)場(chǎng)安裝機(jī)械阻抗頭的測(cè)試結(jié)構(gòu)的橫切面積及重量必須等于或盡可能大于阻抗頭和振動(dòng)臺(tái)的組合尺寸及重量。當(dāng)在高頻頻率點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，阻抗頭和測(cè)試結(jié)構(gòu)之間使用的夾具盡可能小。如果測(cè)試結(jié)構(gòu)在2000Hz高頻點(diǎn)還表現(xiàn)為一個(gè)堅(jiān)硬的質(zhì)量塊，那么還是避免使用任何夾具。

從機(jī)械阻抗頭出來(lái)的力及加速度輸出都是經(jīng)過(guò)過(guò)濾的。為了取得經(jīng)驗(yàn)同時(shí)驗(yàn)證大小及相位測(cè)量的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行實(shí)際的機(jī)械阻抗測(cè)試之前，可以先在小的堅(jiān)固的質(zhì)量塊上進(jìn)行測(cè)試練習(xí)，這是一個(gè)很好的慣例。另外值得去做的就是通過(guò)測(cè)試橫梁來(lái)驗(yàn)證儀表的動(dòng)態(tài)范圍，特別是那些實(shí)驗(yàn)者之前沒(méi)有使用測(cè)試系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)的這種情況。

總結(jié)

準(zhǔn)確的加速度測(cè)量可以通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室周期性地例行正弦振動(dòng)及沖擊運(yùn)動(dòng)校準(zhǔn)來(lái)保證。此外，在比較復(fù)雜的測(cè)試應(yīng)用中，如果有可能存在不正確或不可靠的電氣連接，那么進(jìn)行電激勵(lì)的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)是期望的。

在某些測(cè)試應(yīng)用中，有必要考慮一下不利環(huán)境帶來(lái)的影響。溫度瞬變和安裝條件造成的測(cè)量誤差可以通過(guò)選擇合適的加速度計(jì)和配套的電子設(shè)備來(lái)避免。

加速度值接近或超過(guò)50000g的沖擊測(cè)試應(yīng)用對(duì)儀表和加速度計(jì)要求非常苛刻。為了使這類測(cè)試更加容易還需要更多的研究及研發(fā)。對(duì)于加速度值低于10000g的沖擊測(cè)試，可以通過(guò)選擇合適的儀表和加速度計(jì)來(lái)避免不必要的測(cè)量誤差。

盡管隨機(jī)振動(dòng)和沖擊測(cè)試的方法可以測(cè)量機(jī)械阻抗，但是使用正弦振動(dòng)激勵(lì)進(jìn)行機(jī)械阻抗測(cè)量更加準(zhǔn)確。選擇夾具和振動(dòng)臺(tái)時(shí)要注意避免改變測(cè)試結(jié)構(gòu)的邊界條件。另外，如果用戶之前沒(méi)有使用阻抗頭和配套電子設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)，那么測(cè)試小的堅(jiān)固質(zhì)量塊和柔性梁的機(jī)械阻抗是一個(gè)很好的練習(xí)。