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振动控制仪监测通道的饱和截止现象

2024-08-02 15:40:38·  来源：振动试验学习笔记  
　

在振动试验中，监测通道的曲线经常会出现如下图1所示被截止的现象，特别是对于大量级（控制加速度比较大）、尺寸大机械结构复杂的试验体，且监测通道的加速度比较大（100G以上）的时候。这种现象称为监测通道的饱和截止现象（saturation）。


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图1 监测通道的饱和截止曲线


在分析问题产生原因之前，先了解一下加速度信号的路径，加速度传感器采集加速度信号，经前置电荷放大器变换为电压信号，再通过振动控制仪的信号处理，将加速度信号显示在屏幕上。本文针对电荷型加速度传感器，且振动控制仪内藏前置电荷放大器进行说明。


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图2 常见振动控制仪内藏前置电荷放大器输入通道


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图3 加速度信号路径


图3中，灵敏度和输入通道电压量程是非常需要我们引以重视的两个概念，前两个灵敏度决定加速度信号的电压大小，输入通道电压量程则决定显示输入通道最大的加速度大小。比如，下面的一个扫频耐久试验，


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此时，我们可以计算得到，监测输入通道的加速度最大输入电压为


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


显然，满足输入通道电压量程±10V，振动控制仪电脑屏幕也就能正常的进行显示。但是，如果电荷放大器灵敏度选择为10mV/（pC），则监测通道的加速度最大输入电压变为±27.85V，大于±10V，也就不能正确的得到加速度信号，振动控制仪也就只能放弃，出现饱和截止现象。另外，如果选择的加速度传感器灵敏度过大，比如21.03pC/（m/s2），电荷放大器灵敏度1mV/（pC），输入电压为10.515V，同样也会出现饱和截止现象。


通过上面的分析，可以看出，产生这种现象的原因主要有，


1 针对试验加速度量级，加速度传感器选型不当。


2 电荷放大器的灵敏度设置错误。


3 其他原因，传感器安装方向不当、传感器损坏、振动控制仪仪器损坏etc.。


以上现象在初次接触振动试验的工程师身上或在大试验体的共振点探查试验中经常出现。建议在试验前根据试验条件，预估一下监测输入通道的最大加速度，按照上述方法计算一下，进行正确的设置。当然，如果经费充足，多准备几个不同量级的灵敏度加速度传感器。试验量级加速度小的时候，选灵敏度偏大的传感器；试验量级加速度大的时候，选择灵敏度偏小的加速度传感器。


另外，饱和截止图像可以用来鉴别振动控制仪的优异。如图4，在共振点探查试验中人为构现饱和截止现象，可以看到并非是一条直线，而是类似于一个圆弧的形状，其实这就涉及到振动控制仪内部信号处理方法细节问题。个人观点，仅供参考。


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图4 真实饱和截止图像

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