??? 在振動基礎(chǔ)篇系列文章里，我們討論了如何利用振動理論進行激勵響應(yīng)的求解分析。研究對象準(zhǔn)確的質(zhì)量、剛度、阻尼等參數(shù)和邊界約束條件是正確求解的基礎(chǔ)，因此有必要通過工程振動測試實驗對這些因素的準(zhǔn)確程度進行分析驗證。

??? 通過研究對象物理特性（模型、質(zhì)量、剛度、阻尼等參數(shù)和邊界約束）進行模態(tài)特性（模態(tài)模型、模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度、模態(tài)阻尼等）和響應(yīng)特性分析（響應(yīng)模型、位移、速度、加速度等）是振動理論的正向研究過程；而振動測試技術(shù)是振動理論的逆向思維，通過響應(yīng)特性反推物理特性和模態(tài)特性。為將研究對象的振動位移、振動速度、振動加速度這些響應(yīng)信號從振動系統(tǒng)中檢測出來，需要將這些振動信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭商幚淼臋C械、光學(xué)和電信號。由于電信號易于傳輸、調(diào)理、分析和顯示，因此市面上振動傳感器的輸出一般均為電信號的形式。

工程振動測量系統(tǒng)是一般包含被測設(shè)備、傳感器、數(shù)據(jù)采集及調(diào)理裝置、數(shù)據(jù)分析處理裝置四部分。工程典型振動測量系統(tǒng)原理框圖如下所示：

現(xiàn)在已經(jīng)對工程振動測試系統(tǒng)有了初步印象，下面進入本次討論的一個很有意思主題：振動傳感器為什么能夠測量振動？
1. 問題的引入

??? 你可能會反問振動傳感器為什么不能測量振動？就像電壓傳感器可以測量電壓，電流傳感器可以測量電流，轉(zhuǎn)速傳感器可以測量速度一樣，振動傳感器測量振動不是天經(jīng)地義的事嗎？

先不討論這個問題，試想一下另外一個場景。想象一下，喂馬劈柴、周游世界。坐在馬背上，欣賞自然界崇山峻嶺、河流湖泊，看身旁樹木嗖嗖的離我們遠去。由于我們的屁股和駿馬相對靜止，若想獲得駿馬和我們屁股的前進速度，必須以靜止的樹木為參照物。

??? 前文圖中病人必須保持安靜，醫(yī)生才能通過聽診器得到病人準(zhǔn)確的心跳和脈搏信息。從這兩個例子可以看出需要一個靜止參考系才能獲得設(shè)備運動信息。但是回想下我們在工程實際測量時，并沒有尋找絕對靜止的參考系，而是膠水一粘，將振動傳感器安裝在被測設(shè)備上。那么問題來了，這個時候我們測得的振動是被測設(shè)備真的振動嗎，或者設(shè)備振動測試結(jié)果能夠滿足工程偏差嗎？不知道這個問題大家有沒有思考過，假裝微笑一下。問題的答案當(dāng)然是肯定的，否則BK(HBM)、PCB等這類公司就不會存在了。
為解答此問題，下文首先分析學(xué)習(xí)相對式和慣性式兩類振動傳感器，簡要說明振動傳感器測量振動的方法，然后給出振動傳感器選型時需要注意的參數(shù)。
2. 相對式和慣性式振動傳感器

?????? 我們常用的振動傳感器是將振動信號轉(zhuǎn)換為電信號，那么它就包括機械接收和機電變換兩部分。機電變換是將原始機械振動轉(zhuǎn)換為電壓或者電荷等電信號，還包含信號調(diào)理和放大部分，不屬于本次研究的范圍。按照機械接收方法不同，振動傳感器又分為相對式和慣性式兩類，如下圖所示。

? 由上可知，相對式機械接收振動傳感器所測得的結(jié)果是被測設(shè)備相對于基準(zhǔn)面的相對振動，就像高速公路上的測速雷達一樣，測的是汽車相對于靜止公路的絕對速度。絕對速度，原理簡單明了；但是如果不方便或者無法找到靜止參考點，就不能利用相對式機械測量振動，比如地震時地面和大樓的擺動、行駛中的汽車轉(zhuǎn)向抖動、白車身振動等等，這時就必須采用慣性式機械接收振動傳感器。

??? 慣性式機械接收傳感器能夠測量振動的原因可以參考“[振動基礎(chǔ)篇]3.固有頻率VS共振頻率，傻傻分不清楚？”一文。此時將被測設(shè)備的振動作為激勵，上圖綠色方框標(biāo)注的就是一個典型的有阻尼單自由度彈簧系統(tǒng)。
? 下面通過受力分析簡要說明慣性式機械接收傳感器的工作原理。彈簧靜變形產(chǎn)生的彈性力和重力大小相等，方向相反；簡單起見，可認為振動傳感器里面質(zhì)量塊僅受阻尼力、彈性力、牽連慣性力的作用。
在受迫激勵下，彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的解由兩部分組成，一部分是自由衰減振動，一部分是受迫振動。由于阻尼的存在，自由衰減振動部分會很快衰減。自由衰減振動部分消失之后，就進入穩(wěn)定的等幅受迫振動狀態(tài)，也是受迫振動的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。

??? 到此我們獲得了受迫振動下系統(tǒng)的響應(yīng)。為更清晰明了，可以畫出不同的阻尼比（0到2）、頻率比（橫軸）和振幅放大系數(shù)（縱軸）之間的關(guān)系。

??? 由上可知，當(dāng)振動頻率遠小于彈簧系統(tǒng)固有頻率時，振幅放大系數(shù)約為1，可認為此時彈簧振動加速度等于被測設(shè)備的加速度，這也是振動傳感器能夠測量振動的原因所在。

3. 振動傳感器主要技術(shù)指標(biāo)

??? 現(xiàn)在我們對振動傳感器的工作原理已經(jīng)有了初步認識，在工程選擇振動傳感器型號時，有以下幾個指標(biāo)需要重點關(guān)注：
電壓靈敏度：單位為mV/ms-2（或mV/g），有1、10、50、100、1000等規(guī)格；常用的為10 mV/ms-2，表示1 ms-2的振動加速度輸入可產(chǎn)生10mV的電壓信號；電壓靈敏度越大，后端調(diào)理采樣回路就越簡單。

分辨率：單位為ms-2，表示能夠測量的最小加速度變化。
頻率范圍：單位為Hz，電壓靈敏度越大，彈簧質(zhì)量塊越大，固有頻率越??；根據(jù)上文分析結(jié)果，振動頻率需要遠小于彈簧系統(tǒng)固有頻率，因此可測頻率范圍越小。
加速度范圍：單位為ms-2，可測加速度最大值與電壓靈敏度的乘積固定為5V。換句話說，加速度范圍與電壓靈敏度呈反比關(guān)系，加速度范圍隨著電壓靈敏度的增加而減小。
直流偏置電壓：振動是個交流信號，振動傳感器的輸出是在直流偏置電壓上疊加這個交流信號，偏置電壓一般為12-14V。