??? 在振動(dòng)基礎(chǔ)篇系列文章里，我們討論了如何利用振動(dòng)理論進(jìn)行激勵(lì)響應(yīng)的求解分析。研究對(duì)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(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)對(duì)這些因素的準(zhǔn)確程度進(jìn)行分析驗(yàn)證。

??? 通過研究對(duì)象物理特性（模型、質(zhì)量、剛度、阻尼等參數(shù)和邊界約束）進(jìn)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(dòng)理論的正向研究過程；而振動(dòng)測(cè)試技術(shù)是振動(dòng)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(duì)象的振動(dòng)位移、振動(dòng)速度、振動(dòng)加速度這些響應(yīng)信號(hào)從振動(dòng)系統(tǒng)中檢測(cè)出來，需要將這些振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭商幚淼臋C(jī)械、光學(xué)和電信號(hào)。由于電信號(hào)易于傳輸、調(diào)理、分析和顯示，因此市面上振動(dòng)傳感器的輸出一般均為電信號(hào)的形式。

工程振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)是一般包含被測(cè)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(dòng)測(cè)量系統(tǒng)原理框圖如下所示：

現(xiàn)在已經(jīng)對(duì)工程振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)有了初步印象，下面進(jìn)入本次討論的一個(gè)很有意思主題：振動(dòng)傳感器為什么能夠測(cè)量振動(dòng)？
1. 問題的引入

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

先不討論這個(gè)問題，試想一下另外一個(gè)場(chǎng)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(yuǎn)去。由于我們的屁股和駿馬相對(duì)靜止，若想獲得駿馬和我們屁股的前進(jìn)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(gè)例子可以看出需要一個(gè)靜止參考系才能獲得設(shè)備運(yùn)動(dòng)信息。但是回想下我們?cè)诠こ虒?shí)際測(cè)量時(shí)，并沒有尋找絕對(duì)靜止的參考系，而是膠水一粘，將振動(dòng)傳感器安裝在被測(cè)設(shè)備上。那么問題來了，這個(gè)時(shí)候我們測(cè)得的振動(dòng)是被測(cè)設(shè)備真的振動(dòng)嗎，或者設(shè)備振動(dòng)測(cè)試結(jié)果能夠滿足工程偏差嗎？不知道這個(gè)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(huì)存在了。
為解答此問題，下文首先分析學(xué)習(xí)相對(duì)式和慣性式兩類振動(dòng)傳感器，簡(jiǎn)要說明振動(dòng)傳感器測(cè)量振動(dòng)的方法，然后給出振動(dòng)傳感器選型時(shí)需要注意的參數(shù)。
2. 相對(duì)式和慣性式振動(dòng)傳感器

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

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

??? 慣性式機(jī)械接收傳感器能夠測(cè)量振動(dòng)的原因可以參考“[振動(dòng)基礎(chǔ)篇]3.固有頻率VS共振頻率，傻傻分不清楚？”一文。此時(shí)將被測(cè)設(shè)備的振動(dòng)作為激勵(lì)，上圖綠色方框標(biāo)注的就是一個(gè)典型的有阻尼單自由度彈簧系統(tǒng)。
? 下面通過受力分析簡(jiǎn)要說明慣性式機(jī)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(jiǎn)單起見，可認(rèn)為振動(dòng)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(lì)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(dòng)，一部分是受迫振動(dòng)。由于阻尼的存在，自由衰減振動(dòng)部分會(huì)很快衰減。自由衰減振動(dòng)部分消失之后，就進(jìn)入穩(wěn)定的等幅受迫振動(dòng)狀態(tài)，也是受迫振動(dòng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。

??? 到此我們獲得了受迫振動(dòng)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(dòng)頻率遠(yuǎn)小于彈簧系統(tǒng)固有頻率時(shí)，振幅放大系數(shù)約為1，可認(rèn)為此時(shí)彈簧振動(dòng)加速度等于被測(cè)設(shè)備的加速度，這也是振動(dòng)傳感器能夠測(cè)量振動(dòng)的原因所在。

3. 振動(dòng)傳感器主要技術(shù)指標(biāo)

??? 現(xiàn)在我們對(duì)振動(dòng)傳感器的工作原理已經(jīng)有了初步認(rèn)識(shí)，在工程選擇振動(dòng)傳感器型號(hào)時(shí)，有以下幾個(gè)指標(biāo)需要重點(diǎn)關(guān)注：
電壓靈敏度：?jiǎn)挝粸閙V/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(dòng)加速度輸入可產(chǎn)生10mV的電壓信號(hào)；電壓靈敏度越大，后端調(diào)理采樣回路就越簡(jiǎn)單。

分辨率：?jiǎn)挝粸閙s-2，表示能夠測(cè)量的最小加速度變化。
頻率范圍：?jiǎn)挝粸镠z，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(dòng)頻率需要遠(yuǎn)小于彈簧系統(tǒng)固有頻率，因此可測(cè)頻率范圍越小。
加速度范圍：?jiǎn)挝粸閙s-2，可測(cè)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(dòng)是個(gè)交流信號(hào)，振動(dòng)傳感器的輸出是在直流偏置電壓上疊加這個(gè)交流信號(hào)，偏置電壓一般為12-14V。