[发明专利]适合于振动/波动测试的传感器耦合装置及阻尼调试方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器耦合装置及阻尼调试方法，尤其涉及适合于振动/波动测试的传感器耦合装置及阻尼调试方法。

背景技术

在对振动、波动的测试中，由传感器拾取被测结构的振动信号是目前最为主流的方式，传感系统(包括传感器、耦合方式)对测试信号有着最为直接的影响。

传感器的主要指标有质量、灵敏度、频响范围、固有频率、横向灵敏度、温度范围以及抗冲击性等指标。其中最为重要的指标为传感器的质量、灵敏度、频响范围。对于传感器的质量，如果加速度计的动态质量接近被测结构物的动态质量，则会使振动产生明显的衰减和频率的下降。但是，传感器的质量与灵敏度往往成正比，因此，在满足灵敏度的条件下，应尽量选用质量小的传感器。再者，对于测试信号而言，当然是灵敏度越高越好，但灵敏度高的传感器一般质量大、频响范围窄。对于频响范围，一般指频响特性曲线中平坦的部分(如图3所示)，对于频率在该范围中的振动信号，传感器的输入值与振动幅值的比例一定，一般来说，共振频率越高的传感器，频响范围越宽，但灵敏度也越低。

现有传感器的耦合方式主要有螺栓固定式、磁性卡座式、强力粘接式、弱力粘接式、探针压着式以及按压压着式。对于螺栓固定式，其固定最为牢靠，频响特性稳定，但需要在被测体上钻孔，不仅操作费时费力，而且对被测体有一定的损伤。对于磁性卡座式固定方法，由于要在测试面上涂油，表面状态较好的条件下，效果与螺栓固定相近，但仅适用于铁质被测体。对于强力粘接式的固定方法，传感器粘在被测体上进行测试，如果表面状态良好，其固定效果与螺栓固定接近，但由于胶体厚度对频响特性影响大，测试效率较低。采用弱力粘接式的方法将传感器粘在被测体上进行测试，测试作业相对简单，但仅适用于测试对象频率较低的场合，而且频响特性不稳定。采用探针式压着测试方式虽可适用于狭窄部位，但有效测试范围在1kHz以下，只适用于低频信号测试。采用人工或机械的按压方式虽测试作业最为简单，效率和适用性最高，但压着力度对频响特性有影响，而且传感器与被测体的接触状态难以保障。

综上所述，各类固定方式均有明显的缺陷，特别是对于交通、铁道、水利等大体积混凝土结构进行动力检测和测试时，由于测试对象面积大，被测体无磁性且被测体表面比较粗糙、不少场合中还有水分等，使得上述螺栓、磁性卡座、弱力粘结以及探针式均不适用于此类被测体，而强力粘结式在被测体表面有水分的情况下也难以适用，只能采用按压式固定方式。按压式固定方式一般直接用手将传感器按压在被测体的表面上，测试结果容易受按压力度影响且传感器与被测体表面接触状态也不易保障，再者，现有采用传感器支座固定传感器的方式对测试系统的频响特性有较大的影响，无法保证测试精度。

发明内容

为解决现有的传感器系统频响特性不稳定、测试效率较低等缺陷，本发明特提供一种适合于振动/波动测试的传感器耦合装置及阻尼调试方法。

本发明的技术方案如下：

适合于振动/波动测试的传感器耦合装置，包括头套、设置在头套中的卡座以及固定在头套下端的底座，头套、卡座均为空腔结构，头套下端开口，卡座上下表面均开口，卡座卡设在头套的内腔中；卡座内壁上涂抹有与传感器相连的耦合剂；所述底座上表面开设有供传感器下端穿过的孔。还包括设置在卡座的外壁与头套的内壁间的耦合剂。在测试时，将传感器嵌入本方案的卡座中，并使传感器下端穿过底座上的孔，卡座的设置对传感器提供了一个侧向阻尼并对其侧向位移加以限制。填充在卡座内壁与传感器之间的耦合剂相对于现有的将耦合剂涂抹在传感器和被测体之间的耦合方式相比，增加了传感器与传感器耦合装置的接触粘性，在不降低测试系统刚性的前提下，减小了动态误差。

进一步地，还包括设置在头套中的弹簧以及橡胶垫片，弹簧的一端与头套上顶部相连，另一端与橡胶垫片相连。在测试时，将嵌入卡座中的传感器与橡胶垫片相连，传感器将在自身重力与弹簧弹力的作用下提供稳定的按压力度。再者，弹力的作用也将稳固传感器并限制其底部漏出长度，避免手按过程中因力度变换、抖动等引起传感器的自身输出信号导致测试结果不准。

进一步地，所述底座与头套下端螺纹连接。在本方案中，当用手将传感器耦合装置与传感器同时按压在被测物表面时，底座承载了手按的力量，而传感器本身只受到了弹力弹簧和橡胶垫的按压力，不受手按力量的影响，同时与头套下端螺纹连接的底座也增加了传感器与被测物表面的接触面积，减小了因手抖导致的传感器与被测物表面接触不良的缺陷。

为了测试系统阻尼是否达到所需的阻尼比，发明人进一步地提出适合于振动/波动测试的传感器耦合装置的阻尼调试方法，包括以下步骤：