三向加速度计专用磁座研制

　　1　问题的提出

　　微振动测试中,在“微加速度测试系统[1]”的基础上,笔者解决了传感器干扰的问题,并通过试验验证了测试系统的可靠性[3],测试项目从原来的单向微加速度测试(某大型国防工程的微振动测试),向“平动位移”、“转角测试”及“三向振动”测试发展,这些测试的前提是必须对微加速度进行三个方向的准确测量。

　　由于被测件属于精密、贵重的仪器或设备,在微振动测试中,不允许使用任何粘胶剂,因此,有相当一部分测点的传感器需要使用磁座进行过渡。传统的磁座在振动测试中只能测试垂直于指定测点位置方向的振动,对于要求在指定测点位置上进行两个或三个方向测量的问题,过去采用在指定测点附近一个较大范围内进行三个方向的测量,如图1所示(圆度测量仪三向测试实况),但这种测试方法的缺点是在指定的测点位置上,只有一个方向的测量是准确的,另外两个方向的测量会存在因物理上的位置差异造成测量准确性的降低。为了减小测量上的误差,在测试条件许可的前提下,可采用加一刚性“过渡块”的方法进行微加速度多方向测量,测试方法如图2所示(球面测量仪平台三向测试实况)。考虑振动对测试的影响,应使用质量较大的过渡块,加之采用CA-YD-109A型加速度传感器[4],在三向测试时,三个加速度计连同过渡块的质量为4kg左右,这就要求被测件必须是一个较重的试件,而且刚性较好。但这样的要求不是所有被测件都能满足,如防微振屏蔽箱厚只有5mm,不能承受大于2kg的附加质量。为此,本文介绍三向加速度计专用磁座,以满足测试要求。

　　2　加速度传感器磁座原理简述

　　加速度计磁座[5, 6]设计加工中,传感器磁座中磁铁部分采用永久磁铁。由于使用闭合磁路,因此在加速度传感器与磁座连接处实际没有磁场。目前,人们普遍使用的加速度传感器磁座都是单向的,磁座的磁吸力在8kgf左右,质量为30g。加速度传感器磁座在使用时非常简单,只需将磁座吸附在被测试件的铁质平面上并对准需测试的方向,再将加速度传感器安装在磁座上,即可完成整个传感器的安装又不破坏被测表面(含油漆),这就是加速度传感器磁座在低频、低量级试验测试中经常被使用的原因。

　　3　三向加速度传感器磁座的研制

　　为了克服单向加速度计磁座在实际测量中的不足,提高测试数据的准确性,在充分调研与分析的基础上,经过多次试验,对原单方向磁座进行改进,使其在测试准确度上有了较大的提高。改进后的磁座取名为“三向加速度计专用磁座”。传感器安装面的大小是按照109A传感器设置的,只要加速度传感器的安装面积小于109A传感器的安装面积,都可以使用该三向加速度计专用磁座。同时三向加速度计专用磁座的磁吸力在32kgf左右(使用了4组磁铁,磁吸力是单向加速度计磁座的4倍)。由三向磁座的使用,在实际工况测试中对指定测点位置,从原来一个方向的测量改变成可同时进行两个或三个方向的测量。改进后的三向加速度计专用磁座的结构如图3所示,实物照片如图4所示。磁座部分是钢套加磁铁,与传感器连接部分则采用硬铝,这样的结构设计主要是为了降低三向加速度计专用磁座的质量(每个三向加速度计专用磁座的质量为300g)。在同一测点上可同时测量X、Y、Z三个方向,用这种方法测量可得到在相同的物理位置、相同工况、相同时间条件下的测试数据,实际工况测量如图5所示(该图展示三向加速度计专用磁座在中科院水科所土工离心机大臂端点上三向加速度测试的实况),使微振测试技术与测试精度有了进一步的提高。该方法现已在Endevco公司生产的2228C型传感器三向振动测量中得到应用。