加速度计安装方法：类型、效果和解决方案

加速度计安装方法：螺柱、粘合剂、磁性

一般来说，有三种主要的安装方法，即螺柱安装、粘合剂安装和磁性安装，我们将在下面简要介绍每种方法。 

螺柱安装

只要有可能，在物体上钻一个孔，然后用螺钉将传感器固定到被测设备 (DUT) 上。

螺柱安装提供了坚固的机械连接，并且能够将物体的高频振动传递到传感器。

图 1显示了如何使用螺柱安装将压电加速度计固定到被测设备上。

图 1.安装螺柱的压电加速度计示例。

使用螺柱安装时，耦合表面应尽可能平坦和清洁。建议在耦合表面之间使用一层薄薄的油脂、油或类似耦合液，尤其是在 2 kHz 以上时。添加耦合液可填充安装表面中的小空隙，并提高振动传递率和安装刚度。

图 2中的图表显示了使用润滑脂膜对螺柱安装式加速度计频率响应的影响。

图 2.显示油脂对加速度计频率响应的影响的图表。

正如您所看到的，当不使用耦合液时（黄色曲线），与使用油脂膜的粉红色曲线相比，谐振频率发生在相对较低的频率。

该图还说明了另一个重要因素的影响：将螺柱拧紧至数据表上所示的建议安装扭矩。

应使用扭矩扳手按照制造商的规格拧紧螺柱。扭矩不足的螺柱可能无法将传感器充分耦合到物体，并进一步降低系统的谐振频率（图中的青色曲线）。扭矩过大也可能导致设备损坏。

粘着安装

有时无法在结构中钻孔，或者某些加速度计的设计不允许我们使用螺柱安装。

在这些情况下，我们可以使用粘合剂将传感器固定到被监控的物体上。

应选择合适的粘合剂，例如环氧树脂、胶水或蜡，以满足应用要求。请记住，某些粘合剂适用于临时安装，而另一些则提供更的安装。

另一种替代方案是使用粘合安装底座或安装垫，其中底座的一侧粘合安装到测试对象，另一侧提供优质表面以螺柱安装加速度计。

该解决方案如图 3所示。

图 3. 使用粘合安装底座安装加速度计的示例。

由于安装垫为加速度计提供了光滑的表面和垂直的安装孔，因此它可以改善加速度计的频率响应。

此外，粘合剂安装底座还可以防止粘合剂堵塞传感器的安装螺纹，从而损坏昂贵的加速度计。

磁性安装

安装加速度计的第三种方法是使用磁性。当被监测物体具有铁磁表面时，可以使用磁性安装。

对于非磁性或粗糙表面的情况，我们可以焊接或环氧树脂钢垫来容纳磁性底座。

图 4显示了在圆形表面上使用两脚磁铁的情况。

图 4. 磁性安装的加速度计示例。

尽管潜在地意味着易于安装，但磁性安装通常很重，并且增加的质量会降低测量系统的谐振频率。 

加速度计安装方法的频率响应

与螺柱安装方法相比，粘合剂和磁性安装提供了相对宽松的连接，因此适合测量较低频率的加速度信号。这些方法通常用于涉及低于几千赫兹的加速度信号的应用。

图 5显示了给定加速度计针对不同安装类型的频率响应。

图 5. 加速度计的频率与振幅关系图（取决于安装类型）。

通过螺柱安装（蓝色曲线），系统的谐振频率出现在相对较高的频率。然而，使用粘合剂（黑色曲线）和磁性安装（绿色曲线）时，频率响应在相对较低的频率处开始达到峰值。下表给出了使用不同安装方法时的典型频率限制。

表 1. 加速度计安装频率限制。

安装 MEMS 加速度计的解决方案

压电加速度计旨在支持上述完善的安装策略。这使得这些设备的安装相对简单。

还有电容式 MEMS 加速度计，例如Jewell Instruments 的 AMA 系列，采用坚固耐用的设计，适合恶劣环境操作，支持螺柱/螺栓安装。

然而，大多数 MEMS 加速度计应安装在 PCB 上。然后应通过足够坚固的安装技术将 PCB 连接到受监控对象。 

一些可能影响系统整体带宽的 PCB 设计因素包括：加速度计 IC 在 PCB 上的位置、焊接化学物质以及 PCB 的尺寸。此外，还应检查 PCB 和物体之间的任何其他机械接口，以确保高频振动成功传递到传感器。

加速度计 IC 应放置在 PCB 上稳定的机械安装位置附近。建议在加速度计 IC 附近设置多个硬安装点。

图 6显示了加速度计放置不正确的示例。

图 6. 加速度计放置不当的示例。

在上述示例中，加速度计放置在不受支撑的 PCB 位置，由于 PCB 本身的无阻尼振动，可能会出现测量误差。

另一个影响系统带宽的因素是 PCB 厚度。较厚（但成本较高）的 PCB 可以减少电路板组件谐振对我们测量的影响并提高测量精度。

Analog Devices 提供了另一种解决 MEMS 加速度计安装问题的解决方案，该公司创建了一个安装立方体，用于将 PCB 固定到设备上，如图 7 所示 。

图 7.  Analog Devices 的安装立方体示例。

该立方体有一个中心安装孔，允许使用 #10 机器螺钉将块牢固地连接到被测设备上。

请注意，传感器 PCB 设计得稍厚一些（3 毫米）。