加速度計安裝方法：螺柱、粘合劑、磁性

   一般來說，有三種主要的安裝方法，即螺柱安裝、粘合劑安裝和磁性安裝，我們將在下面簡要介紹每種方法。 

  螺柱安裝

只要有可能，在物體上鉆一個孔，然后用螺釘將傳感器固定到被測設(shè)備 (DUT) 上。

螺柱安裝提供了堅固的機械連接，并且能夠?qū)⑽矬w的高頻振動傳遞到傳感器。

圖 1顯示了如何使用螺柱安裝將壓電加速度計固定到被測設(shè)備上。

圖 1.安裝螺柱的壓電加速度計示例。

使用螺柱安裝時，耦合表面應(yīng)盡可能平坦和清潔。建議在耦合表面之間使用一層薄薄的油脂、油或類似耦合液，尤其是在 2 kHz 以上時。添加耦合液可填充安裝表面中的小空隙，并提高振動傳遞率和安裝剛度。

圖 2中的圖表顯示了使用潤滑脂膜對螺柱安裝式加速度計頻率響應(yīng)的影響。

圖 2.顯示油脂對加速度計頻率響應(yīng)的影響的圖表。

正如您所看到的，當(dāng)不使用耦合液時（黃色曲線），與使用油脂膜的粉紅色曲線相比，諧振頻率發(fā)生在相對較低的頻率。

該圖還說明了另一個重要因素的影響：將螺柱擰緊至數(shù)據(jù)表上所示的建議安裝扭矩。

應(yīng)使用扭矩扳手按照制造商的規(guī)格擰緊螺柱。扭矩不足的螺柱可能無法將傳感器充分耦合到物體，并進一步降低系統(tǒng)的諧振頻率（圖中的青色曲線）。扭矩過大也可能導(dǎo)致設(shè)備損壞。

粘著安裝

有時無法在結(jié)構(gòu)中鉆孔，或者某些加速度計的設(shè)計不允許我們使用螺柱安裝。

在這些情況下，我們可以使用粘合劑將傳感器固定到被監(jiān)控的物體上。

應(yīng)選擇合適的粘合劑，例如環(huán)氧樹脂、膠水或蠟，以滿足應(yīng)用要求。請記住，某些粘合劑適用于臨時安裝，而另一些則提供更的安裝。

另一種替代方案是使用粘合安裝底座或安裝墊，其中底座的一側(cè)粘合安裝到測試對象，另一側(cè)提供優(yōu)質(zhì)表面以螺柱安裝加速度計。

該解決方案如圖 3所示。

圖 3. 使用粘合安裝底座安裝加速度計的示例。

由于安裝墊為加速度計提供了光滑的表面和垂直的安裝孔，因此它可以改善加速度計的頻率響應(yīng)。

此外，粘合劑安裝底座還可以防止粘合劑堵塞傳感器的安裝螺紋，從而損壞昂貴的加速度計。

磁性安裝

安裝加速度計的第三種方法是使用磁性。當(dāng)被監(jiān)測物體具有鐵磁表面時，可以使用磁性安裝。

對于非磁性或粗糙表面的情況，我們可以焊接或環(huán)氧樹脂鋼墊來容納磁性底座。

圖 4顯示了在圓形表面上使用兩腳磁鐵的情況。

圖 4. 磁性安裝的加速度計示例。

盡管潛在地意味著易于安裝，但磁性安裝通常很重，并且增加的質(zhì)量會降低測量系統(tǒng)的諧振頻率。 

加速度計安裝方法的頻率響應(yīng)

與螺柱安裝方法相比，粘合劑和磁性安裝提供了相對寬松的連接，因此適合測量較低頻率的加速度信號。這些方法通常用于涉及低于幾千赫茲的加速度信號的應(yīng)用。

圖 5顯示了給定加速度計針對不同安裝類型的頻率響應(yīng)。

圖 5. 加速度計的頻率與振幅關(guān)系圖（取決于安裝類型）。

通過螺柱安裝（藍(lán)色曲線），系統(tǒng)的諧振頻率出現(xiàn)在相對較高的頻率。然而，使用粘合劑（黑色曲線）和磁性安裝（綠色曲線）時，頻率響應(yīng)在相對較低的頻率處開始達(dá)到峰值。下表給出了使用不同安裝方法時的典型頻率限制。

表 1. 加速度計安裝頻率限制。

安裝 MEMS 加速度計的解決方案

壓電加速度計旨在支持上述完善的安裝策略。這使得這些設(shè)備的安裝相對簡單。

還有電容式 MEMS 加速度計，例如Jewell Instruments 的 AMA 系列，采用堅固耐用的設(shè)計，適合惡劣環(huán)境操作，支持螺柱/螺栓安裝。

然而，大多數(shù) MEMS 加速度計應(yīng)安裝在 PCB 上。然后應(yīng)通過足夠堅固的安裝技術(shù)將 PCB 連接到受監(jiān)控對象。 

一些可能影響系統(tǒng)整體帶寬的 PCB 設(shè)計因素包括：加速度計 IC 在 PCB 上的位置、焊接化學(xué)物質(zhì)以及 PCB 的尺寸。此外，還應(yīng)檢查 PCB 和物體之間的任何其他機械接口，以確保高頻振動成功傳遞到傳感器。

加速度計 IC 應(yīng)放置在 PCB 上穩(wěn)定的機械安裝位置附近。建議在加速度計 IC 附近設(shè)置多個硬安裝點。

圖 6顯示了加速度計放置不正確的示例。

圖 6. 加速度計放置不當(dāng)?shù)氖纠?/h5>

 

在上述示例中，加速度計放置在不受支撐的 PCB 位置，由于 PCB 本身的無阻尼振動，可能會出現(xiàn)測量誤差。

另一個影響系統(tǒng)帶寬的因素是 PCB 厚度。較厚（但成本較高）的 PCB 可以減少電路板組件諧振對我們測量的影響并提高測量精度。

 Analog Devices 提供了另一種解決 MEMS 加速度計安裝問題的解決方案，該公司創(chuàng)建了一個安裝立方體，用于將 PCB 固定到設(shè)備上，如圖 7 所示 。

 

圖 7.  Analog Devices 的安裝立方體示例。

該立方體有一個中心安裝孔，允許使用 #10 機器螺釘將塊牢固地連接到被測設(shè)備上。

請注意，傳感器 PCB 設(shè)計得稍厚一些（3 毫米）。