加速度计使用磁性支架连接到风扇外壳。安装会影响传感器的带宽，直接安装，将加速度计拧入被测设备，可产生最佳响应。胶合或使用蜡也是常用的安装方法，同样会降低带宽。由于此测量中遇到的信号带宽低于 1 kHz，因此可以忽略这个问题。
此测量中使用的第三个传感器是仪器麦克风。该传感器读取声压并产生与该压力成比例的电压。本应用中使用的装置具有 100 kHz (-3dB) 的带宽。它还需要一个电池供电的电源，其中还包括一个 20 dB 增益放大器。
麦克风放置在远离风扇气流的轴上，以最大限度地减少风扇输出气流中压力变化的直接拾取，这种方法是测量声压级而不是风扇气流中的压力变化。
传感器校准
尽管传感器制造商为其产品提供校准文件，但许多机械传感器可以在使用前使用便携式校准器进行校准。这些设备通常由电池供电，重量轻且结构紧凑。大多数产生已知振幅的固定频率正弦波形，例如加速度计在 1 kHz 时的 1 g 峰值或麦克风在 1 kHz 时的 110 dB 峰值。这些是用于解决由损坏的电缆或电源引起的系统错误的有用工具。
使用传感器时会出现很多细节。在为特定测量选择传感器时，最好参考供应商的数据表、应用说明和建议。
实验数据与分析
digitizerNETBOX 使用 虹科 的SBench6软件进行控制。这是一个功能齐全的软件工具，用于使用数字化仪采集数据。它不仅可以以适当的机械单位比例显示采集的数据，而且还提供了大量用于分析的信号处理和测量工具。图 3 显示了本实验中数据的采集、分析和测量示例。
图 3：测量带有转速计、加速度计和麦克风的小型冷却风扇的振动和声学特性。
此 SBench 6 屏幕图像显示最左侧网格中的转速计输出。该波形由风扇每转一圈的一个脉冲组成。通过测量该信号的频率来读取风扇速度。该图左侧中心信息窗格中的频率读数将此频率读取为 27.8 Hz（每秒转数）。将该频率读数乘以 60 得出风扇的转速为 1668 转每分钟 (RPM)。显示频率最小值、最大值和偏差的统计读数显示在频率读数下方。
加速度计输出出现在标有“加速度计输出”的上部中央网格中。已使用模拟通道设置的自定义刻度以直接读取 g's。信号峰峰值和有效 (rms) 振幅的测量值出现在“信息”窗格中，计算该信号的快速傅立叶变换 (FFT) 显示在右上角的显示网格中。
FFT 显示构成加速度信号的频率分量。FFT 的频域或频谱视图提供更容易的物理解释，因为它分离了各种频率分量。最左边的峰值出现在 27.8 Hz，即风扇电机的旋转频率。在 56、83、111 和 140 Hz 处也有谐波分量。83处的三次谐波高于其他，因为它也是叶片通过频率。当三个风扇叶片都经过风扇外壳中支撑电机的固定支柱时，它们会在框架中引起振动。120 Hz 处的大峰值是由于感应电机中的旋转磁场引起了振动。因此 FFT 简化了振动信号的分析。
麦克风输出显示在标记为声压的中心底部网格中。该数据也已重新调整，以便以压力单位读取，即帕斯卡。“信息”窗格中的测量显示该信号的峰峰值和有效幅度。与振动信号的情况一样，声学的 FFT 提供了大量的物理洞察力。请注意，叶片通过频率及其二次谐波时，两条主要谱线位于 84 和 168 Hz。主要的窄带声音信号与风扇叶片的运动有关。低频机械振动和宽带“空气噪声”构成了该 FFT 的升高基线。
总结
选择数字化仪的关键是它具有足够的带宽、通道数量等于或大于您将进行的测量数量，以及足够的动态范围来处理传感器。具有 16 位分辨率的虹科digitizerNETBOX 可以支持理论上高达 96 dB 的动态范围。型号最多可提供 16 个模拟输入通道。模块化数字化仪，如虹科M2p.59xx 系列，具有多达 88 个模拟通道，也可用于此应用。对于更多数量的通道，Star-Hub 模块可用于链接多达 16 个模块化数字化仪，提供多达 256 个模拟通道。
