2285
前文介绍了电子设备振动环境试验的一些基本概念和分类，以及振动台试验系统。
本文将介绍振动环境试验中另一重要组成部分——数据采集系统。
数据采集系统
数据采集系统在试验过程中主要承担设备关心位置的振动响应采集和存储。
数据采集系统主要包括数据采集、数据传输、数据解调、数据分析和数据存储等部分组成。目前技术发展飞速，集成度越来越高，在物理层面看，主要包括传感器、数据采集设备、计算机及其他附属件（线缆等）组成。
传感器中实现数据采集和部分数据解调功能；数据采集设备主要实现数据解调功能；计算机主要实现数据分析和数据存储。其中，数据采集和数据解调是数据采集系统最核心的功能。
根据传感器类型不同，可实现不同物理量的数据采集；在振动试验中，主要包括加速度、速度、位移、应力应变、力（矩）等。
数据解调主要包括信号变换器、放大器、滤波器、微分器、积分器和电源等。理论上以上每个功能都需要单独的设备实现，而随着技术的发展，这些功能已集成到传感器和数据采集设备中；特别是现在MEMS技术的发展，大多数功能可以集成到一个传感器中，甚至传感器（组）就能实现整个数据采集系统的各个功能，物理层的界面已越来越模糊。
本文不设计详细的具体实现原理，主要从应用层面对数据采集设备和传感器开展简要介绍。
数据采集设备
选择合适的数据采集设备主要需要考虑：
采样率：对于动态采集设备，采样率是动态采集最重要的指标；
通道数：通道数决定了采样的测点数量，需要注意的是，一个三向传感器需要接三个通道；
接入通道类型：通常包括DC、AC、GND、IEPE及各种桥路等，每种传感器会对应相应的通道类型；
其他指标：量程、指示误差、稳定度、线性度、隔离度、噪声、滤波器、A/D、同步时钟、电源、数据传输等；
环境适应性：有些采集设备需要在非实验室条件下使用，包括抗振动、高低温、抗风沙、防水、尺寸、重量等；有些便携式采集设备还自带电池，同时配置闪存，可以在脱离计算机下进行数据采集和存储。
传感器
传感器种类非常多，与力学试验相关的一般有加速度传感器、速度传感器、位移传感器、冲击传感器、力传感器、应力应变传感器、声传感器、压力传感器等；此外，激光、红外、雷达，甚至可见光等发射接收在广义上也是传感器的一种。
传感器原理也多种多样；仅振动传感器，按照机电变换分类，包括压电式、电容式、电感式、压阻式、电涡流式、电动式、光纤等；目前半导体及微机电技术发展迅猛，随着MEMS传感器成本下降，也在越来越多场合中被应用；其中一些传感器只能测量相对量，一些传感器可以测量绝对量。不同类型的传感器采用不同的原理，这部分不是系列文章的重点，这里不做展开。
本文仅从应用层面，开展对传感器的介绍；有关试验的注意事项这里先不展开，如传感器连接，数据判读，噪声源等，系列文章后面会简单提到；选择合适的传感器主要需要考虑：
选择接触式还是非接触式；
选择相对测量还是绝对测量；
传感器性能相关的，包括灵敏度、频率响应、幅值特性、相移特性、横向灵敏度等；
传感器使用环境相关的，包括温度、湿度、温度冲击等；
传感器物理特性相关的，包括尺寸、重量、安装形式等。
灵敏度指的是电信号与输出物理量之间的比值；即使同一批次传感器，不同传感器的灵敏度不同；灵敏度需要定期校准；灵敏度可能是影响测量结果的一个重要因素。
频率响应指的是传感器灵敏度与频率之间的曲线；传感器可用频率指的是在一定频率范围内，灵敏度相对于标称值不超规定误差。下图是某典型压电加速度传感器的频响曲线。
幅值特性主要包括线性度、量程和分辨率等指标。线性度指输入和输出之间的线性程度，表示了随着输入的变化，灵敏度与标称值之间额度偏差。量程指传感器在可接受条件下的测量极限。分辨率指输入最小分辨量。
相移特性指输入和输出信号之间与频率相关的相位差；相移可能导致信号失真；但是如果相移特性已知，可通过数据处理修正；通常理想的相移为0度、180度或者比例相移，可保证无输出畸变。
横向灵敏度指由于主轴输入引起的主轴以外响应信号；理论上横向灵敏度越低越好。
传感器使用环境可能会影响传感器输出的准确性以及其使用寿命；几乎所有传感器都受温度影响，下图是某典型压电加速度传感器的温度曲线；几乎所有传感器都采取密封防潮设计，但在一些场合可能会收到电缆连接器潮湿渗入影响；温度冲击可能产生热应力或者热电效应，引起低频的输出误差。
传感器物理特性与使用实际环境相关。通常小尺寸和小质量的传感器利于安装，同时也有利于减小传感器对结构的干扰影响；但是，越小的传感器灵敏度越低，并且价格昂贵。传感器的安装形式取决于测量的具体状态；一般情况下采取胶粘和蜂蜡粘接；对于高量级与高频的振动冲击环境，要求螺栓连接，同时需要加上合适的力矩。
其他
数据采集系统是振动环境试验的重要组成部分，主要承担设备关心位置的振动响应采集和存储。不过，也有一些设备的振动环境试验不进行数据采集，只在振动前后进行外观检查和性能对比。
数据采集系统目前国内也有许多不错的设备厂商，价格相比进口产品低，性能和稳定性也能满足大多数使用工况。此外，除了一次购置成本，数据采集系统需要定期检测和校准。
最后
本文简要介绍了数据采集系统，后续系列文章将针对具体的振动环境试验开展介绍。
下载ECAD模型
