前一段時間，筆者寫了“淺談橋梁智能監測云系統建設之一”，這一篇來填坑了，主要與大家探討系統的首層：傳感器子系統中的傳感器選型原則。傳感器的選型是否合適，直接影響到數據的質量，高質量的數據是結構損傷識別和評估的基礎，因此傳感器選型是否合適是健康監測系統能否達到預定目標的關鍵。

傳感器選型應選用技術成熟、性能先進、經濟實用、安裝維護方便和便于系統集成。同時應滿足測量范圍、測量精度、分辨率、靈敏度、線性度、重復性、動態頻響特性、穩定性、耐久性和環境適應性要求。

每種傳感器的選型細說起來，就比較復雜了，今天主要討論振動測量。今年檢師考試中也考到了相應的考點，今天我們以振動參量測量時傳感器的選型作為例子，一起探討一下吧。

振動測量一般分為以下幾類：幅值測量、固有頻率測量、模態測試和其他類型測量。按測量振動參量可分為三大類：位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器。一般來講，位移傳感器適用于低頻測量，速度傳感器適用于中頻測量，加速度傳感器適用于中高頻測量。由于加速度傳感器具有生產工藝成熟、頻響范圍寬、動態范圍大、安裝方便等特點，因而在工程應用中比較廣泛。

選型時需要綜合考慮的因素較多，主要包括以下兩個方面：

（1）傳感器的一般技術特性要滿足測量需要，不同類型傳感器的具體要求均不同，主要包括：

量程：能夠測量的被測量的范圍，是選擇傳感器的首先考慮。如測點位置的振動量級宜為選擇傳感器量程的百分之六十~百分之八十，這樣能保證信噪比高，且不會過載。

靈敏度：能夠測量的被測量的zui小變化量。

通常量程大的傳感器，靈敏度低，量程小的傳感器，靈敏度高。傳感器的靈敏度越高，則傳感器的質量越大，傳感器的輸出電壓越大，信噪比越高，分辨能力越強。對于測試不同的結構，應選擇相匹配的傳感器量程。

諧振頻率：傳感器本身也是一個結構，也存在固定頻率，通常把傳感器的di一階固有頻率稱為諧振頻率。傳感器尺寸越小，諧振頻率越高。加速度計的使用上限頻率取決于幅頻曲線中的諧振頻率，一般傳感器的工作頻率范圍在其自身諧振頻率的1/3以下。

精度：測量值與真值之間的符合程度。

頻率響應范圍：是測振傳感器的重要指標，通常加速度傳感器低頻特性較差，信號衰減嚴重，而在高頻段線性度差，非線性影響嚴重。傳感器的頻響范圍要稍高于被測結構物的振動頻率。

線性度：由于傳感器測量時只能輸入單一靈敏度，因此，用于描述在一定頻響范圍內，傳感器的靈敏度是否滿足實際的靈敏度指標，即為線性度。如果傳感器不在線性區段進行測量，則測量得到的幅值誤差較大，一般要求傳感器非線性小于百分之一。

橫向效應：當測量某個方向的振動時，輸出信號應該全部來自振動感知方向，但實際上在與該方向垂直的方向也有信號輸出，這種效應稱為橫向效應。橫向效應靈敏度越低，性能越好，一般而言，傳感器都存在一定的橫向效應，通常標稱橫向效應小于百分之五。

傳感器安裝方式：傳感器安裝時，需要綜合考慮多種方面對其影響，主要有安裝剛度、安裝平面、安裝方向、安裝手法、防護條件等。安裝剛度對其影響zui大，傳感器zui好是直接將傳感器固定在被測結構上，二者之間無其他安裝支架，但有時安裝支架又是必不可少的，這就或多或少會帶來一些寄生振動，因此要求安裝支架的自振頻率是被測振動頻率的5~10倍以上。安裝剛度越大，傳感器系統的自振頻率越高，能用于測量的頻帶也就越高。

圖文源于作者張碩玉（中交路建交通科技有限公司監測測事業部gaoji工程師，主要從事橋梁結構健康監測系統研究與工程）

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