編者按

針對溫-濕-振綜合環境中加速度計脫落或損壞等問題。本文通過溫、濕度試驗結合振動試驗篩選出粘貼效果最好的粘貼劑并得到粘貼劑的固化時間等指标；通過溫-濕-振綜合環境試驗驗證了加速度計安裝方法的可靠性。結果表明，AB膠-膠木塊-螺釘-加速度計組合的安裝方式，不需在試件或夾具上打孔，安裝簡單、便捷，能很好的實現加速度計與被測物體之間的電絕緣，且頻響特性較好，可避免在高低溫或高濕條件下進行振動試驗時加速度計發生脫落或損壞。

引 言

振動試驗中對控制點和監測點的振動量值大多是通過加速度計采樣而得，該數值的準确性和可信性，直接影響到對試驗結果的判讀和加速度計動态性能的評估。在進行振動試驗時，加速度計的安裝大多采用快幹膠水固定的方式，但其耐溫性較差，在高低溫試驗條件下膠水容易失效，從而發生加速度計的脫落；濕度的變換則會引起測試電纜與加速度計接觸電阻、分布電容等參數的變化，特别是加速度計本身到接頭的絕緣電阻，會受潮氣和進水而大為降低，從而嚴重影響測試結果。

在進行溫-濕-振綜合環境試驗中，加速度計除要承受振動的情況外，同時受到溫、濕度環境因素的影響，故在複合環境試驗中對于加速度計的安裝提出了新的要求。因此研究加速度計安裝方式優劣和環境條件（溫濕度）對加速度計性能的影響對實際測量、性能指标及節約成本等具有重要意義。

1 加速度計的原理和使用

壓電式加速度計因其體積小，重量輕、精确度高、抗幹擾能力強以及安裝方便等優點，被廣泛采用。壓電加速度計，是利用壓電敏感元件的正壓電效應工作的，即當加速度計受振時，壓電敏感元件上的質量塊産生一個與加速度成正比的力，壓電敏感元件受此力作用後産生與這一力成正比的電荷信号，經變換器轉換成電壓信号并放大，反饋給振動控制儀。壓電加速度計包括電荷輸出型和電壓輸出型（自帶電荷放大器），電荷輸出型加速度計将振動信号輸出成電荷值，電壓輸出型加速度計将振動信号直接輸出成電壓值。

在選擇壓電加速度計時，應根據振動量級的大小選擇不同靈敏度的加速度計，以提高後續儀器輸入信号，提高信噪比。加速度計在被測表面上的安裝方法很多，以往研究表明，采用螺釘安裝和粘貼劑（如502膠水，AB膠等）固定時加速度計諧振頻率高，頻響範圍寬，靈敏度高，可以獲得較高的頻響特性。但很多産品無法通過螺釘安裝加速度計，螺釘安裝方式具有一定的局限性，因此加速度計的安裝方式仍以粘貼為主。

2 粘貼劑篩選試驗

通過溫、濕度試驗結合振動試驗篩選出粘貼效果最佳的粘貼劑并得到粘貼劑的固化時間等指标，從而得到适用于溫-濕-振綜合環境試驗加速度計的最佳安裝方法。分别通過502膠水和AB膠将膠木塊固定在夾具頂部，膠水凝固時間30min，随後進行表1中四組試驗，試驗箱内溫、濕度穩定後保持1h，每組試驗結束後，立即開展随機振動試驗（總均方根G1=25.33g），觀察加速度計是否脫落，振動試驗條件見圖1，試驗照片見圖2。膠木塊和夾具連接所用粘結劑為康達結構AB膠、卡夫特強力AB膠、得力萬能AB膠、北化502膠水，将四個膠木塊分别編号為a，b，c，d。

表1 粘貼劑篩選試驗

圖1 随機振動試驗譜形

圖2 粘貼劑篩選試驗照片

由表1可知，四個膠木塊在85℃條件下保溫1小時随後進行振動試驗，通過得力萬能AB膠和夾具連接的膠木塊c發生脫落，經檢查發現振動試驗結束後得力萬能AB膠仍未完全凝固，同時檢查膠木塊a和膠木塊b的膠水均完全凝固。而通過北化502膠水和夾具連接的膠木塊d也發生脫落，說明在85℃高溫保持一小時後，北化502膠水的粘貼能力顯著下降，已不能滿足振動試驗的要求。

條件1試驗結束後，将夾具和膠木塊a和b在105℃條件下保溫1小時随後進行振動試驗，通過卡夫特強力AB膠和夾具連接的膠木塊b發生脫落，說明在105℃高溫保持1小時後，卡夫特強力AB膠的粘貼能力顯著下降，已不能滿足振動試驗的要求。

條件2試驗結束後，将夾具和膠木塊a在85℃、90%RH的條件下保持1小時随後進行振動試驗，通過康達結構AB膠和夾具連接的膠木塊a未發生脫落，膠木塊a在-45℃的條件下保持1小時随後進行振動試驗，膠木塊a也未脫落。

表2 粘貼劑優缺點

綜上所述，在開展溫-濕-振綜合環境試驗時，首先通過螺釘将加速度計固定在膠木塊上，然後通過康達結構AB膠将膠木塊粘接在待測物體表面，凝固1小時後即可開展相應試驗。

3 溫-濕-振綜合環境試驗

通過上文可知，康達結構AB膠-膠木塊-螺釘-加速度計組合的安裝方式效果較好，因此我們開展了溫-濕-振綜合環境試驗來驗證該方法的可靠性，避免在高低溫或高濕條件下進行振動試驗發生加速度計脫落或損壞。

表3 加速度計安裝方式

溫-濕-振綜合環境試驗條件見圖3，共進行2個循環，試驗總時間約16小時。

圖3 溫-濕-振綜合環境試驗條件

1）低量級振級：在第1次振動（5min）、在第2次振動（5min）、在第4次振動（5min）、在第5次振動（8min）、在第6次振動（8min）、第7次振動（8min）中施加。均方根為21.2g。

2）高量級振級：在第3次振動（3min）、第8次振動（3min）中施加。均方根為30.1g。

圖4 溫-濕-振綜合環境試驗照片

圖5 第1個循環中第3次振動試驗控制曲線

圖6 第1個循環中第8次振動試驗響應曲線（3#、4#、5#）

圖7 第2個循環中第3次振動試驗控制曲線

圖8 第2個循環中第8次振動試驗響應曲線（3#、4#、5#）

圖9 第2個循環溫、濕度試驗曲線（紅線為溫度曲線，綠線為濕度曲線）

8次振動試驗功率譜密度控制曲線，在20Hz~2000Hz範圍内允差不超過±3dB，總均方根值在整個頻帶内與規定值相差不超過±1.5dB，符合GJB 150.16A-2009的規定。由振動試驗功率譜密度響應曲線可以看出，3#、4#和5#加速度計的響應測量特征幾乎一緻，其中3#和4#均通過密封膠帶對加速度計接頭及其引出線進行了防潮處理，而5#加速度計未進行防潮處理。由于本次溫-濕-振綜合環境試驗時間為16小時，若進行16小時以上綜合試驗，建議加速度計進行防潮處理。圖10為振動試驗響應點總均方根（3#、4#、5#），可以看出六次低量級和兩次高量級的總均方根波動較小，其中4#加速度計總均方根的标準差最小。

圖10 振動試驗響應點總均方根（3#、4#、5#）

由以上分析可知，在溫-濕-振綜合環境試驗時，為了排除溫度對試驗中所使用加速度計的影響，應根據試驗要求的具體溫度環境，選擇符合試驗條件的加速度計（如本次試驗所用加速度計使用溫度範圍：-74~250 ℃），應使所選加速度計的溫度範圍包容試驗要求的溫度變化範圍。加速度計均通過螺釘（M5）安裝至膠木塊上，螺釘擰緊力矩為3.5 N•m，康達結構AB膠的凝固時間為60分鐘，可在-45~105 ℃的環境下使用，在90%RH的環境下也能保持較高的粘貼效果。膠木塊和振動台面的連接可通過壓闆固定，膠木塊和夾具或者受試産品的連接則通過康達結構AB膠固定，且加速度計接頭及其引出線通過耐高溫膠帶進行密封防潮處理。

4 粘貼劑篩選試驗

1）在溫-濕-振綜合環境試驗中，加速度計必須進行保護性防潮處理；

2）在溫-濕-振綜合環境試驗中，選擇加速度計的基本原則為：所選加速度計及接線的工作的溫度範圍應包容試驗要求的溫度變化範圍；

3）目前所用的502膠水隻能在常溫下使用，康達結構AB膠的凝固時間為60分鐘，可在-45℃~105℃的環境下使用，在90%RH的環境下也能保持較好的粘貼效果；

4）康達結構AB膠-膠木塊-螺釘-加速度計組合的安裝方式，不需在試件或夾具上打孔，安裝簡單、便捷，能很好的實現加速度計與被測物體之間的電絕緣，且頻響特性較好。

引用本文：朱升賀，季曉軍，李曉旭，牛金皓，孫溢，賀海軍，孫浩.溫-濕-振綜合環境中加速度計使用方法研究[J].環境技術，2021，(S1):82-86.

專家簡介：朱升賀，男，碩士，工程師，主要研究方向為環境與可靠性試驗技術。

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