编者按

针对温-湿-振综合环境中加速度计脱落或损坏等问题。本文通过温、湿度试验结合振动试验筛选出粘贴效果最好的粘贴剂并得到粘贴剂的固化时间等指标；通过温-湿-振综合环境试验验证了加速度计安装方法的可靠性。结果表明，AB胶-胶木块-螺钉-加速度计组合的安装方式，不需在试件或夹具上打孔，安装简单、便捷，能很好的实现加速度计与被测物体之间的电绝缘，且频响特性较好，可避免在高低温或高湿条件下进行振动试验时加速度计发生脱落或损坏。

引 言

振动试验中对控制点和监测点的振动量值大多是通过加速度计采样而得，该数值的准确性和可信性，直接影响到对试验结果的判读和加速度计动态性能的评估。在进行振动试验时，加速度计的安装大多采用快干胶水固定的方式，但其耐温性较差，在高低温试验条件下胶水容易失效，从而发生加速度计的脱落；湿度的变换则会引起测试电缆与加速度计接触电阻、分布电容等参数的变化，特别是加速度计本身到接头的绝缘电阻，会受潮气和进水而大为降低，从而严重影响测试结果。

在进行温-湿-振综合环境试验中，加速度计除要承受振动的情况外，同时受到温、湿度环境因素的影响，故在复合环境试验中对于加速度计的安装提出了新的要求。因此研究加速度计安装方式优劣和环境条件（温湿度）对加速度计性能的影响对实际测量、性能指标及节约成本等具有重要意义。

1 加速度计的原理和使用

压电式加速度计因其体积小，重量轻、精确度高、抗干扰能力强以及安装方便等优点，被广泛采用。压电加速度计，是利用压电敏感元件的正压电效应工作的，即当加速度计受振时，压电敏感元件上的质量块产生一个与加速度成正比的力，压电敏感元件受此力作用后产生与这一力成正比的电荷信号，经变换器转换成电压信号并放大，反馈给振动控制仪。压电加速度计包括电荷输出型和电压输出型（自带电荷放大器），电荷输出型加速度计将振动信号输出成电荷值，电压输出型加速度计将振动信号直接输出成电压值。

在选择压电加速度计时，应根据振动量级的大小选择不同灵敏度的加速度计，以提高后续仪器输入信号，提高信噪比。加速度计在被测表面上的安装方法很多，以往研究表明，采用螺钉安装和粘贴剂（如502胶水，AB胶等）固定时加速度计谐振频率高，频响范围宽，灵敏度高，可以获得较高的频响特性。但很多产品无法通过螺钉安装加速度计，螺钉安装方式具有一定的局限性，因此加速度计的安装方式仍以粘贴为主。

2 粘贴剂筛选试验

通过温、湿度试验结合振动试验筛选出粘贴效果最佳的粘贴剂并得到粘贴剂的固化时间等指标，从而得到适用于温-湿-振综合环境试验加速度计的最佳安装方法。分别通过502胶水和AB胶将胶木块固定在夹具顶部，胶水凝固时间30min，随后进行表1中四组试验，试验箱内温、湿度稳定后保持1h，每组试验结束后，立即开展随机振动试验（总均方根G1=25.33g），观察加速度计是否脱落，振动试验条件见图1，试验照片见图2。胶木块和夹具连接所用粘结剂为康达结构AB胶、卡夫特强力AB胶、得力万能AB胶、北化502胶水，将四个胶木块分别编号为a，b，c，d。

表1 粘贴剂筛选试验

图1 随机振动试验谱形

图2 粘贴剂筛选试验照片

由表1可知，四个胶木块在85℃条件下保温1小时随后进行振动试验，通过得力万能AB胶和夹具连接的胶木块c发生脱落，经检查发现振动试验结束后得力万能AB胶仍未完全凝固，同时检查胶木块a和胶木块b的胶水均完全凝固。而通过北化502胶水和夹具连接的胶木块d也发生脱落，说明在85℃高温保持一小时后，北化502胶水的粘贴能力显著下降，已不能满足振动试验的要求。

条件1试验结束后，将夹具和胶木块a和b在105℃条件下保温1小时随后进行振动试验，通过卡夫特强力AB胶和夹具连接的胶木块b发生脱落，说明在105℃高温保持1小时后，卡夫特强力AB胶的粘贴能力显著下降，已不能满足振动试验的要求。

条件2试验结束后，将夹具和胶木块a在85℃、90%RH的条件下保持1小时随后进行振动试验，通过康达结构AB胶和夹具连接的胶木块a未发生脱落，胶木块a在-45℃的条件下保持1小时随后进行振动试验，胶木块a也未脱落。

表2 粘贴剂优缺点

综上所述，在开展温-湿-振综合环境试验时，首先通过螺钉将加速度计固定在胶木块上，然后通过康达结构AB胶将胶木块粘接在待测物体表面，凝固1小时后即可开展相应试验。

3 温-湿-振综合环境试验

通过上文可知，康达结构AB胶-胶木块-螺钉-加速度计组合的安装方式效果较好，因此我们开展了温-湿-振综合环境试验来验证该方法的可靠性，避免在高低温或高湿条件下进行振动试验发生加速度计脱落或损坏。

表3 加速度计安装方式

温-湿-振综合环境试验条件见图3，共进行2个循环，试验总时间约16小时。

图3 温-湿-振综合环境试验条件

1）低量级振级：在第1次振动（5min）、在第2次振动（5min）、在第4次振动（5min）、在第5次振动（8min）、在第6次振动（8min）、第7次振动（8min）中施加。均方根为21.2g。

2）高量级振级：在第3次振动（3min）、第8次振动（3min）中施加。均方根为30.1g。

图4 温-湿-振综合环境试验照片

图5 第1个循环中第3次振动试验控制曲线

图6 第1个循环中第8次振动试验响应曲线（3#、4#、5#）

图7 第2个循环中第3次振动试验控制曲线

图8 第2个循环中第8次振动试验响应曲线（3#、4#、5#）

图9 第2个循环温、湿度试验曲线（红线为温度曲线，绿线为湿度曲线）

8次振动试验功率谱密度控制曲线，在20Hz~2000Hz范围内允差不超过±3dB，总均方根值在整个频带内与规定值相差不超过±1.5dB，符合GJB 150.16A-2009的规定。由振动试验功率谱密度响应曲线可以看出，3#、4#和5#加速度计的响应测量特征几乎一致，其中3#和4#均通过密封胶带对加速度计接头及其引出线进行了防潮处理，而5#加速度计未进行防潮处理。由于本次温-湿-振综合环境试验时间为16小时，若进行16小时以上综合试验，建议加速度计进行防潮处理。图10为振动试验响应点总均方根（3#、4#、5#），可以看出六次低量级和两次高量级的总均方根波动较小，其中4#加速度计总均方根的标准差最小。

图10 振动试验响应点总均方根（3#、4#、5#）

由以上分析可知，在温-湿-振综合环境试验时，为了排除温度对试验中所使用加速度计的影响，应根据试验要求的具体温度环境，选择符合试验条件的加速度计（如本次试验所用加速度计使用温度范围：-74~250 ℃），应使所选加速度计的温度范围包容试验要求的温度变化范围。加速度计均通过螺钉（M5）安装至胶木块上，螺钉拧紧力矩为3.5 N•m，康达结构AB胶的凝固时间为60分钟，可在-45~105 ℃的环境下使用，在90%RH的环境下也能保持较高的粘贴效果。胶木块和振动台面的连接可通过压板固定，胶木块和夹具或者受试产品的连接则通过康达结构AB胶固定，且加速度计接头及其引出线通过耐高温胶带进行密封防潮处理。

4 粘贴剂筛选试验

1）在温-湿-振综合环境试验中，加速度计必须进行保护性防潮处理；

2）在温-湿-振综合环境试验中，选择加速度计的基本原则为：所选加速度计及接线的工作的温度范围应包容试验要求的温度变化范围；

3）目前所用的502胶水只能在常温下使用，康达结构AB胶的凝固时间为60分钟，可在-45℃~105℃的环境下使用，在90%RH的环境下也能保持较好的粘贴效果；

4）康达结构AB胶-胶木块-螺钉-加速度计组合的安装方式，不需在试件或夹具上打孔，安装简单、便捷，能很好的实现加速度计与被测物体之间的电绝缘，且频响特性较好。

引用本文：朱升贺，季晓军，李晓旭，牛金皓，孙溢，贺海军，孙浩.温-湿-振综合环境中加速度计使用方法研究[J].环境技术，2021，(S1):82-86.

专家简介：朱升贺，男，硕士，工程师，主要研究方向为环境与可靠性试验技术。