哈尔滨有无线振动传感器 免费咨询

微型振动传感元件F是一种采用新型高灵敏度振动传感器，具有全向检测、灵敏度可调、高抗干扰能力、产品一致性和互换性好、体积小、可靠性高、价格低、全密封式封裝可防水防尘等特点。


微型振动传感元件的内部结构，有一根金属棒架在两个电极中间，当无振动或倾斜时，传感器的导通电阻稳定，当检测到振动时电极间导电电阻迅速增大并和振动信号幅度成正比，从而触发电路。输出开关信号可直接与TTL电路和或者单片机电路接口，具有电路结构简单、输出阻抗高、静态工作电流小的优点。
典型应用：


1、传感器上接电路如图2所示。输出波形如图4所示，静态输出状态不定。R1是电路的偏置电阻，阻值取值范围为200K-2M欧姆，OUT是经过阻抗变换的输出端，如果负载电路输入阻抗很高，也可直接从传感器与偏置电阻的连接点输出。


性能参数：


1、较大工作电压：48V
2、较大工作电流：40毫安
3、工作温度：不**过100度
4、体积：直径5毫米长10毫米


适用范围：已经被大批量用于电动车报警器和防盗报警器及保险柜等产品中，可替代昂贵的振动传感器。
振动式防盗报警电路



工作原理

压电陶瓷片B1作为振动传感器，它紧贴房门背面固定在门锁附近。集成电路IC和功率放大三极管VT2、扬声器B2组成音响报警电路，开关管VT1向IC提供正脉冲触发信号。
平时，晶体三极管VT1、VT2均处于截止状态，IC不工作，扬声器B2无声，整个电路静态电流仅为3μA左右。一旦窃贼撬锁开门，就会引起房门背面固定的压电陶瓷片B1产生振动。Bl输出一个微弱的电信号，使原来截止的VT1导通，电池GBl通过VT1向IC的触发端提供一个正脉冲信号，IC受触发工作。IC工作后，其输出端输出内储“叮-咚-”声电信号，经VT2功率放大后，驱动B2发出响亮的报警声。IC每受一次触发，B2会连续发出三遍“叮-咚-”声，时间约4s。
电路中，VT1未设置偏流电路，目的有两个：一是利用VT1导通需B1提供大于0.65V正向电压这一特性，使电路只对强烈的撬锁振动有反应，而对一般外界其他干扰引起的轻微振动无反应，从而提高了报警器的准确性；二是大幅度降低了电路的静态电流，使电池使用时间大大延长。一般每换一次新干电池，可工作一年多。电池GB1为IC提供合适的3V工作电压，GB2主要是和GB1串联起来，将VT2工作电压提高到6V,使B2发声显著增大。
元器件选择
IC选用KD-153H型“叮咚”门铃**集成电路。该集成电路用黑膏封装在一块24mm x 12mm的小印制板上，并给有插焊外围元器件的孔眼，安装使用很方便。KD一153H的主要参数为：工作电压范围1.3V～5V，典型值为3V，触发电流不大于40μA;当工作电压为1.5V时，实测输出电流不小于2mA,静态总电流小于0.5μA;工作温度范围-10℃～60℃。KD-153H也可用HFC1500系列集成电路中内储“叮-咚-”声的芯片来直接代替。 晶体管VT1用9015或9012、3CG21型硅PNP三极管，要求电流放大系数β>50;VT2用9013或3DG12、3DK4．型硅NPN中功率三极管，要求电流放大系数β>100。
BJ选用普通HTD27A-1或FT-27型压电陶瓷片，其他型号的也可代用，但片径应尽可能选择得大一些，以提高报警器触发灵敏度。B2可用8Ω／0.25W小口径动圈式扬声器。GB1和GB2分别用两节5号干电池串联(配套塑料电池架)组成。
制作与使用
由于整个报警器所用元器件很少，所以不必另行自制电路板。焊接时，按前页图所示，将晶体三极管VT1和VT2直接焊在集成电路IC的芯片基板上，然后把它和电池G1、G2一同装入体积约70mm×60mm×20mm的绝缘小盒内。焊接时应特别注意电烙铁外壳一定要良好接地，以免交流感应电压击穿IC内部CMOS电路!压电陶瓷片Bl用长约20cm的双股电线引出盒外；扬声器B2用双股软塑电线(长度视楼房距储藏室的远近确定)也引出盒外。B2可装入一个塑料香皂盒内，并事先在面板开出音孔，制成漂亮的小音箱。
实际应用时，按照右图所示，将压电陶瓷片B1用三颗长约1cm的木螺丝钉固定(或用强力胶粘固)在紧靠储藏室房门背面的门锁部位，注意其金属基板面应平贴房门，并将报警电路盒也固定在房门背面；扬声器盒则通过双股塑皮导线引至楼上住人房间内。这样，一旦有窃贼撬锁开门，扬声器B2就会发出响亮的“叮-咚-”报警声。如果试验用手敲打门板需较大劲才能触发电路，可对调一下B1的两根接线头，则电路触发灵敏度肯定会提高许多。
常见加速度计类型


振动测量一般使用加速度计，是因为加速度计具有以下优点：生产工艺成熟、动态范围大、频率范围宽、线性度好、稳定性高、安装方便等特点。常用于中小结构的模态试验、汽车试验、旋转机械故障诊断试验和振动控制试验等。在这主要介绍两种类型的加速度传感器：压电式和ICP型加速度传感器。




压电式加速度传感器：是一种无源传感器，属于惯性式传感器。利用压电晶体，如石英晶体、压电陶瓷等的“压电效应”：在加速度计感受到振动时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。压电晶体受力变形后，其内部会产生较化现象，同时在它的两个表面产生符号相反的电荷，当被测振动频率远低于加速度计的固有频率（谐振频率）时，则力的变化与被测加速度成正比。当外力去除后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称为“压电效应”，具有“压电效应”的晶体称为压电晶体。关于压电更多详细，请阅读公众号“咖客电子工程”的《我们眼中的世界之压电》一文，以下为该文的二维码。





压电加速度计输出为电荷类型，故需要与电荷放大器配合使用，然后信号再传输到采集仪或者与内置电荷调理的采集仪直接连接。电荷放大器以电容作负反馈，使用中基本不受电缆电容的影响，但会受到静电场的影响。在电荷放大器中，通常用高质量的元器件，输入阻抗高，因而价格也比较贵，一般用的比较少。




ICP型加速度传感器：由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷，而且传感器本身有很大内阻，故输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。为此，通常把传感器信号先输到高输入阻抗的前置放大器。经过阻抗变换以后，电荷量转换成电压量，然后再输出给后续的纪录仪器。目前，制造厂家已有把压电式加速度传感器与前置放大器集成在一起的加速度传感器，即：ICP型加速度传感器，也称IEPE加速度传感器，不仅方便了使用，而且也大大降低了成本。




ICP型加速度传感器由于内置了专门的集成调理电路，因此，属于有源传感器。而该电路要正常工作需要恒流源供电。当今普遍使用的24位采集仪一般都自带恒流功能，因而可直接与ICP型传感器连接使用。




内置集成电路的ICP型优势是低价位，抗干扰好，可长导线使用，但它的耐高温、可靠性不如电荷输出的压电加速度传感器，且动态范围也因输出电压和偏置电压的影响而受到限制。ICP型传感器的低频频响主要受传感器的放电时间常数影响，因此大多数信号适调器都采用交流耦合。
涡流振动传感器你了解多少？
电涡流式位移传感器由探头和前置放大器（又称测隙仪）二部分组成，探头对着转子被测表面，但并不接触，留有一定的间隙，用支架固定在轴承的瓦座上或机壳上，通过延伸电缆与机壳外的前置放大器相连。


电涡流式位移传感器是非接触式传感器，具有灵敏度高、线性范围大、频响范围宽、具有零频响应、探头结构尺寸小、抗干挠能力强、适于远距离传送、易于校准标定等优点。与接触式传感器（速度传感器、加速度传感器都是接触式）相比，电涡流式传感器能够更准确地测量出转子振动状况的各种参数，尤其适用于大型旋转机械轴振动、轴位移、相位、轴心轨迹、轴心位置、差胀、等等的测量，用途十分广泛。
一、传感器的安装使用要求


1 初始间隙的确定


各种型号电涡流传感器应在一定的间隙电压值下，其读数才有较好的线性度，所以在安装传感器是必须调整好合适的初始间隙。根据电涡流传感器特性曲线，用于振动测量的传感器静态较大量程不能大于2.5 mm，动态下为了获得较好的线性度，其工作间隙应在0.3~2.8 mm范围内，即仪表所指示间隙电压为2~16V，因此传感器工作点的选择应为静态时安装间隙电压为11V左右。


2保证被测表面必须光洁


椭圆度小于20μm，否则所测结果中包含了表面光洁度及椭圆度给测量结果带来较大误差，如局部腐蚀、有凹坑或伤痕等，即使不振动，涡流传感器也会有波动电压输出，甚至测量结果不能使用。


3避免交叉感应和过小的侧向间隙


当两个垂直或平行安装的传感器相互靠拢时，它们之间将产生交叉感应，使传感器输出灵敏度降低。为了避免交叉感应两个传感器不能靠得太近
侧隙过小使传感器头部两侧存在导体，这也会降低传感器输出灵敏度，正确的侧隙b≥1.5d，d是传感器**部线圈直径。传感器头部外露高度c，一般没有特别规定，但现场使用证明，c太小也会降低传感器灵敏度，正确的c≥2d。


4金属材料的影响


在使用中，除了要注意间隙问题外，还须考虑被测物体是何种金属材料，因为同一传感器测量不同材质的物体时，其输出灵敏度也不相同，因此，制造厂用某种标定材料给出的标准曲线，在实际使用时如果不是标定材料，较好用实际使用中的材料重新标定。


5温度影响


一般涡流传感器较高容许温度≤180℃，目前国产涡流传感器较高容许温度大部分在120℃以下，实际上工作温度**过70℃，不仅其灵敏度会显著降低，还会造成传感器的损坏，因此测量汽轮机高、中、低**轴振动时，传感器必须安装在轴瓦内，而且在安装前，还必须进行校验，有条件的话较好给出温度影响修正曲线。


6避免支架振动


涡流传感器有时是固定在支架上，有时是套装在支承杆上，然后再固定到轴承座上。传感器安装时应该尽可能避免因支架的振动和松动而产生误差。支架和套筒固有频率必须避开工作转速，否则会产生共振，导致振动读数误差很大。


二、传感器输出信号的真伪判别


1根据间隙电压判断


涡流传感器输出电压信号同时包含直流量和交流量。直流量对应着传感器和探头之间的平均距离，又称为间隙电压。交流量对应着振动信号。如果间隙电压正常，那么交流量一般也是正常的。


2振动值与间隙电压的变化


振动值与间隙电压的变化关系是否符合探头特性（7.87V/mm），**过±0.5V，那么测振仪表很可能已失灵。例如，某振动探头运转正常时的振动值/间隙电压为20μm /9.62 V，现在为70μm /8.62 V，其振动值增大了50μm，间隙电压应该降低约0.4 V，正常情况下不应该低于9.22 V，至少不应该低于8.72 V，因此测振仪表本身有问题。


3根据轴振和瓦振的变化趋势来判断


虽然轴振和瓦振的比例关系有大有小，但是正常情况下，轴振和瓦振应该同步变化。


4根据轴振输出波形判断


如电磁干扰，输出波形有大的毛刺出现、频谱中除了工频分量外，还有大量的2x、4x、6x、8x等倍频。
5根据升降速判别


根据升、降速过程中轴振幅值和相位的变化是否符合机械振动规律和转子动力特性来判断。


6支架是否共振的判别


支架共振现象具有以下几点共同特征：振动峰值很尖，发生共振的转速范围很窄（100～200rpm）；该转速附近轴承座振动较小、变化平稳而且没有峰值；还可以通过现场敲击试验来判定。


三、传感器的应用范围


1测量转轴的振动


括转轴的相对振动和**振动。如果涡流传感器是固定在轴承座上的，亦即以轴承座为参考坐标系，由于轴承座本身也在振动，因此，所测得的轴振动是相对于轴承座而言的相对振动；如果涡流传感器安装在“不动“的参考点上，即基础上的，这样测得的就是轴的**振动。


2测量轴在轴承中的位置


利用涡流传感器的间隙电压可以准确地测量转轴在轴承中的位置，这个参数对诊断转子稳定性故障很有用处。测量转轴在轴承中的位置需要安装两个互相垂直的涡流传感器。测量轴的偏心度偏心的测量，对于评价旋转机械全面的机械状态，经常是非常重要的。它使你能够看到由于受热或重力所引起的轴弯曲的幅度。探测偏心的探头，装在机器上的什么地方，这一点应该考虑。一般情况下，偏心探头的较好安装位置是沿轴向，在两个轴承跨度中间，即远离轴承。监测器上所指示的数值大小，取决于探头的安装位置，越接近轴承，其指示偏心的读数越小。但实际上，装在两个轴承之间，往往很困难，因此经常是把涡流式传器装在轴承的外侧。


3测量转子轴向位置


轴在运行中，由于各种因素，诸如载荷、温度等的变化会使轴在轴向有所移动，如轴移动距离过大就会碰到轴承，二者发生摩擦，则其后果将不堪设想。所以就需要用电涡流探头探测这一间隙的变化，由于这一参量十分重要，因而API670（美国石油协会）标准要求用两个探头同时探测一个对象，以免发生误报警。通过监测传感器输出信号的直流间隙电压，就可确定推力盘在推力轴承中的相对位置；可以监测汽轮机通流部分轴向较小间隙的变化；并可监测推力轴承与乌金面的磨损情况，轴承在瓦枕中的移动量也能反映出来。有时通流部分故障会在轴向推力上反映出来，因而转子轴向位置也可作为分析通流部分状况的参量之一。


4胀差测量


即机组动静部分相对于各自死点膨胀量的差值。对于现代汽轮机来说，一般分析测量高、中、低压胀差。制造厂依据计算出的由静止到满负荷时汽缸和转子的膨胀曲线，限定测点处的胀差值允许范围。在此范围内，汽轮机通流部分一般不致发生动静部分摩擦，因而是机组启停和正常运行时必须监测的重要参量。


5相位测量


涡流传感器还有一个重要用途是测取键相信号。键相信号是振动相位的基准，通过键相信号可以计算机组的转速。
测振动传感器的测量原理是什么？测振动传感器
在工程振动测试领域中，测试手段与方法多种多样，但是按各种参数的测量方法及测量过程的物理性质来分，可以分成三类。1、机械式测量方法 振动传感器　　将工程振动的参量转换成机械信号，再经机械系统放大后，进行测量、记录，常用的仪器有杠杆式测振仪和盖格尔测振仪，它能测量的频率较低，精度也较差。但在现场测试时较为简单方便。2、光学式测量方法　　将工程振动的参量转换为光学信号，经光学系统放大后显示和记录。如读数显微镜和激光测振仪等。3、电测方法 振动传感器将工程振动的参量转换成电信号，经电子线路放大后显示和记录。电测法的要点在于先将机械振动量转换为电量（电动势、电荷、及其它电量），然后再对电量进行测量，从而得到所要测量的机械量。这是目前应用得较广泛的测量方法。
振动位移传感器


高灵敏振动位移传感器,是一种集振动和位移测于一身的全方信固态控制器件,是目前作为报警和状态检测的较佳选择,传感部分采用目前较先进固态加速度检测器件,既对振动有很高的检测灵敏度,又对周围环境的声音信号抑制,具有很强的搞干扰能力,可广泛应用于机动车,保险柜,库房门窗等场合的防盗装置中,器件的内部均含有**的控制芯片,应用非常方便,可直接带动小功率负载,用一只三极管进行电流放大后,即可驱动继电器或报警。
由于传感器工作在固态检测方式,故不存在机械疲劳,灵敏度降低,误触发和受环境湿度温度影响等不良现象,具有很好的一致性。


高灵敏震动位移传感器的外形为12*22*32mm，引脚分布见上中图，脚距：2.54mm,引脚功能见表下,内部示意图见上右图。在器件检测到振动信号时,能够输出直流电压信号,经外部元件电流放大后,即可驱动报警一段时间后自动复位功能.
\引脚功能:
1、地
2、灵敏度调节
3、信号输出
4、输出延时设定
5、电源
振动传感器,Vibration sensor
在振动传感告警电路中，只要将电源开关S1拨到“接通”位置，电源指示灯LED1就立刻发光。芯片LM555(IC1)连接成带控制输入端的简单锁存电路。这时也从+9V取得电源，电源通过R4、C5的退耦RC网络连接至其复位脚④，强制锁存器进入待机模式。
电路一旦检测到振动，绝缘栅场效应管T1就被振动传感器PZ1输出的正脉冲触发导通。结果．锁存器IC1的控制输入脚②和⑥接地。其输出脚③变高电位，此高电位经R5、D1和R6后加至三音调警笛声产生器UM3561(IC2)。电阻R6和稳压二极管ZD1稳定IC2的输入电压至3.3V。IC2的输出经达林顿对管T2和T3放大后送至扬声器Ls1，发出警笛警报声．。
复位开关S2甩来对锁存器Ic1复位，以切断警报声。如果要推动大功率的警报单元如警号、紧急警笛和防护电网等，可利用电路中的输出插座SOC1。

传感器分类


在这主要介绍两种分类，一类是有源与无源，另一类是隔离与非隔离。




有源传感器是指将传感器将非电能量转化为电能量输出，只转化能量本身，并不转化能量信号的传感器，也称为能量转换性传感器或换能器。因而，这类传感器工作时需要外部能量源激励，如激励电压，才能正常工作。由于需要进行能量转化，因而，传感器内部封装了电子元器件，测量过程中会带来噪声。这类传感器如ICP型（也称为IEPE型）加速度度传感器，零频加速度传感器等。




无源传感器是指不需要使用外接电源就能正常工作的传感器，且可以通过外部获取到无限制的能源。这类传感器对测量系统无噪声影响，或者影响很小，如应变片（花）、压电式传感器等。




隔离传感器是指传感器与待测结构之间相隔离，电流不能在二者之间流通。隔离传感器从电气角度与被测结构相分离，如应变片（花）通常与被测结构是相隔离的。传感器实现隔离的通常做法是在传感器底部安装了隔离器件，使电流不能流通


由于传感器应用十分广泛，类型多种多样，在各行各业都有应用。因此，在这里主要介绍用于振动测试的振动传感器的选型。按测量振动参量分类可分为三大类：位移传感器、速度传感器和加速度传感器（也称为加速度计）。一般来说，位移传感器适用于低频测量，速度传感器适用于中频测量，加速度传感器适用于中高频测量。由于加速度传感器具有生产工艺成熟、频响范围宽、动态范围大、安装方便等特点，因而在振动测试中应用较广。因此，在这里主要介绍加速度传感器的选型。





本文主要内容包括：


1. 传感器分类；


2. 常见的加速计类型；


3. 选型指标；


4. 选型原则。




1. 传感器分类


在这主要介绍两种分类，一类是有源与无源，另一类是隔离与非隔离。




有源传感器是指将传感器将非电能量转化为电能量输出，只转化能量本身，并不转化能量信号的传感器，也称为能量转换性传感器或换能器。因而，这类传感器工作时需要外部能量源激励，如激励电压，才能正常工作。由于需要进行能量转化，因而，传感器内部封装了电子元器件，测量过程中会带来噪声。这类传感器如ICP型（也称为IEPE型）加速度度传感器，零频加速度传感器等。




无源传感器是指不需要使用外接电源就能正常工作的传感器，且可以通过外部获取到无限制的能源。这类传感器对测量系统无噪声影响，或者影响很小，如应变片（花）、压电式传感器等。




隔离传感器是指传感器与待测结构之间相隔离，电流不能在二者之间流通。隔离传感器从电气角度与被测结构相分离，如应变片（花）通常与被测结构是相隔离的。传感器实现隔离的通常做法是在传感器底部安装了隔离器件，使电流不能流通，如图1所示红色器件即是隔离器件。
非隔离传感器是指传感器与被测结构之间无隔离，电流可以在二者之间进行流通。这类传感器像热电偶，某些加速度传感器等。这类非隔离的传感器通常要求采用浮地或隔离地线，以避免接地循环，关于接地循环，请阅读《采样过程中存在的误差，您肯定不全知道！》。如果传感器自身不隔离，用户可以自行使用电气隔离器件实现隔离，这类器件如云母片、玻璃片和环氧树脂等。当对处于工作状态下的待测结构进行测量时，推荐使用“隔离”传感器。
振动是自然界较普遍的现象之一，大至宇宙小至原子粒子，无不存在振动现象。在工程技术领域中振动现象比比皆是，但在很多情况下振动是有害的，例如：振动降低加工精度和光洁度，加剧结构件的疲劳和磨损，在车辆和航空领域中机体及结构件的振动不但会影响驾驶员的操作和舒适度，严重情况下还会引起机体、结构件的断裂甚至解体。





振动传感器是用于检测冲击力或者加速度的传感器 ，通常使用的是加上应力就会产生电荷的压电器件，也有采用别的材料和方法可以进行检测的传感器。
振动传感器可用于机械中的振动和位移、转子与机壳的热膨胀量的长期监测；生产线的在线自动检测和自动控制；科学研究中的多种微小距离和微小运动的测量等。振动传感器广泛应用于能源、化工、医学、汽车、冶金，机器制造，**，科研教学等诸多领域。
振动传感器测量振动的方式很多，但总结起来，原理大多都采用以下三种：





机械式测量方法：将工程振动的变化量转换成机械信号，再经机械系统放大后，进行测量、记录，常用的仪器有杠杆式测振仪和盖格尔测振仪，这种方法测量频率较，精度差，但操作起来很方便。





光学式测量方法：将工程振动的变化量转换为光学信号，经光学系统放大后显示和记录。象激光测振仪就是采用这种方法。





电测方法：将工程振动的变化量转换成电信号，经线路放大后显示和记录。它是先将机械振动量转化成电量，然后对其进行测量，根据对应关系，知道振动量的大小，这是目前应用得较广泛的震动测量方法。





从上面三种测量方法可以看出，它们都是经过振动传感器、信号放大电路和显示记录三个环节来完成的。





振动传感器的分类





振动传感器在机械接收原理方面，只有相对式、惯性式两种，但在机电变换方面，由于变换方法和性质不同，其种类繁多，应用范围也较其广泛。在现代振动测量中所用的传感器，已不是传统概念上独立的机械测量装置，它仅是整个测量系统中的一个环节，且与后续的电子线路紧密相关。
由于传感器内部机电变换原理的不同，输出的电量也各不相同。有的是将机械量的变化变换为电动势、电荷的变化，有的是将机械振动量的变化变换为电阻 、电感等参量的变化。




一般说来，这些电量 并不能直接被后续的显示、记录、分析仪器所接受。因此针对不同机电变换原理的传感器，必须附以专配的测量线路。测量线路的作用是将传感器的输出电量 最后变为后续显示、分析仪器所能接受的一般电压信号。
一般情况下，振动传感器按其功能不同可以有以下几种几种分法：





按机械接收原理分为相对式、惯性式；




按机电变换原理分为电动式、压电式、电涡流式、电感式、电容式、电阻式、光电式；




按所测机械量分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器。




相对式和惯性式振动传感器


相对式振动传感器主要用于测量振动体相对其振动参照点的运动（例如机床转轴相对于机床底座的振动等）；
惯性式振动传感器主要用于测量振动体相对于大地或惯性空间的运动（例如机床底座的振动、地面的振动、天空中飞机的振动等）。**式测振传感器因为内部包含惯性质量块，故又称为惯性式测振传感器。





惯性式式振动传感器必须与被测振动体接触安装，相对式传感器可以是接触式，亦可以是非接触式的。





电动式振动传感器




电动式振动传感器又分为相对式电动传感器和惯性式电动电动传感器



相对式电动传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。



惯性式电动传感器由固定部分、可动部分以及支承弹簧部分所组成。为了使传感器工作在位移传感器状态，其可动部分的质量应该足够的大，而支承弹簧的刚度应该足够的小，也就是让传感器具有足够低的固有频率。




根据电磁感应定律，感应电动势为：u=BLX&r式中B为磁通密度，为线圈在磁场内的有效长度， r x&为线圈在磁场中的相对速度。




从传感器的结构上来说，惯性式电动传感器是一个位移传感器。然而由于其输出的电信号是由电磁感应产生，根据电磁感应电律，当线圈在磁场中作相对运动时，所感生的电动势与线圈切割磁力线的速度成正比。





压电式振动传感器




压电式振动传感器还可以分为压电式加速度传感器、压电式力传感器和阻抗头





压电式加速度传感器


压电式加速度传感器的机械接收部分是惯性式加速度机械接收原理，机电部分利用的是压电晶体的正压电效应。其原理是某些晶体（如人工较化陶瓷、压电石英晶体等，不同的压电材料具有不同的压电系数，一般都可以在压电材料性能表中查到。）




在一定方向的外力作用下或承受变形时，它的晶体面或较化面上将有电荷产生，这种从机械能（力，变形）到电能（电荷，电场）的变换称为正压电效应。而从电能（电场，电压）到机械能（变形，力）的变换称为逆压电效应。
因此利用晶体的压电效应，可以制成测力传感器，在振动测量中，由于压电晶体所受的力是惯性质量块的牵连惯性力，所产生的电荷数与加速度大小成正比，所以压电式传感器是加速度传感器。





压电式力传感器


在振动试验中，除了测量振动，还经常需要测量对试件施加的动态激振力。压电式力传感器具有频率范围宽、动态范围大、体积小和重量轻等优点，因而获得广泛应用。压电式力传感器的工作原理是利用压电晶体的压电效应，即压电式力传感器的输出电荷信号与外力成正比。
阻抗头


阻抗头是一种综合性传感器。它集压电式力传感器和压电式加速度传感器于一体，其作用是在力传递点测量激振力的同时测量该点的运动响应。




因此阻抗头由两部分组成，一部分是力传感器，另一部分是加速度传感器，它的优点是，保证测量点的响应就是激振点的响应。




使用时将小头（测力端）连向结构，大头（测量加速度）与激振器的施力杆相连。从“力信号输出端”测量激振力的信号，从“加速度信号输出端”测量加速度的响应信号。



注意，阻抗头一般只能承受轻载荷，因而只可以用于轻型的结构、机械部件以及材料试样的测量。无论是力传感器还是阻抗头，其信号转换元件都是压电晶体，因而其测量线路均应是电压放大器或电荷放大器。





电涡流式振动传感器




电涡流振动传感器是一种相对式非接触式传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的。
\电涡流传感器具有频率范围宽（0～10 kHZ），线性工作范围大、灵敏度高以及非接触式测量等优点，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中监测转轴的振动测量。





电感式振动传感器
电感式振动传感器是依据电磁感应原理设计的一种振动传感器。电感式振动传感器设置有磁铁和导磁体，对物体进行振动测量时，能将机械振动参数转化为电参量信号。因此，电感传感器有二种形式，一是可变间隙，二是可变导磁面积。电感式振动传感器能应用于振动速度、加速度等参数的测量。





电容式振动传感器
电容式振动传感器是通过间隙或公共面积的改变来获得可变电容，再对电容量进行测定而后得到机械振动参数的。电容式振动传感器可以分为可变间隙式和可变公共面积式两种，前者可以用来测量直线振动位移，后者可用于扭转振动的角位移测定。





电阻应变式振动传感器





电阻式应变式振动传感器是将被测的机械振动量转换成传感元件电阻的变化量。实现这种机电转换的传感元件有多种形式，其中较常见的是电阻应变式片。



电阻应变片的基本构造如图，它一般由敏感栅、基底、引线、盖片等组成。敏感栅由直径为0.01-0.05mm、高电阻系数的细丝弯曲而成栅状，它实际上是一个电阻元件，是电阻应变片感受构件应变的敏感部分。敏感栅用粘合剂将其固定在基底上。基底的作用应保证将构件上应变准确地传递到敏感栅上去。




当试件受力变形时，应变片的敏感栅也获得同样的变形，从而使其电阻随之发生变化，而此电阻变化是与试件应变成比例的，因此如果通过一定测量线路将这种电阻变化转换为电压或电流变化，然后再用显示记录仪表将其显示记录下来，就能知道被测试件应变量的大小。





光纤振动传感器





随着光纤和光电子器件技术研究的不断深入，光纤传感技术得到了突飞猛进的发展。由于光纤传感器的体积小、质量轻、精度高、响应快、动态范围宽、响应快等优点，并且它具有良好的抗电磁干扰、耐腐蚀性和不导电性，所以在很多领域都应用广泛。



光纤振动传感器的出现已有30来年的历史，它是测量振动信号的。较初的光纤振动传感器是采用干涉式的结构，利用振动产生的光纤应变导致干涉仪信号臂的相位发生变化，但这种传感器结构比较复杂，不利于重复用。





相位调制型光纤振动传感器


位调制型光纤振动传感器运用一个相干激光光源和两个单模光纤。光线被分束后入射到光纤。如果干扰影响两根相关光纤的其中一根、就会引起位相差，这个位相差可精确地检测出。位相差可用干涉仪测量。有四种干涉仪结构。它们包括：马赫—泽德尔、迈克尔逊、法布里—帕罗和赛格纳克干涉仪。





下面是基于光纤Sagnac干涉原理。A和B是干涉仪的两个传感臂，起到传输光的作用。C是一段被绕成圆环状的光纤，是用来接收或感应外接信息的变化，22光纤3dB耦合器被用来分解和合成干涉光束。




注入的光经过耦合器被分为两束，一束光由A到C再到B，最后传回到耦合器中；另一束由B到C再到A，最后传回到耦合器中，两束光相遇产生干涉。
光纤Sagnac干涉振动传感器，是以光学Sagnac干涉仪为基础，利用单模光纤和3dB耦合器构成。该传感器能够探测微弱振动，当信号在固体中传播并作用于传感器的敏感元件时，传感器的输出光强度受到了信号的调制。通过检测输出光强度，并利用Fourier变换，获得信号的频率特征。





光强调制型光纤振动传感器


在光纤通信中，光纤耦合技术成熟的基础上，人们研制成功了一种全光纤器件的高性能耦合型光纤声振动传感器，以其测量带宽，灵敏度高，解调、制作成本低，使用简单等优点，受到很多人的关注。




为使单模光纤耦合器可作为传感器应用，研究人员分析了单模光纤耦合传感器的敏感机理，根据传感器耦合输出与传感器耦合区长度及耦合区振动频率存在一定的关系这一原理，可以制成光纤振动传感器，实现振动的检测。
当入射光P0 进入输入端时，随着两个光波导逐渐靠近，两个传导模开始发生重叠现象，在双锥体结构的耦合区，光功率再分配，一部分光功率从“直通臂”继续传输，另一部分则是由“耦合臂”传到另一光路。




耦合器两输出端的输出功率之差与激振源的振动加速度成线性关系。因此，可以通过测量耦合器输出功率的变化，求出传感器加速度的值，实现对振动的测量。





此类传感器对应变的响应非常灵敏,耦合比的线性关系良好,且温度漂移影响可以稳定在0. 5 %以内。与压电振动传感器的测试对比,该传感器可更好地实现0～50 Hz 低频和4 kHz 高频振动检测。





波长调制型光纤振动传感器的原理及结构





波长调制传感原理为被测场/参量与敏感光纤相互作用，引起光纤中传输光的波长改变，进而通过测量光波长的变化量来确定被测参量。





由布拉格中心波长的数学表达式3.1.3，通过外界参量对布拉格中心波长的调制来获取传感信息，这个过程是光纤光栅的传感原理。



两个相同特质的光纤光栅，一个安装在悬梁臂下表面的对称位置作为信号解调光栅，另一个安装在机械悬梁臂的上表面上作为传感光栅。




由振动惯性力的作用下悬臂梁发生机械振动，带动两个光栅产生周期性的应变拉伸或收缩，从而引起FBG的布拉格波长发生变化，通过探测波长的信息前后是否一致，就能实现振动测量。


光通过2×2 光纤耦合器，送到传感头1上。之后，反射光信号返回又经2×2 光纤耦合器，经过传感头2上，传感头2的透射光强经光电转化，由光信号转换为振动的电信号，此时传感头2的作用是用作传感头1的光波长滤波器，将传感头1的波长改变转化成为光强信号变化。



此光纤光栅振动传感器特点是用一种新的简单易行的解调技术，可以有效消除光纤光栅敏感信号的啁啾现象，有效减弱传感器的温度交叉敏感的问题，振动测量精度有显著的提高。