衡阳无线振动传感器型号

电机上为何要装振动传感器
随着设备智能化水平和高可靠性要求的不断提高，驱动电机在线状态监测、位置和转速信号的实时反馈趋向为标配，编码器、**速开关、PT00、PTC、振动传感器等电机附加装置的应用愈来愈普遍。了解这些附加装置，实现与电机的**融合，对电机生产厂商至关重要。今天Ms.参就近些年来电机上十分常见的振动传感器与大家做个交流。
振动传感器工作原理
振动传感器是电机状态监测中关键部件之一，它的作用是将机械振动量转换为与之成比例的电量。由于它实际上是一种机电能量转换装置，故称之为换能器、拾振器等。
振动传感器并非直接将原始机械量转变为电量，而是将原始机械量做为振动传感器的输入量，然后由机械接收部分接收，形成另一个适合于变换的机械量，最后经机电变换部分变换为电量。因此传感器的工作性能是由机械接收、机电变换两部分来决定。

选型指标


每一种型号的加速度传感器都有特别合适的应用场景，因此，测试时必须根据测试使用要求，选择较合适的加速度传感器。在选择加速度计时，主要从传感器性能、环境因素、电气特性和物理特性四个方面去考虑。




性能包括灵敏度、量程、频响特性、谐振频率、横向效应和线性度等指标。环境因素包括工作温度、温度响应和冲击极限等。电气特性包括激励电压与电流、稳定时间等。物理特征包括敏感材料，结构设计、尺寸、重量和出线方式等。




性能指标：


量程/灵敏度：每个传感器都有测量范围，通常量程大的传感器，灵敏度低，量程小的传感器，灵敏度高。通常传感器输出电压的上限为5V，因此，传感器灵敏度乘以量程得到的为传感器的量大输出电压5V。如某型号传感器的灵敏度为50mV/g，则该传感器的量程为100g。通常ICP型加速度传感器满足这个规律，而其他类型，如零频加速度传感器，则不满足此规律。另一方面，传感器灵敏度越高，则传感器的质量越大，传感器输出电压越大，信噪比越高，分辨能力越强。对于测试不同的结构，应选择相匹配的传感器量程，通常，土木桥梁和**大型机械结构加速度振动量级在0.1g～10g 左右，机械设备的振动在 10g～100g 左右。




谐振频率：传感器本身也是一个结构，因而，也存在固有频率，通常，把传感器的**阶固有频率称为谐振频率。传感器尺寸越小，谐振频率越高。加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的谐振频率。一般传感器的工作频率范围为其自身谐振频率的1/3以下。




频响特性：一般加速度传感器的工作频率上限为自身谐振频率的1/3左右。另一方面，通常加速度传感器低频特性较差，信号衰减严重，而在高频段线性度差，非线性影响严重。如图2为某型号加速度计的频响曲线，从曲线图中可以看出，在2Hz以下信号衰减严重，频响性能差，在12KHz以上线性度差，其谐振频率约为38KHz。因此，该传感器的工作频率为12KHz以下。在选择加速度计时，加速度计的频率上限稍**被测结构的振动频率即可。一般，土木工程结构的频率范围在0.2~1KHz左右，机械设备是中频段，频率范围在0.5~5KHz左右。
线性度：由于传感器测量时只能输入单一灵敏度，因此，用于描述在一定的频响范围内，传感器的灵敏度是否满足实际的灵敏度的指标，即为线性度。相对而言，在低频段（如5Hz以下），传感器的灵敏度会少于实际的灵敏度，而在高频段（如大于工作频率上限），则灵敏度会大于实际的灵敏度。只有在中间频段，灵敏度满足线性关系，如图2所示。如果传感器不在线性区间进行测量，则测量得到的幅值误差较大，一般要求传感器非线性<1%。




横向效应：当测量某个方向的振动时，信号输出应该全为振动感知方向，但实际上在与该方向垂直的方向也有信号输出，这种效应称为横向效应。横向效应灵敏度越低，性能越好，但是相对而言，传感器都存在一定的横向效应，通常标称横向效应<5%。




环境因素：


使用环境：传感器使用时受温度、湿度、尘土等环境因素的影响。任何一种传感器都有自身的工作温度范围，因此必须根据实际测点位置的温度，以及环境温度来选择合适的传感器。另外，对于测试环境存在潮湿、腐蚀和电磁场等影响因素时，选择传感器也应该考虑这些因素。




温度响应：传感器的灵敏度会受到温度的影响，当温度发生了改变，如果我们还使用常温下的灵敏度，则会给测量带来误差。如图3为某传感器的温度响应曲线，从图中可以看出，当室温时，传感器的灵敏度没有偏差，但当温度远离室温时，灵敏度偏差则越来越大。因此，传感器的工作温度应与温度响应曲线中灵敏度无偏差的温度一致。
冲击极限：表示传感器能经受的瞬时冲击限制，通常用峰值表示，如某传感器的冲击极限为±7000g pk。




电气特性：


激励电压/电流：有源传感器都需要提供激励电压/电流才能正常工作，像ICP型传感器需要提供20-30VDC激励电压和2-20mA的恒流激励。当今的数据采集仪普遍内置了这样的供电装置，因此，可直接给ICP传感器供电。但还有很多其他类型的加速度传感器，如MEMS加速度传感器，力平衡式加速度传感器等，如果采集仪不能提供相应的激励电压/电流，则需要选择外部供电方式。




稳定时间：对于ICP型传感器，由于存在放电常数，当给传感器供电时，传感器输出的信号会从无穷远处慢慢地稳定到基线附近，这个时间称为稳定时间。而我们在进行测量时，应待传感器输出的信号稳定之后再进行测量。通常这个时间只需要几秒钟。




物理特性：


敏感材料：对于压电式和ICP型传感器多半采用石英晶体和压电陶瓷作为敏感材料。石英晶体的介电和压电常数的温度稳定性好，适于做工作温度很宽的传感器。具有压电效应的压电陶瓷是人工合成的，原始的压电陶瓷不具有压电效应。由于压电陶瓷制作工艺更方便、耐湿、耐高温等优点，当今的压电传感器多半采用压电陶瓷作为敏感材料。




尺寸和质量：加速度传感器外形以圆柱体和六面体居多，而圆柱形的加速度计又分**部出线和侧面出线两种方式。选择加速度计的外形尺寸时，主要受安装位置空间的影响，对于安装位置空间有限的测点，则必须选择合适的传感器外形尺寸。另一方面，在选择传感器类型时，还必须考虑传感器本身的重量带来的附加质量的影响，特别是测试轻质结构时，传感器本身重量影响显著。可能对待测结构总质量来说，传感器的总质量很少，但是，参与振动的不是结构的全部质量，而是参与振动的那部分质量，称为有效质量，此时，传感器的总质量可能相对于结构的有效质量会很大，此时传感器附加质量的影响会很明显。另外，传感器安装时，可能还会使用工装，此时工装的质量对结构振动幅值会存在影响。对于一些小巧轻型的结构振动或在薄板上测量振动参数时，传感器和固定件质量引起的“额外”荷载可能会改变结构的原始振动，从而使测得结果无效。因此，在这种情况下应该使用小而轻的传感器，估算加速度计质量—荷载的影响。


ar =asms/(ms ma)


式中，ar——带有加速度计的结构加速度响应；


as——不带有加速度计的结构加速度响应；


ms——待装加速度计的结构“部件”的等效质量；


ma——加速度计的质量。


因此，应注意因附加质量而改变结构振动的幅值和频率，这在大型的工程结构测试中，并不**，而对小型的机械零部件影响较大，测试分析中要考虑。

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。