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1、便携式动平衡仪的振动传感器原理与分类在高度进展的现代工业中，现代测试技术向数字化、信息化方向进展已成必 定进展趋势，而测试系统的最前端是传感器，它是整个测试系统的灵魂，被世界 各国列为尖端技术，特殊是近几年快速进展的IC技术和计算机技术，为传感器 的进展供应了良好与牢靠的科学技术基础。使传感器的进展日新月益，且数字化、 多功能与智能化是现代传感器进展的重要特征。-7英寸液晶显示屏健盘输入返回键功能键F1-F6一确认键一方向键电源键主菜单双通道切换键必要而且精确的信息是进行故障诊断的前提条件。由于全部振动信息的源头均来自于传感器，因此有必要了解一下振动传感器方面的基本 学问。1 .振动传感器的构
2、成及工作原理振动传感器是将机械振动量转换为成比 例的模拟电气量的机电转换装置。传感器至少有机 械 量的接 收和 机 电量的转换二 个单元构成。机械接 收单元 感受机 械振动，但只 接收位移、速度、加速度中的一个量；机电转换单元将接收到的机械量转换 成模拟电量， 如电荷、电动势、电阻、电感、电容等；此外，还配有检测 放大电路或放大器，将模拟电气量转换、放大为后续分析仪器所需要的电压 信号，振动监测中的全部振动信息均来自于此电压信号。振动传感器2.振动传感器的类型振动传感器的种类很多，且有不同的分类方法。按工作原理的不同，可分 为电涡 流式、磁电式（电动式）、压电式；按参考坐标的不同，可分为相对
3、式与肯定式（惯性式）；按是否与被测物体接触，可分为接触式与非接触式; 按测量的振动参数的不同，可分为位移、速度、加速度传感器；以及由电涡 流式传感器和惯性式传感器组合而成的复合式传感器，等等。在现场实际振动检测中，常用的传感器有磁电式速度传感器（其中又以 肯定 式应用较多）、压电式加速度传感器和电涡流式位移传感器。其中，加 速度传感器应用最广，而大型旋转机械转子振动的测量几乎都是涡流式 传感器 。1. 3.磁电式速度传感器磁电式速度传感器的构造如下图所示。磁电式速度传感器 的工作原理是，传感器固定在被测物体上，物体振动时， 固定在壳体7上的磁钢 5,随壳体与物体一起振动，而由弹簧片2和线圈3组
4、成的弹簧一质量元件，与磁钢的振动并不同步，而是发生相对 运动，线圈切割磁钢的磁力线而产生电动势，在磁通量及线圈参数均为常 数的状况下，电动势的大小与线圈切割磁力线的相对速度成正比。此相对 速度，对相对式，明显是被测物体的相对振动速度；对肯定式来说，当传感器中的弹簧一质量元件的固有频率远小于被测物体的振动频率时，线 圈的振动速度会远小于磁钢的振动速度，线圈与磁 钢之间的相对速度，接近 于被测振动体相对于大地或惯性空间的肯定速度。总之，可以认为，磁电式 速度传感器的输出电压与被测物体的振动速度成正比。速度传感器通过积分电路可测得位移，通过微分电路可测得加速度。磁电式速度传感器的优点是，灵敏度高，输
5、出信号大，输出阻抗 低，电气性能稳定性好，不易受外部噪声干扰， 不需外加电源，安装简 洁，使用便利，对后续电路也无特殊要求；缺点是动态频响范围有限，尺 寸和重量较大，弹簧片简洁发生疲惫损坏。速度传感器的构造特点打算 了弹簧片为关键的冲突点， 弹簧片厚，弹簧一质量元件的固有频率 就增高， 所能测得的低频范围变窄； 弹簧片薄，易损坏，使用寿命短。绝对式（惯性式）速度传逋器相对式速度传感器1-输出线；2弹簧片；3一线；4一芯轴；5一强钢；6一阻尼环：7壳体：8一顶杆；9一限幅器磁电式速度传感器2. 4.压电式加速度传感器某些晶体，在受到沿肯定方向的外力作用时，其内部的晶格会发生变 化，产生极化现象，
6、同时在晶体的两个表面上产生了极性相反的电荷；当外力 消后，又恢复到原来的不带电状态；当作用力方向转变时，所产生的电荷的 极性也随之转变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比，此现象 称为 压电效应。压电式加速度传感器，就是依据压电晶体受力后会在其两个 表面产生不同电荷的压电效应来实现机电转换的。压电式加速度传感器的构造如下其工作原理是，压电式加速度传感器 的基座 4固定或紧密接触于被测物体，与物体一起振动，由压紧弹 簧 1与惯性质量块2组成的弹簧一质量元件，与基座的振动并不 同步、而是发生相对运动，压电晶体3受到质量块因相对振动加速度产 生的惯性力作用而产生电荷，电荷量的大小与惯性力成正比
7、。当传感 器中的弹簧 一质量元件的固有频率远大于被测物体的振动频率时，质 量块的振动位移会远小于基座的振动位移，质量块与基座之间的相对振动接近于基座、即被测物体的振动。因此，压电式加速度传感器的输出电压与 被测物体的振动加速度成正比。加速度传感器通过积分电路可测得速度，通过二次积分电路可测得位移。 压电式加速度传感器的优点是，体积小，重量轻，频率响应范围宽。适 于测量高频、冲击信号，例如齿轮、滚动轴承的振动测量，耐温、耐蚀性较 好，不易损坏，在实际测量中应用最广泛。由于压电晶体产生的电荷量很 小， 、加速度传感 器需要配置电荷放大器， 因此造成内阻抗高、电荷 放大器前的连接电缆简洁受到外部电磁
8、干扰。现在，很多加速度传感器把 放大电路集成到传感器内，抗干扰能力得到大幅度的提高。压电式加速度 传感器的频响特性范围，下限由电荷放大器打算，上限由传感器的固有频率 及安装谐振频率打算。即传感器与被测物体的接触及固定状况会大大影响高 频测量的范围，其中钢螺栓联接固定方式的高频测量范围最高，可达 10000Hz,磁铁固定式为 2000Hz,手持式最低，仅数百Hz。压电原理图加遗度传寒88的结构模型中心压缩式剪切式1-压紧弹藏；2质量块；3压电晶体：4一基座；5引出线压电式加速度传感器3. 5.电涡流式位移传感器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
9、，但并不接触，留有肯定的间隙，用支架固定在轴承 的瓦座上或机壳上，通过延长电缆与机壳外的前置放大器相连。电涡流式位 所示。移传感器的构造如图所示.电涡流式位移传感器的工作原理是，传感器的头部线圈，与谐振电 容、前置器内的石英振荡器，构成高频（12MHz ）电流振荡回路，在 头部线圈四周产生高频交变磁场。当磁场范围内消失金属导体、如转子时，转 子表面会产生感应电流， 即电涡流。电涡流产生的感应磁场反作用于线 圈的高频磁场，使线圈的阻抗（或者说电感）发生变化，转子与探头之间的间 隙5越小，电涡流就越大，线圈的阻抗就越大、电感量就越小。在振荡器激 励电流参数、线圈参数、金属（转子）电导率和磁导率都为
10、常数的状况下，电 感量是间隙6的单值函数。测出电感量的变化，即可知道转子与探头的 间隙变化。由延长电缆输出的电感量变化信号为高频载波信号，经前置放大 器内的检波器放 大、转换后输出的是直流电压信号。该 电压与探头和转子之 间的间隙8成正比，因此称为间隙电压。间隙电压 U又可分为直流重 量 Uo和变化重量 Ua两部分。直流重量对应于初始间隙（又称安装 间隙）或平均间隙，用于测量轴位移；变化 重量对应于振动间隙，用于测量 振动。测隙仪输出的间隙电压信号经后续仪表的进一步处理，即可转化成轴 振动、轴位移、转速、相位的数值以及状态监测的各种图谱。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
11、围大、频响范围宽、具有零频响应、探头结构尺寸小、抗干扰力量强、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精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，用途非常广泛。电涡流式位移传感器4. 6.常用振动传感器主要性能及优缺点现将常用振动传感器主要性能及优缺点列表如下: 常用振动传感器主要性能及优缺点项目、电涡流式位移传感器（本特利3300、3500系列）磁电式速度传感器（绝对式CD-1）压电式加速度传感番。YD42,YE14103A灵敏度47.
12、87q mV/ gn4%d60 mV / (mm /s) 20pc/g34-频率范围r0-10000HZP10-500HZP1-10000HZP线性范围/.12mm3.1 1mm1000g-适用兔围.1轴振动、轴位移、转速、 相位、轴心轨迹等多种测量一轴承座、机壳、基础等非转动部件的振动测量一商频、冲击信号的测量,如齿轮、谟动轴承.1 1 1.1 1优点一，.1非接触式测量灵敏度高，线性兔围大频响范围宽，黑雯麴啊应，可测静态值高电压、低阻抗塞出， 适于远距离传送Q工作可靠，适应环境。”可静态标定,校淮方便口 灵敏度高小抢出阻抗小，励出信一 号大，电气性能稳定， 不易受外部噪声干扰不需外加电源一 简单、方便。1.1灵敏度高.体积小、重量轻 、频响范围宽，适于 高频、冲击信号的检测，耐温、耐蚀性较好/.11.1缺点。，.1 .1对被测部件的缺陷敏感,一易存在机械及电气编差一需要外部电源一安装较曳杂频响范围有限体积、重量较大d外黄易疲劳损坏。易受高温、磁场影响7标定较麻烦。”对安装状况敏感Q，内阻抗高，放大瞿前电缆易受电磁干扰d 标定较困难，