工程振动5——振动信号传感器

预习：1.振动信号传感器介绍振动传感器将振动运动量转换为光学量，机械量，更多的情况下是转化为电信号。振动传感器从功能上由两部分组成，即机械接收部分和机电变换部分。传感器的分类，按机械接收原理可分为：相对式（相对坐标）、惯性式（绝对坐标）；按被测物理量可分为：位移式传感器、速度式传感器、加速度式传感器、力传感器。振动传感器并不是直接将原始要测的机械量转变为电量，而是将原始要测的机械量做为振动传感器的输入量，然后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变换的机械量，最后由机电变换部分再将变换为电量。因此一个传感器的工作性能是由机械接收部分和机电变换部分的工作性能来决定的。2.加速度传感器惯性接收和位移接收原理1）惯性接收原理压电式加速度传感器又称压电加速度计。属于惯性式传感器。压电式加速度传感器的原理是利用压电陶瓷或石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。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(如人工极化陶瓷、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，它的晶体面或极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。2）位移接收原理采用集成电路表面加工技术,将敏感元件和信号调理电路集成在单片集成电路上,组成一个完整的加速度测量系统。安装时使加速度传感器的敏感方向与抽油杆运动的方向平行,由于重力加速度g的作用,当加速度传感器不运动时,其输出为1g,即传感器的零点偏置不是0,因此,调节零点偏置电平采用了参考源分压的方式.抽油杆运动时,其加速度的范围0.4g,实际加速度输出的动态范围0.6g~1.4g,取输出放大器的增30,调节分压电位器使零点偏置输出2.5V,则传感器的输出电压范围是0.1~4.9V.抽油杆运动的频率在0.3Hz以下,加速度传感器的输出可直接输入A/D转换器进行变换。用加速度传感器测量位移的算法可简要表述为:将一个周期的加速度的测量值减去其平均值,令边界条件为零,对修正后的加速度积分得到速度.将所求速度减去其平均值,令边界条件为零,对修正后的速度积分即得到相对位移。3.加速度传感器安装和使用在理想环境下,加速度传感器的安装应该能提供整个传递区。尽管每个分析人员都希望能达到这个极好的目标,它的实现却完全依靠所采用的安装方式。请记住传感器的固有频率是同硬度和质量有关,任何能影响这些传感器特性的安装方式都会使其固有频率受到改变。为了精确测量振动用户必须确保以下准则：首先是加速度传感器安装不要限制有用频率和振动范围。其次是加速度传感器的附加质量不改变振动物体的振动特性。最后是能精确和重复的固定测量点，这保障了测量能够重复进行。加速度传感器的具体安装方法需要注意几点：首先是振动测试设备安装表面的加工要求，为了获得较高的安装共振频率，尽可能的是测试样品表面清洁而光滑是非常重要的。用于加速度传感器安装的双头螺栓也要安装螺纹标准进行攻丝。其次是加速度传感器安装位置，在许多情况下，加速度传感器的安装位置是十分明显的，可以安装振动测量的要求事。加速度传感器的安装应使它的主灵敏度轴和所测量的振动方向成一条直线。选择一个位置，使从该位置到振动源的振动传输路径短和具有刚性而避免任何柔性传输和在被测结构中出现如衬垫之类的阻尼型元件。例如，在测量旋转类机械的振动时，轴承箱常常是安装加速度传感器的最佳位置。在轴向，水平方向和垂直方向的轴上常常可以发现有价值的振动信息。使用三轴向加速度传感器或者通过使用三轴向安装基座配套3只单轴向传感器做成X,Y,Z轴向测试系统可以获得在同一个点上的三个互相垂直的轴上的振动信息。