加速度传感器测振动位移
加速度传感器测振动位移
加速度传感器测振动速度与位移方案1. 测量方法（基本原理）设加速度传感器测量振动所得的加速度为：()a t （单位：m/s 2） 对加速度积分一次可得速率： 11()()[]2Ni i i a a v t a t dt t -=+==∆∑⎰ (单位：m/s) 对速率信号积分一次可得位移：11()()[]2N i i i v v s t v t dt t -=+==∆∑⎰ (单位：m) 其中：()a t 为连续时域加速度波形()v t 为连续时域速率波形 ()s t 为连续位移波形 i a 为i 时刻的加速度采样值 i v 为i 时刻的速率值0a =0；0v =0t ∆为两次采样之间的时间差2. 主要误差分析误差主要存在以下几个方面： 1）零点漂移所带来的积分误差由于加速度传感器的输出存在固定的零点漂移。
即当加速度为0g 时传感器输出并不一定为0，而是一个非零输出error A 。
传感器的输出值为：()a t +error A 。
对error A 二次积分会产生积分累计效应。
2）积分的初始值所带来的积分误差0a 和0v 的值并不为零，同样会产生积分累计效应。
3）高频噪声信号所带来的误差高频噪声信号会对瞬时位移值测量精度带来影响，但积分值能相互抵销而不会带来累计。
3. 解决办法1）零点漂移和积分初始值不为零可以加高通滤波器的方法滤除。
2）高频噪声信号的影响并不大，为了达到更高的精度，可以加一个低通滤波器。
选择高通滤波器和低通滤波器合理的截至频率，可以得到较理想的结果。
（注：高通滤波即去除直流分量；低通滤波即平滑滤波算法）。
4. 仿真研究4.1 问题的前提背景1.本课题研究的对象是桥梁振动的加速度()a t ，速度()v t 和位移()s t ，可以认为桥梁的加速度，速度，位移的总和为0。
即：0()0a t dt ∞=⎰0()0v t dt ∞=⎰()0s t dt ∞=⎰其离散表达式为：00()Ni i a N ===∞∑0()Nii vN ===∞∑0()Nii sN ===∞∑2.加速度传感器测量值存在误差，它主要是在零点漂移和测量噪声两个方面。
《振动测试》实验讲义
实验一 简谐振动幅值测量一、实验目的1.了解振动信号位移、速度、加速度之间的关系。
2.学会用各种传感器测量简谐振动的位移、速度、加速度幅值。
二、实验装置框图简谐振动的位移、速度、加速度幅值测量试验的实验装置与仪器框图见图1-1。
图1-1 实验装置框图三、实验原理在振动测量中，有时往往不需要测量振动信号的时间历程曲线，而只需要测量振动信号的幅值。
振动信号的幅值可根据位移、速度、加速度的关系，用位移传感器或速度传感器、加速度传感器来测量。
设振动位移、速度、加速度分别为x 、v 、a ，其幅值分别为X 、V 、A ：x = Bsin (ωt -ψ) （1）v =dtdy =ωBcos (ωt -ψ) （2） )sin(222ψ--==wt B w dtyd a （3）式中：B 一一位移振幅 ω—振动角频率 ψ—初相位X=B （4） V=ωB=2πfB （5）A=ω2B=(2πf)2B （6）振动信号的幅值可根据式（6）中位移、速度、加速度的关系，分别用位移传感器、速度传感器或加速度传感器来测量。
也可利用动态分析仪中的微分、积分功能来测量。
四、实验方法1、安装激振器把激振器安装在支架上，将激振器和支架固定在实验台基座上，并保证激振器顶杆对简支梁有一定的预压力（不要超过激振杆上的标识），用专用连接线连接激振器和DH1301扫频信号源输出接口。
2、连接仪器和传感器把加速度传感器安装在简支梁的中部，输出信号接到电荷放大器的输入端，并将电荷放大器的输出接到数采分析仪的1通道。
3、仪器参数设置打开数采仪器的电源开关，开机进入DAS2003数采分析软件的主界面，设置采样率（2kHz）、量程范围，输入加速度传感器的灵敏度。
打开一个窗口，分别显示三个通道的信号。
4、采集并显示数据调节扫频信号源的输出频率，使梁产生振动。
分别调整电荷放大器为加速度、速度、位移状态，同时在窗口中读取当前振动的最大值（位移、速度、加速度）。
5、计算数据与实验数据比较按公式计算位移、速度或加速度值，并与实验数据比较。
用加速度传感器测量振动位移的方法
用加速度传感器测量振动位移的方法发表时间：2018-02-07T14:21:14.737Z 来源：《防护工程》2017年第28期作者：范爽王永海荆志彬[导读] 为了预防钻柱振动失效，采用加速度传感器测量钻柱的纵振、横振、扭振及耦合振动。
中国电子科技集团公司第49研究所黑龙江省哈尔滨市 150001摘要：为了预防钻柱振动失效，采用加速度传感器测量钻柱的纵振、横振、扭振及耦合振动。
给出了加速度传感器在钻柱上的安装位置和数量，建立了加速度传感器测试信号值与钻柱振动值的关系式。
本文分析加速度传感器测量钻柱的纵振、横振、扭振及其耦合振动的方法，给出了加速度传感器安装位置和数量，建立了加速度传感器测试信号与钻柱振动加速度的数学表达式。
为验证测量方法的有效性，利用ANSYS仿真软件建立了钻柱振动，对加速度传感器安装位置及个数、测量信号处理方法进行阐述。
关键词：钻柱；振动；加速度；传感器在石油钻井过程中，由于钻柱的旋转、钻头破岩、井壁碰撞等因素作用，会引起钻柱振动，并导致钻柱失效［1］。
对钻柱振动状态分析及减振和防断技术开展了大量研究，主要成果有采用能量法、有限元法进行了钻柱振动分析，并通过钻具设计、减震器应用及钻井参数优化来控制钻柱振动引起的钻具失效。
由于井下钻柱振动状况的复杂性，国内在钻柱振动测试方面的研究较少，例如宿雪通过在钻柱顶部测量振动信号，获得钻头下方地层特性，研究钻柱与井壁之间的接触情况。
只有精确地测试和提取钻柱振动信号，才能更准确分析和诊断钻柱的振动状态。
一、概述位移和加速度是振动测量与分析的两个主要物理量。
长期以来, 人们一直采用直接测量法测量这两个物理量, 即用位移传感器测量位移,用加速度传感器测量加速度。
直接测量法在一般的场合是可行的, 但在一些特殊场合, 由于结构动态特性或试验条件的限制,往往会引起较大的测量误差, 甚至无法正确测量。
例如, 类似桥梁、建筑物这样的大型结构,由于其共振频率较低(一般为0 .15 Hz), 位移很大。
加速度传感器原理、结构、使用说明、校准和参数解释
根据牛顿第二定律F=m*a；惯性力等于质量快质量乘以加速度。 将以上两个公式进行组合可得到Q=d*m*a；其中，d和m在当加速度传 感器的压电陶瓷材料和质量块的质量确定之后就是固定值。
在传感器的可测范围之内，Q和a呈线性关系，可通过电荷Q来表征加 速度值。
质量块
压电 陶瓷
结构与特征
11、耐冲击性 对于物理冲击的界限值。
12、传感器质量 传感器质量最好小于待测物的十分之一。
压电型振动传感器分类
压电型加速度传感器
电荷输出型 电压输出型
通用型 小型 高灵敏度型 高/低温型 防水绝缘型 3轴加速度
电荷输出型部分型号
电压输出型部分型号
三轴加速度传感器部分型号
防水绝缘加速度传感器部分型号
6、接地噪音 如果有两个或两个以上的接地端的时候，那么噪音可能从接地端引入，系统只设一个
接地端或者使用绝缘加速度传感器/绝缘螺栓可消除。 7、热电灵敏度
压电陶瓷和热电传感器用的元件有相同的组成，温度变化会产生电荷，几Hz以下的测 定必须注意。 8、最大使用加速度
压电型加速度传感器的动态范围很宽。最大使用加速度需满足两个条件：1是保证加速 度和输出为线性，2是内藏放大器最大输出电压是否饱和。
与声发射传感器比较 检测低频信号 检测更强的信号 信号具有指向性 非内置放大加速度传感器为电荷输出
压电型加速度传感器原理
压电元件是受到惯性力F后会产生电荷的功能材料，其压电常数的定义如下：
所以，电荷Q=d*F；其中Q为电荷量，d为压电常数，F为受到的力。 压电型加速度传感器的机构如右图所示，压电陶瓷受到的力主要是质
接近螺钉固定的效果 胶带固定：适用于振动频率低振幅小时的一种便利方法 绝缘螺栓固定：绝缘螺栓使加速度传感器和被测物电气
振动的测量原理
振动的测量原理振动的测量原理是通过不同的传感器或仪器来检测、监测和量化物体的振动状态及其特性。
振动测量在许多领域中都非常重要，包括工程、机械、建筑、地震学等。
以下将详细介绍几种常用的振动测量原理。
1. 加速度传感器原理：加速度传感器是最常用的测量振动的传感器之一。
它的原理基于牛顿第二定律，即物体受到的力与它的质量和加速度成正比。
加速度传感器通过测量物体上的加速度来判断振动的强度和频率。
当物体振动时，加速度传感器会产生与加速度大小成正比的电压信号。
该信号经过放大和滤波后，可以通过数据采集系统记录和分析，获得振动的各种参数。
2. 速度传感器原理：速度传感器是用于测量振动速度的传感器。
它的原理基于牛顿第二定律和黑尔定律，它们表明物体的加速度与速度成正比。
速度传感器通过测量物体上的速度来判断振动的强度和频率。
通常，速度传感器会将振动转换为机械位移量，并将其转化为电压信号。
这个电压信号经过放大和滤波后，可以用于分析和记录振动的特性。
3. 位移传感器原理：位移传感器是用于测量物体振动位移的传感器。
它的原理根据物体振动时的位置变化来判断振动的幅度和频率。
常用的位移传感器有电感式传感器和光学传感器。
电感式位移传感器工作原理是利用物体振动时磁场的变化来测量位移量。
光学位移传感器的工作原理是通过测量物体上的光学位移量来判断振动的幅度和频率。
4. 压电传感器原理：压电传感器是一种测量振动的传感器，它利用压电效应将机械振动转化为电信号。
当物体受到振动时，压电材料产生电荷分离现象，产生电信号。
压电传感器具有高度灵敏度和宽频响特性，适用于高频振动的测量。
5. 光纤传感器原理：光纤传感器是一种基于光学原理的振动测量方法。
它利用光纤的特性来测量物体的振动。
常见的光纤传感器有光纤光栅传感器和光纤干涉仪。
光纤光栅传感器通过测量光纤上光栅的变化来判断振动的频率和强度。
光纤干涉仪则是通过测量干涉光束的相位差来判断振动。
以上是几种常见的振动测量原理，每种原理都有其适用的特定场景。
声纹振动加速度传感器原理
声纹振动加速度传感器原理1.引言1.1 概述声纹振动加速度传感器是一种广泛应用于工程领域的传感器，用于测量物体在空间中的振动加速度。
它通过感知物体的振动运动，将振动信号转化为电信号，从而实现对物体振动特性的监测与分析。
声纹振动加速度传感器具有灵敏度高、频率范围宽、稳定可靠等特点，被广泛应用于结构健康监测、机械故障诊断、地震预警等领域。
它能够实时监测和记录物体的振动状态，为工程师和科研人员提供重要的参考依据，帮助他们分析物体振动的原因和影响。
与其他传感器相比，声纹振动加速度传感器具有较高的信号灵敏度，能够捕捉微小的振动信号。
这使得它在许多复杂环境中都能正常工作，如高温、高压、高速等极端条件下。
同时，它还具有较快的响应速度和良好的线性特性，在测量过程中能够保持较高的精度。
声纹振动加速度传感器的工作原理是基于牛顿第二定律和质量弹簧阻尼系统的振动原理。
当物体受到外力作用或本身振动时，传感器内部的质量块将随之产生相应的加速度。
利用质量块与压电材料之间的相互作用，声纹振动加速度传感器可以将振动信号转化为电信号，通过电路传输和处理，最终得到物体振动的相关参数，如加速度、速度和位移等。
总之，声纹振动加速度传感器是一种重要的工程测量工具，它能够准确地反映物体的振动状态，并为工程师提供重要的参考数据。
随着科技的进步和应用领域的不断扩大，声纹振动加速度传感器将在更多的领域发挥重要作用，推动工程技术的发展和进步。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章的结构对于读者来说非常重要，它可以帮助读者更好地理解文章的内容和逻辑关系。
本文将按照以下结构组织：2.正文2.1 声纹振动加速度传感器的基本原理2.2 声纹振动加速度传感器的工作原理在正文部分，我们将逐步介绍声纹振动加速度传感器的原理和工作机制，旨在让读者对其有一个全面而深入的了解。
首先，在2.1节中，我们将介绍声纹振动加速度传感器的基本原理。
这部分将解释传感器的设计思路、结构和主要组成部分。
【实验报告】压电式传感器测振动实验报告
压电式传感器测振动实验报告篇一：压电式传感器实验报告一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。
二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。
（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。
三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。
双踪示波器。
四、实验步骤：1、压电传感器装在振动台面上。
2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。
3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。
将压电传感器实验模板电路输出端Vo1，接R6。
将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。
3、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。
4、改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。
光纤式传感器测量振动实验一、实训目的：了解光纤传感器动态位移性能。
二、实训仪器：光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口（含上位机软件）。
三、相关原理：利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应，用合适的测量电路即可测量振动。
四、实训内容与操作步骤1、光纤位移传感器安装如图所示，光纤探头对准振动平台的反射面，并避开振动平台中间孔。
2、根据“光纤传感器位移特性试验”的结果，找出线性段的中点，通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点（大致目测）。
3、参考“光纤传感器位移特性试验”的实验连线，Vo1与低通滤波器中的Vi 相接，低通输出Vo接到示波器。
4、将低频振荡器的幅度输出旋转到零，低频信号输入到振动模块中的低频输入。
5、将频率档选在6~10Hz左右，逐步增大输出幅度，注意不能使振动台面碰到传感器。
三轴振动加速度传感器
四川瞭望工葉自動化控製技術有限公司
四川瞭望Sichuan Binocular Industrial automation control technology co.,Ltd
加速度传感器
振动加速度传感器的应用
车辆驾驶特性研究，火车汽车分级农业机械建筑机械；
产品运输时的振动冲击检测，运输环境调查包装材料的合理化；
管道闸门的泄露检测，设备保养节能对策；
空调机运转状况检测，洁净间智能大厦；
振动公害调查，建筑工地道路交通、工厂地基；
不平衡振动测定，转盘研磨盘硅片清洁机的平衡修正；
大型建造物的抗震性研究，建筑物、大坝、桥大梁、铁塔；
各种设备异常振动的检测和设备诊断，钢铁厂、造纸厂、石油厂水泥厂等旋转机械的振动检测及轴承劣化诊断；
产品振动特性研究，可靠性试验及出厂检测从汽车飞机轮船火箭卫星到马达硬盘风扇家用电器手机等。
TG-3型三轴振动加速度传感器
概述
TG-3型三轴振动加速度传感器是一款尺寸精巧、性价比高、以电压输出且无直流偏置的加速度传感器，广泛应用在姿态矫正，惯性导航，机械振动测试、接触式位移测试、地质勘探、地震波测量、旋转电机偏摆检测等多个测试控制领域。
该款传感器具有体积小、安装
简便、测量精度高、一致性好、抗干扰等特点，能满足用户多样化的要求。
该系列传感器另有防水型可选；
标准配置
TG-3型三轴振动加速度传感器一只，信号调理盒，使用说明书、质保卡、合格证等
技术参数。
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加速度传感器测振动速度与位移方案
1. 测量方法（基本原理）
设加速度传感器测量振动所得的加速度为：()a t （单位：m/s 2） 对加速度积分一次可得速率： 1
1()()[
]2N
i i i a a v t a t dt t -=+==∆∑⎰ (单位：m/s) 对速率信号积分一次可得位移：1
1
()()[
]2
N i i i v v s t v t dt t -=+==∆∑⎰ (单位：m) 其中：
()a t 为连续时域加速度波形
()v t 为连续时域速率波形 ()s t 为连续位移波形 i a 为i 时刻的加速度采样值 i v 为i 时刻的速率值
0a =0；0v =0
t ∆为两次采样之间的时间差
2. 主要误差分析
误差主要存在以下几个方面： 1）零点漂移所带来的积分误差
由于加速度传感器的输出存在固定的零点漂移。
即当加速度为0g 时传感器输出并不一定为0，而是一个非零输出error A 。
传感器的输出值为：()a t +error A 。
对error A 二次积分会产生积分累计效应。
2）积分的初始值所带来的积分误差
0a 和0v 的值并不为零，同样会产生积分累计效应。
3）高频噪声信号所带来的误差
高频噪声信号会对瞬时位移值测量精度带来影响，但积分值能相互抵销而不会带来累计。
3. 解决办法
1）零点漂移和积分初始值不为零可以加高通滤波器的方法滤除。
2）高频噪声信号的影响并不大，为了达到更高的精度，可以加一个低通滤波器。
选择高通滤波器和低通滤波器合理的截至频率，可以得到较理想的结果。
（注：高通滤波即去除直流分量；低通滤波即平滑滤波算法）。
4. 仿真研究
4.1 问题的前提背景
1.本课题研究的对象是桥梁振动的加速度()a t ，速度()v t 和位移()s t ，可以认为桥梁的加速度，速度，位移的总和为0。
即：0()0a t dt ∞
=⎰
0()0v t dt ∞
=⎰
()0s t dt ∞
=⎰
其离散表达式为：00()N
i i a N ===∞∑
0()N
i
i v
N ===∞∑
0()N
i
i s
N ===∞∑
2.加速度传感器测量值存在误差，它主要是在零点漂移和测量噪声两个方面。
即测量值()()()measure error a t a t a t =+
其中：()measure a t 为加速度传感器测量加速度值 ()a t 为桥梁振动的实际加速度值
()error a t 为传感器测量误差
3.振动速度与振动位移取决于振动加速度与振动频率，可以证明，振动速度与振动加速度成正比，与振动频率成反比；振动位移与振动速度成正比，与振动频率成反比。
4.2 仿真
1.取一组仿真用振动加速度信号：()9.8sin(240)3measure a t t π=⨯⨯+，如图1所示。
其中：()measure a t 代表加速度传感器测量值
()9.8sin(240)a t t π=⨯⨯代表实际加速度值
()3error a t =代表传感器的零点漂移
传感器测量噪声暂时不讨论。
图1仿真用加速度信号
2.对振动加速度积分一次可以得到振动速率 即()()measure measure v t a t dt =⎰
原始测量信号积分可得图2波形。
其中积分算法为：1()()N
i i v t a t dt a t ===∆∑⎰
图2 对原始信号积分一次的波形（振动速度波形）
可以看到，由于误差项的()3error a t =的存在，振动加速度一次积分波形（振动速度）成递增趋势。
误差信号已经将有用的振动湮没。
故必须在积分之前去除误差项。
对原始加速度信号作一次高通滤波即可消除误差项()error a t ，如图3所示为消除误差项后的振动加速度波形。
采用的高通滤波算法为：01...i i i n
i i a a a a a n
---+++=-∑
消除误差项之后的振动加速度函数为：()9.8sin(240)a t t π=⨯⨯
图3 高通滤波后的振动加速度波形
然后对振动加速度进行一次积分得到图4所示的振动速度波形。
同样积分算法为：
1()()N
i i v t a t dt a t ===∆∑⎰
图4 对消除误差项之后的振动加速度积分一次后的波形（振动速度波形）
3. 对振动速度积分一次可以得到振动位移 即()()measure measure s t v t dt =⎰
图4积分可得图5波形。
其中积分算法为：1()()N
i i s t v t dt v t ===∆∑⎰
由图4可以看出，一次积分，速度全部为正，有直流分量，这是因为假定积分前的速度初始值为零并不正确。
图5 未去除直流分量之前的速度波形一次积分后的波形（振动位移）
振动速度一次积分波形（振动位移）成递增趋势。
直流分量的积分已经将有用的振动湮没。
故必须在积分之前去处消除直流分量。
同样高通滤波可以去除直流分量。
采用的高通滤波算法为：01...i i i n
i i v v v v v n
---+++=-∑
图6是对图4进行高通滤波后的振动速度波形。
图7是对图6进行一次积分后的波形（振动位移）。
图6 高通滤波后的振动速度波形
图7 对高通滤波后的振动速度一次积分后的波形（振动位移）
4.同样，由于假定积分前的位移初始值为零并不正确，故速率波形也存在一定的直流分量，
再进行一次高通滤波即可得到正确的振动位移波形。
如图8所示。
采用的高通滤波算法为：01...i i i n
i i s s s s s n
---+++=-∑
图8 高通滤波后的振动位移波形
到此，图1中存在零点漂移的振动加速度仿真波形经过两次积分，三次高通滤波得到了振动位移波形。
图3满足0
()0a t dt ∞
=⎰，图6满足0
()0v t dt ∞
=⎰，图8满足0
()0s t dt ∞
=⎰，证明了
该算法的正确性和该方案的可实施性。
5. 考虑测量噪声存在的情况
对仿真用的振动加速度加上幅值为±0.5的白噪声，测量结果如图9，图10和图11所示。
由于噪声信号noise a 满足00()N
noise i a N ===∞∑，故对积分后的信号不会产生影响。
图9 加噪声之后的振动加速度高通滤波后的波形
图10 加噪声之后的振动速度高通滤波后的波形图11 加噪声之后的振动位移高通滤波后的波形。