最新4第四章传感器的使用汇总

4 第四章传感器

的使

用

第四章传感器使用基础

1、振动传感器

现场振动测试采用的传感器一般有非接触式电涡流传感器、速度传感器、加速度传感器和复合传感器（它是由一个非接触式传感器和一个惯性传感器组成）四种。每一种传感器都有它们固有频响特性，其决定了各自的工作范围。如果采用的传感器在超出其线性频响区域工作时，测量得到的读数会产生较大的偏差。下表列出了振动测量中常用的一些传感器的性能和适用范围及优、缺点等。

—常用的振动传感器及其性能和适应范围

表

1.1、振动传感器的构成及工作原理

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

拟电气量，如电荷、电动 势、电阻、电感、电容等；另外，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，振动监测中的所有振动信息 均来自于此电压信号 1.2、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，可分为相对式 与绝对式（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（其中又以绝 对式应用较多）、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。 2.电动力式振动速度传感器的工作原理

扼动传惑器 掘动传感器的构成及作舄JK 理

悄丨掘砂速度蜕碾増的粘构示心:图

固定在壳体内部的永久磁铁，随着外壳与振动物体一起振动，同时，由于内部由弹簧固定着的线圈不能与磁铁同步运动，磁铁的磁力线被线圈以一定的速度切割，从而产生了电动势输出。而所输出的电动势的大小则与磁通量的大小和线圈参数（在此处均系常数）以及线圈切割磁力线的速度成正比，所以我们可以得到和磁铁的运动速度成正比的输出电动势，即：传感器的输出电压与被测物体的振动速度成正比。

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

樂对式（惯性式J連屢傕感盟粕对式連度隹感盟

1-输出卸2—禅簧片；3—钱圈；A芯轴；d—磁钢"一阻尼环；7—壳炽A顼

杆；A限幅器磁电式速度传感器

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情况下， 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，显然 是被测物体的相对振动速度；对绝对式来说，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 的绝对速度。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，安装简单，使用方便，

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 片容易发生疲劳损坏。速度传感器的构造特点决定了弹簧片为关键的矛盾点， 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。

4. 压电式加速度传感器

某些晶体，在受到 沿一

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，同时在晶体的两

个 表面上产生了极性相反

的电荷；当外力消除后，又恢

复到原来的不带电状态；当作

用力方向改变时, 所产生的电荷的极性也随之改变；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，就是根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图所示

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1-压紧弾鳖匚2—质量块；了一压电晶体；4一棊座f

$—引出绩 压电式加逮度传感器

其工作原理是，

压电式加速度传感器

压电康理圏 陀補度蒂叵誥的结构揭型

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。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 容易受到外部电磁干扰。现在，许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 限由电荷放大器决定，上限由传感器的固有频率及安装谐振频率决定。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 。

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，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的构造如右图

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（1? 2MHz ）电流振

荡回路，在头部线圈周围 产生高频交变磁场。

当磁场范围内出现 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 S 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）1-头部线圈；2—壳体；孑一电缆；4一播头

电导率和磁导率都为常