【文章內(nèi)容簡介】 性： 410 ? 被振動 振動角頻率 ? ：慣性系統(tǒng)阻尼 ： 慣性系統(tǒng)固有頻率 0Z 01Z1Z 01Z 1Z222/()[ 1 ( ) ] 2 ( )nvnnHjj????? ?? ??222 2 2/()[ 1 ( ) ] [ 2 ( ) ]nvnnAj?????????2 ( / )( ) 21 ( / )nvnarc tg ? ? ??? ???? ??1Z n? nkm? ?? 2cmk? ? 電動式傳感器 ? 式中 m為質(zhì)量塊質(zhì)量，即傳感器的主體質(zhì)量， k為剛度，C粘性阻尼系數(shù)，是傳感器與被測物連接引起。 ? 看到當(dāng) 時(shí)， ，這時(shí)在不同振動頻率下 ? 大小可作為 振動速度 ? 量度，所以 取得較小。 ? 一般 =10— 15Hz， ? ? 由 m,k可調(diào)節(jié)。 ? ⑵另外，希望得較大信號。 ? 當(dāng)然希望大些。 ? 由（ 49） 看到越小 ? 振幅就大 n?? ??. ( ) 1vA ?01Z1Zn?n? nkm?()vA?? 絕對式磁電速度傳感器 ? 阻尼比 ? m, ,決定 ,一般取 ? =～ ，同時(shí)可以抑制共振，意外瞬態(tài)擾動。 ? 圖 46代表 和 在不同頻率下相位關(guān)系， ? 測量時(shí)希望二者同步即穩(wěn)定相位差。 ? 從圖中可以看到低頻范圍（ 100HZ以下）， ? ? 在時(shí)，計(jì)算獲得， 幅值差 5%，相位差 128176。 無法滿足精確測量。當(dāng) ? 時(shí)相位差穩(wěn)定在 180度可 ? 滿足準(zhǔn)確測量。 2cmk? ??01Z1Z n???()vA? ( 7 8 ) n?? 絕對式磁電速度傳感器 ? 圖 47是絕對式磁電速度傳感器。 ? 慣性式動圈型電動傳感器 它的磁鋼與殼體固定在一起。芯軸穿過磁鋼的中心孔，并由上下兩片柔軟的球面彈簧片支撐在殼體上。芯軸的一端固定有線圈，另一端固定有銅質(zhì)阻尼杯因其慣性質(zhì)量由線圈、阻尼杯和芯軸組成，所以相對于殼體而言，稱為動圈型。這種傳感器適用于測量高頻振動 1殼體 。 2彈簧片（起到把主體支持在殼體中作用，其徑向有很大剛度能保證線圈徑向位置，沿軸向剛度小保證固有頻率低 ）； ? 3－阻尼環(huán)（可增加 ? 系統(tǒng)質(zhì)量，又起到阻尼 ? 作用，使阻 ? 尼比 較大） ? ； 4－磁鋼； 5－線圈； ? 6－心軸； 7－彈簧； ? 8－電纜線 nkm? ?2 cmk? ? 絕對式磁電速度傳感器 ? 當(dāng)外面軸向振動時(shí)，磁鋼和線圈相對運(yùn)動， 相對運(yùn)動，運(yùn)動速度正比于線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 E（即普物中線圈在磁場中切割磁力線 [磁鋼的磁場 ]） E與成正比，當(dāng) 時(shí)， 與 成正比。以上除殼體之外全可算作前面提到的質(zhì)量塊。 ? 圖 48， ? 是傳感器 ? 固定方式 ? a， d用附 ? 件夾住 ? b放在 ? 被測件手 ? 按住 ? c用手 ? 頂住 01Z 01Z n????01Z1Z 相對式磁電速度傳感器 ? 圖 49相對式磁電速度傳感器 ? 相對式動圈型電動傳感器 它的結(jié)構(gòu)比慣性式動圈型只多了一個(gè)頂桿。但簧片的剛度不能太小，根據(jù)測量對象的不同可選用各種剛度的簧片。測量時(shí)，將傳感器外殼固定于被測振動物體上，頂桿固定于不動的參考面上，并給簧片以一定預(yù)壓力；或反之，傳感器不動，頂桿隨被測物體運(yùn)動。在這種結(jié)構(gòu)中線圈和磁筒之間的相對運(yùn)動速度直接等于物體的振動速度 ,線圈以相對速度切割磁力線 ,使傳感器輸出正比于振動速度的電壓信號。它的測量頻率下限可達(dá)到零，因此適用于低頻振動速度測量。 ? 1－頂桿 2－殼體 3， 6－彈簧 4－磁鋼 5－線圈 6－電纜 ? 所謂相對指殼體固定在一個(gè)測件上，頂桿在另一個(gè)被測件上。兩個(gè)測件相對速度變成殼體磁鋼與線圈的相對速度，線圈感應(yīng)電動勢與相對速度成正比。 二、壓電式加速度傳感器 ? 壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計(jì)。它也屬于慣性式傳感器。它是利用某些物質(zhì)如石英晶體的壓電效應(yīng)，在加速度計(jì)受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測振動頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測加速度成正比。 ? 有些晶體如石英、鈦酸鋇等在外力作用下，晶體分子的排列發(fā)生變化，引起極化，使得表面產(chǎn)生電荷，形成電場稱為壓電效應(yīng)，這種晶體稱為壓電晶體。當(dāng)外力去掉又回到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱正壓電效應(yīng)。 ? 壓電傳感器正是利用正壓電效應(yīng)把外面振動轉(zhuǎn)化成電學(xué)量。 ? 壓電晶體又分單晶（石英、酒石酸鉀鈉），多晶（鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛） ? 壓電式加速度傳感器的頻率特性：與速度傳感器一樣，加速度傳感器也存在頻率響應(yīng)的問題。 221/()[ 1 ( ) ] ( )nannHjj???? ?????2 2 2 21()[ 1 ( ) ] [ 2 ( ) ]nnnA ? ??????? 壓電式加速度傳感器 ? 與速度響應(yīng)公式比較 ? 分子上多 (且多的 ) ? 分子上多 , ? 與 一致 。 ? 由圖 411， ? 當(dāng) 時(shí) ， ? 它的量綱時(shí)間倒數(shù) ? 與加速度量綱 , ? 相類似。 ? 欲使 作為 量度 ,在 ? 保證不 ? 超過 5%工作頻率取 ? 。 ? 再作一下比較 22 ( )()1 ( )nanarc tg??????????()vHj?2? 2??()vA?2 v??a?? n???? 2( ) 1 /anA ???21/t/lt01Z 1Z ???n? 壓電式加速度傳感器 ? 相頻特性二式一樣，但 ，工作頻率比不一樣，加速度傳感器在 時(shí)，可以獲得頻率成線性關(guān)系，也就是多頻率工作時(shí)，波形不失真 ﹙ 相位差不大 ﹚ 。 ? 壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)： ? 它的結(jié)構(gòu)如圖 412， ? ? b. 剪切型 ? , ? 圖 a質(zhì)量塊、 ? 壓電片、彈簧、 ? 底座四部分組 ? 成。 ??? ( 7 8 ) n???? 8 n? . ???速度傳 加速度 / n?? ??? 傳感器的結(jié)構(gòu) ? 前面三部分裝在中心架上，不與外殼接觸。振動通過中心架傳遞厚可以使它瞬時(shí)溫度變化靈敏度較好。 ? 圖 b，壓電材料圓筒形，粘結(jié)在中心架上，外圓周再粘結(jié)在一個(gè)圓筒狀的質(zhì)量塊可通過剪切力作用產(chǎn)生電信號，可避免外界力的影響力作用，靈敏度也較高。 ? 圖 c，三塊壓電片、質(zhì)量塊、夾緊環(huán)組成，靈敏度高。底座對瞬時(shí)溫度變化有隔離作用。 ? 壓電式加速度傳感器的靈敏度 ? 兩種壓電式加速度傳感器的參數(shù) ： 產(chǎn)品圖示 型號 靈敏度 (pC/ms2) 頻響 (Hz) 量程 (m/s2) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式 橫向比 (%) 安裝方式 外徑高 (mm) 重量 (g) DH105 ～ 300 ～ 3102 中心壓縮 ≤5 M5螺紋 404048 340 DH107 ～ 4 ～ 6k 5103 平面剪切 ≤5 M5螺紋 Φ1622.5 25 安裝和使用 ⑴壓電體看作是電壓源、電荷源，電壓 mv，電荷微庫侖與加速度比 , ，采用什么靈敏度表達(dá)式根據(jù)后面用什么放大器有關(guān)。 ? ⑵對待同樣材料的晶體，同樣大小加速度，傳感器的質(zhì)量塊越大靈敏度越高。但固有頻率會降低，所以選取時(shí)適當(dāng)。 ? 壓電式加速度傳感器的安裝和使用 ? 首先要注意傳感器的主要靈敏度 ? 軸線與振動方 ? 向一致。 ? 常用固定方式 ? 如圖 413 ? ① 用螺栓固定。 ? 注意基坐變形； ? ②需要絕緣采 ? 用云母。絕緣螺栓； ? ③用薄的臘層固定； 安裝和使用 ? ④對于多點(diǎn)快速測試，可以用手持探針； ? ⑤用磁鐵；⑥用粘結(jié)劑。不同固定方式會對幅頻特性有影響，圖 414 固定式的幅頻特性其中采用鋼螺栓固定，是使共振頻率能達(dá)到出廠共振頻率的最好方法。螺栓不得全部擰入基座螺孔，以免引起基座 變形，影響加速度計(jì)的輸出。在安裝面上涂一層硅脂可增加不平整安裝表面的連接可靠性。需要絕緣時(shí)可用絕緣螺栓和云母墊片來 固定加速度 ? 計(jì) ,但墊圈應(yīng)盡量簿。用一層 ? 簿蠟把加速度計(jì)粘在試件平 ? 整表面上，也可用于低溫 ? （ 40℃ 以下）的場合。手持 ? 探針測振方法 ,在多點(diǎn)測試時(shí) ? 使用特別方便， 測量電路 ： ? 但測量誤差較大，重復(fù)性差，使用上限頻率一般不高于 1000Hz。用專用永久磁鐵固定加速度計(jì)，使用方便，多在低頻測量中使用。此法也可使加速度計(jì)與試件絕緣。用硬性粘接螺栓或粘接劑的固定方法也長使用。某種典型的加速度計(jì)采用上述各種固定方法的共振頻率分別約為：鋼螺栓固定法31kHz，云母墊片 28kHz，涂簿蠟層 29kHz，手持法 2kHz，永久磁鐵固定法7kHz。 ? 總之 ,傳感器要注意，基坐變形。磁場溫度和聲壓的影響。 ? 圖 415 傳感器連接引進(jìn)噪聲，防止電纜振動、變形。盡量固定。 ? 壓電式加速度傳感器的測量電路： p7475 ? 獲得信號有二類放大器放大，電壓源用電壓放大器，電荷源電荷放大器 ? 電壓放大器，就是高輸入阻抗的比例放大 器。其電路比較簡單，但輸出受連接電纜對地電容的影響，適用于一般振動測量。要求輸入阻抗高。優(yōu)點(diǎn)電路簡單，線性度好，穩(wěn)定性好， ? 電荷放大器，使用運(yùn)算放大器，以電容作負(fù)反饋，使用中基本不受 電纜電容的影響。在電荷放大器中，通常用高質(zhì)量的元、器件，輸入阻抗高，但價(jià)格也比較貴輸入阻抗高。 三、壓電式力傳感器 ? 在振動試驗(yàn)中，除了測量振動，還經(jīng)常需要測量對試件施加的動態(tài)激振力。壓電式力傳感器具有頻率范圍寬、動態(tài)范圍大、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得廣泛應(yīng)用。壓電式力傳感器的工作原理是利用壓電晶體的壓電效應(yīng)，即壓電式力傳感器的輸出電荷信號與外力成正比。 ? 圖 416用來作激振力的測量，上蓋為傳 ? 力元件厚度 ? mm，外殼和中間作為 ? 電極，中間晶體 ,外力 ? 作用產(chǎn)生電壓。 ? 這種傳感器拉力 1000N， ? 壓力 5000N，分 ? 辨率可達(dá) 。 四 阻抗頭 ： ? 阻抗頭是一種綜合性傳感器。它集壓電式力傳感器和壓電式加速度傳感器于一體，其作用是在力傳遞點(diǎn)測量激振力的同時(shí)測量該點(diǎn)的運(yùn)動響應(yīng)。因此阻抗頭由兩部分組成，一部分是力傳感器，另一部分是加速度傳感器，它的優(yōu)點(diǎn)是，保證測量點(diǎn)的響應(yīng)就是激振點(diǎn)的響應(yīng)。使用時(shí)將小頭（測力端）連向結(jié)構(gòu)，大頭（測量加速度）與激振器的施力桿相連。從“力信號輸出端”測量激振力的信號，從“加速度信號輸出端”測量加速度的響應(yīng)信號。 ? 注意，阻抗頭一般只能承受輕載荷，因而只可以用于輕型的結(jié)構(gòu)、機(jī)械部件以及材 阻抗頭 ? 料試樣的測量。無論是力傳感器還是阻抗頭，其信號轉(zhuǎn)換元件都是壓電晶體，因而其測量線路均應(yīng)是電壓放大器或電荷放大器。 ? 包括測激振力、加速度，有二個(gè)傳感組 ? 成常用“機(jī)械阻抗試驗(yàn)”。 ? 圖 417，結(jié)構(gòu)上兩者盡量接近殼體用鈦制造，加速度傳感器質(zhì)量塊用鎢合金制，激振平臺用鈹制 ﹙ 可以剛度大，質(zhì)量小 ﹚ 與被測件聯(lián)接用銅螺栓，壓電材料用鋯鈦酸鉛 ? 右圖是 阻抗頭 CLYD331的 ? 外形和技術(shù)參數(shù)： 加速度計(jì)部分 : 靈敏度 :～ 5pC/ms2 極限加速度 :4000 ms2 最大橫向靈敏度比 :≤5% 頻率響應(yīng) :1Hz～ 4KHz 工作溫度 :10℃ ～ +20℃ 絕緣電阻 :1010Ω 力傳感器部分 : 靈敏度 :～ 4pC/N 極限加速度 :Push:100N,press:100N 最大橫向靈敏度比 :177。 2%（ 50） 頻率響應(yīng) :55KHz 工作溫度 :10℃ ～ +20℃ 絕緣電阻 :1010Ω 電渦流傳感器： ? 渦流傳感器能靜態(tài)和動態(tài)地非接觸、高線性度、高分辨力地測量被測金屬導(dǎo)體距探頭表面的距離。它是一種非接觸的線性化計(jì)量工