振动测量传感器

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1、第二部分振动测量传感器振动传感器的分类 按物理过程 发电式电动式磁电式压电式电磁感应原理电参数电阻式电感式电容式压阻式 按力学过程惯性式 （质量-弹簧）无参照系接触式 （跟随）有参照系非接触式 （电涡流、激光、光电）振动传感器的分类 按被测参数位移传感器速度传感器加速度传感器力传感器应变传感器扭振传感器扭矩传感器振动传感器的分类惯性式传感器 工作原理 力学模型如图所示。图中y1、y0、y01分别表示壳体绝对位移、质块的绝对位移和壳体与 质块的相对位移。测试时，壳体和被测物体联接（用胶接或机械方法），当传感器外壳跟随振动物体振动时，其内部质量与外壳之间产生相对运动。适当选取传感器的结构参数，所测

2、结果将分别反映振动问题的位移、速度和加速度 运动方程 0110101()0m yycyky20100100112yyyy 20km02cm强迫振动解为01sin()myyt其中20122200()1() (2)mmyy 0202arctg1() 惯性式传感器则20222100()1() (2)mmyy 惯性式传感器 对 的讨论1mmyy11mmyy表明质块和壳体的相对运动（输 出）和基础的振动（输入）近乎相等，即表明质块在惯性座标中几乎处于静止状态 作为加速度计的条件210()mmyy1201mmyy作为位移计的条件（应用于动圈式速度传感器的设计）20222100()1() (2)mmyy 1

3、 当 时 ，即被测频率远高于传感器固有频率时 2 当 时 ，即被测频率远低于传感器固有频率时 阻尼对惯性位移计幅频特性的影响01234501234561.00.70.50.20.12.01mmyy0惯性式传感器惯性式传感器 阻尼对惯性加速度传感器幅频特性的影响02021mmyy10-310-210-11001011000.10.20.50.712惯性式传感器001234500.511.522.533.50.10.22.01.00.70.5 阻尼对惯性传感器相频特性的影响电磁感应式速度传感器 分类 运动导体切割磁力线产生感应电动式电动式速度传感器磁电式速度传感器导体不动，穿过导体的磁力线数发生变

4、化，导体两端产生感应电动式eBl dendx 电动式速度传感器-相对式速度传感器1顶杆 2弹簧片 3磁钢 4线圈 5引出线 6壳体 用来测量振动系统中两部件之间的相对振动速度，壳体固定于一部件上，而顶杆与另一部件相连接。从而使传感器内部的 线圈与磁钢产生相对运动，产生相应的电动势来。 特点：1、可测量频率从零赫兹开始的相对振动量；2、使用频率上限由接触杆与被测物体表面的接触共 振频率决定，或者由连杆和线圈骨架组成的轴向 固有频率决定；3、输入与输出之间的相移基本为零；4、附加质量不大；5、对被测物体有附加刚度。电动式速度传感器-相对式速度传感器 使用应注意的问题使用应注意的问题电动式速度传感器

5、-相对式速度传感器电动式速度传感器惯性式速度传感器 a 单磁隙结构 b双磁隙结构 c动磁钢结构 结构： 支撑弹簧电动式速度传感器惯性式速度传感器弹簧片除了提供弹性恢复力外，还对可动部件起导向作用。良好的弹簧片除了提供弹性恢复力外，还对可动部件起导向作用。良好的弹簧片其刚度非线性应很小，弹簧片本身作为弹性体振动的频率要弹簧片其刚度非线性应很小，弹簧片本身作为弹性体振动的频率要足够高，并且还应具有较强的抗侧向失稳能力。足够高，并且还应具有较强的抗侧向失稳能力。 双磁隙结构与工作原理1弹簧 2壳体 3阻尼环 4磁钢 5线圈 6芯轴 在测振时，传感器固定于被测系统，磁钢在测振时，传感器固定于被测系统，

6、磁钢4 4与壳体与壳体2 2一起随被测系统的一起随被测系统的振动而振动，惯性质量由装在芯轴振动而振动，惯性质量由装在芯轴6 6上的线圈上的线圈5 5和阻尼环和阻尼环3 3组成，并在组成，并在磁场中运动。弹簧片磁场中运动。弹簧片1 1径向刚度很大、轴向刚度很小，使惯性系统既径向刚度很大、轴向刚度很小，使惯性系统既得到可靠的径向支承，又保证有很低的轴向固有频率。阻尼环一方面得到可靠的径向支承，又保证有很低的轴向固有频率。阻尼环一方面可增加惯性系统质量，降低固有频率，另一方面在磁场中运动产生的可增加惯性系统质量，降低固有频率，另一方面在磁场中运动产生的阻尼力使振动系统具有合理的阻尼阻尼力使振动系统具

7、有合理的阻尼. . 电动式速度传感器- -惯性式速度传感器 力学模型与运动方程电动式速度传感器惯性式速度传感器 机械接收部分 机电变换部分 rrremxcxkxmxBli 0()ttrd iLRRiB lxd t 当 时rrremxc xkxmx 2 20B iccR SBl灵敏度0ruBlx 阻尼的实现 1 1、扩展速度拾振器的工作频率下限，一般采用、扩展速度拾振器的工作频率下限，一般采用=0.5-0.7=0.5-0.7的的 阻尼阻尼 比，在幅值误差不超过比，在幅值误差不超过5%5%的情况下，工作下限可扩展到的情况下，工作下限可扩展到 2 2、有助于迅速衰减意外瞬态扰动所引起的瞬态振动。、有

8、助于迅速衰减意外瞬态扰动所引起的瞬态振动。 3 3、使传感器的相频特性在工作频率范围内基本保持比例相移、使传感器的相频特性在工作频率范围内基本保持比例相移电动式速度传感器惯性式速度传感器 1、油阻尼、油阻尼 2、电涡流阻尼、电涡流阻尼 3、电磁阻尼、电磁阻尼 阻尼的作用阻尼的作用1.7n 惯性式速度传感器的特点1、测量的是绝对速度振动量；测量的是绝对速度振动量；2 2、频率下限受固有频率限制，不能到零。频率、频率下限受固有频率限制，不能到零。频率 上限受安装共振频率及线圈阻抗特性限制；上限受安装共振频率及线圈阻抗特性限制；3 3、全部质量都附加给被测物体；、全部质量都附加给被测物体；4 4、灵

9、敏度高、信噪比强；、灵敏度高、信噪比强；5 5、输出阻抗小，且输出直接是电压量，可直接、输出阻抗小，且输出直接是电压量，可直接 测量；测量；6 6、横向灵敏度较小，频率范围较宽、横向灵敏度较小，频率范围较宽电动式速度传感器磁电式速度传感器结构eNS振动物体变换过程物体与物体与传感器传感器的相对的相对运动运动空气空气间隙间隙变化变化穿过线穿过线圈的磁圈的磁通量变通量变化化产生产生感应感应电动电动式式ddennxdtdx 输入与输输入与输出关系式出关系式磁电式速度传感器的特点磁电式速度传感器的特点1、非接触型，对被测体无附加质量和刚度；非接触型，对被测体无附加质量和刚度；2 2、灵敏度不等于常数，

10、与间隙、振动物体的、灵敏度不等于常数，与间隙、振动物体的 大小、材料形状等有关，受测量物体表面大小、材料形状等有关，受测量物体表面 电涡流影响；电涡流影响；3 3、动态幅值不是线性，只有当被测物体位移、动态幅值不是线性，只有当被测物体位移 远小于空气间隙时，它的幅值才基本上维远小于空气间隙时，它的幅值才基本上维 持线性持线性磁电式速度传感器压电式加速度传感器压电式加速度传感器 压电式加速度计的结构压电式加速度计的结构 (a)中心安装压缩型 (b)环形剪切型 (c) 三角剪切型 在图中在图中，S S是弹簧，是弹簧，M M是质块，是质块，B B是基座，是基座，P P是压电元件，是压电元件，R R是

11、夹持是夹持环。环。图图a a是中央安装压缩型是中央安装压缩型，压电元件，压电元件质量块质量块弹簧系统装在弹簧系统装在圆形中心支柱上，支柱与基座连接。这种结构有高的共振频率。圆形中心支柱上，支柱与基座连接。这种结构有高的共振频率。然而基座然而基座B B与测试对象连接时，如果基座与测试对象连接时，如果基座B B有变形则将直接影响拾有变形则将直接影响拾振器输出。此外，测试对象和环境温度变化将影响压电元件，并振器输出。此外，测试对象和环境温度变化将影响压电元件，并使预紧力发生变化，使预紧力发生变化， 易引起温度漂移。易引起温度漂移。图图b b为环形剪切型为环形剪切型，结构，结构简单，能做成极小型、高共