在高度發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)中，現(xiàn)代測試技術(shù)向數(shù)字化、信息化方向發(fā)展已成必然發(fā)展趨勢，而測試系統(tǒng)的最前端是傳感器，它是整個測試系統(tǒng)的靈魂，被世界各國列為尖端技術(shù)，特別是近幾年快速發(fā)展的IC技術(shù)和計算機技術(shù)，為傳感器的發(fā)展提供了良好與可靠的科學技術(shù)基礎(chǔ)。使傳感器的發(fā)展日新月益，且數(shù)字化、多功能與智能化是現(xiàn)代傳感器發(fā)展的重要特征。

　　振動傳感器是干什么的

　　振動傳感器主要監(jiān)測旋轉(zhuǎn)機械的振動情況，每種設(shè)備都有自己的振動標準，超過振動值，表明機器出現(xiàn)故障，所以振動傳感器是起到對振動的保護作用。

　　振動傳感器分為磁電式與壓電式兩種，磁電式的結(jié)構(gòu)簡單、價格較低，但精度較差，現(xiàn)在常用的是壓電式的傳感器，測量精度較高。

　　振動傳感器首先感應振動加速度，經(jīng)過積分得到速度，二次積分得到位移，但加速度和位移會受頻率的影響，同時國家振動標準稱為振動烈度，也就是振動速度的有效值，所以，通常監(jiān)測振動速度。

　　

　　振動傳感器工作原理介紹

　　1 振動參數(shù)分類及特性

　　振動傳感器是由彈簧、阻尼器及慣性質(zhì)量塊組成的單自由振蕩系統(tǒng)。利用質(zhì)量塊的慣性在慣性空間建立坐標，測定相對大地或慣性空間的振動加速度。它通過其中的換能元件，將機械振動轉(zhuǎn)換為便于傳遞、變換、處理和儲存的電信號。

　　振動傳感器形式有很多種，常見的分類如圖1所示。

　　1.1 壓電式振動傳感器的測試原理

　　壓電式振動傳感器是試驗機振動測試常用的傳感器之一。相應標準提出了振動加速度測量傳感器改裝要求，但是往往因為對其中的概念理解不透，造成一些不合理的安裝方式，在一定程度上影響了測試精度。

　　要正確理解和貫徹標準要求，必須了解有關(guān)背景知識，如傳感器的測試原理、構(gòu)造和基本特性等方面。

　　一些介質(zhì)在沿一定方向上施加機械壓力而產(chǎn)生變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時其表面產(chǎn)生電荷，當外力去掉以后，材料內(nèi)部的電場和表面電荷也隨之消失，這種特性稱為壓電效應。壓電式振動傳感器是利用這一特性，把基體感受到的機械振動轉(zhuǎn)化為電能量輸出。

　　1.2 典型壓電式振動傳感器的基本構(gòu)造

　　壓電式振動傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　壓電晶體被壓緊在質(zhì)量塊和基體之間，當加速度計感受振動時，質(zhì)量塊施加一個振動力于壓電晶體上，壓電晶體中產(chǎn)生可變電勢。通過適當?shù)脑O(shè)計，可以保證在一定的頻率范圍內(nèi)輸入加速度與輸出電勢成比例。

　　1.3 壓電式振動傳感器的特性

　　1.3.1 頻率響應

　　Mm是壓在敏感元件上的質(zhì)量塊的質(zhì)量；Mb是加速度計基體及殼體的質(zhì)量；K是Mm與Mb間的系統(tǒng)的等效剛度。這一系統(tǒng)的自然頻率為：

　　fo=fm

　　式中fm為質(zhì)量Mm在彈簧K上的自然頻率。

　　根據(jù)振動理論：fm= 。

　　假設(shè)加速度計剛性安裝在比它重的多的結(jié)構(gòu)上，此時Mm/Mb→0，fo→fm。從而得到加速度計的上限響應頻率為fm。

　　壓電式振動傳感器能夠精確地檢測寬范圍的動態(tài)加速度，因此可以用來測量瞬態(tài)沖擊過程外， 還可用來測量正弦振動和隨機振動。但是，壓電式振動傳感器不適用于穩(wěn)態(tài)測量的場合，例如地球引力、慣性制導或諸如發(fā)動機加速度及制動等緩慢變化的瞬態(tài)過程。

　　1.3.2 靈敏度

　　加速度計的靈敏度定義為電輸出與機械輸入之比。從傳感器結(jié)構(gòu)可知，靈敏度是有方向性的。由于傳感器的制造誤差，其最大靈敏度方向與幾何軸不一致，最大靈敏度矢量可分解成軸向靈敏度和橫向靈敏度兩部分。

　　真正代表壓電式振動傳感器靈敏度的是電荷靈敏度，它不受傳感器內(nèi)部電容變化和電纜長度變化的影響，只取決于壓電材料的壓電常數(shù)，一般電荷靈敏度每年下降小于1%。

　　壓電式振動傳感器實質(zhì)上是固態(tài)器件，它們非常堅固和耐用，在誤用的情況下一般也不會引起損壞。在傳感器內(nèi)部，沒有調(diào)整部件，增加了傳感器的可靠性和可重復性，能夠用于極其惡劣的環(huán)境下。

　　2 壓電式振動傳感器的改裝要求與測量精度

　　2.1 振動加速度測量傳感器的改裝要求

　　相應標準規(guī)定了振動加速度測量傳感器的通用改裝要求：

　?。?）傳感器測量軸與被測軸線平行，橫向靈敏軸應避開側(cè)向加速度最大的方向。

　　（2）傳感器安裝支架質(zhì)量小，剛度好，接觸面接觸彈簧的自然頻率至少大于傳感器自然頻率的五倍。

　?。?）單極性傳感器應與支架絕緣安裝。

　　

　　2.2 影響測量精度的因素

　　（1）安裝剛度不足會降低響應頻率及使用范圍的上限，這一影響在高頻測量中尤其顯著。

　　標準規(guī)定“接觸面接觸彈簧的自然頻率至少大于傳感器自然頻率的五倍”；這對傳感器安裝支架的剛度及安裝面的接觸剛度提出了很高的要求。若傳感器直接安裝在被測結(jié)構(gòu)上，其接觸彈簧的自然頻率可按接觸彈簧靜態(tài)變形求得：

　　fm=

　　因傳感器的質(zhì)量力一般很小，而接觸彈簧剛度趨于無窮大；因此變形δ極小，接觸頻率可以滿足標準要求。

　　若傳感器通過轉(zhuǎn)接支架安裝在被測結(jié)構(gòu)上，則必須同時考慮支架剛度及兩個接觸面的接觸剛度，并要在滿足安裝剛度要求的前提下盡量減小支架的質(zhì)量。若傳感器與支架絕緣安裝，采用絕緣螺樁及云母墊片可以獲得最大安裝剛度。

　　（2）安裝支架質(zhì)量太大，其質(zhì)量載荷改變了結(jié)構(gòu)的原有振動，導致測量結(jié)果失真；如果是在較輕或較薄的結(jié)構(gòu)上測振，這一影響不可忽視。

　　（3）安裝方向偏離傳感器的校準狀態(tài)，傳感器軸向靈敏度軸方向與要求的測量方向應盡可能一致，一旦偏離將導致軸向響應降低，而橫向響應增大加速度計應當安裝在平坦、干凈的表面上，橫向靈敏軸（在殼體上以紅點標出）應避開側(cè)向加速度最大的方向。

　?。?）螺栓擰緊不當，螺栓擰入基體太深，引起基體拱彎變形，從而產(chǎn)生額外的電輸出。擰緊力矩要適當，過大會損壞螺紋，太小將影響安裝剛度。

　　2.3 壓電式振動傳感器的典型安裝方式和關(guān)鍵點

　　壓電式振動傳感器有金屬螺栓安裝、對地絕緣轉(zhuǎn)換螺栓連接、膠粘劑粘接和磁鐵轉(zhuǎn)換吸盤連接四種安裝方式，其中金屬螺栓安裝和膠粘劑粘接最為常見。利用鋼制螺樁把傳感器固定在拋光的金屬面上，這種方式可以得到最高的響應頻率，其它的安裝方式會降低響應頻率。

　　要做到數(shù)據(jù)結(jié)論準確，首先要正確使用和安裝傳感器。在設(shè)計振動傳感器支架、緊固件及實施安裝時應遵循以下幾點：

　　（1）了解所測參數(shù)的基本情況，如振動加速度的振幅、頻率范圍；

　?。?）了解傳感器的結(jié)構(gòu)形式和特性，包括傳感器質(zhì)量，自然頻率，安裝尺寸等；

　　（3）根據(jù)被測結(jié)構(gòu)的具體情況確定傳器的安裝方式，對低頻測量應重點考慮附加質(zhì)量對測量結(jié)果的影響；對高頻測量則應保證安裝剛度符合標準要求；

　?。?）傳感器及轉(zhuǎn)接支架的安裝接觸面應平整、光滑，以保證傳感器安裝精度和剛度；

　?。?）仔細調(diào)整傳感器的安裝方向。使軸向靈敏軸與所要測量方向一致，橫向靈敏軸應避開側(cè)向加速度最大的方向；

　?。?）控制螺栓擰入深度及擰緊力矩，適當?shù)臄Q緊力矩為1.8N?m。

　　

　　3 結(jié)論

　　為了得到最真實、可靠的被試數(shù)據(jù)，需要深度挖掘試驗的各個環(huán)節(jié)；本文從改裝環(huán)節(jié)剖析了一型振動傳感器的相關(guān)特性并由此提出了改裝關(guān)鍵點，以便能夠更好、更真實的得出試驗數(shù)據(jù)為被試對象提供數(shù)據(jù)支持。