振動(dòng)傳感器AII302

1、振 動(dòng) 傳 感 器 的原 理 及 應(yīng) 用 一、概述 二、原理 1、振動(dòng)筒傳感器 2、振動(dòng)膜式傳感器 3、振動(dòng)弦式傳感器 4、振動(dòng)梁式傳感器 三、應(yīng)用及產(chǎn)品一、概述 基于諧振技術(shù)的諧振式傳感器，自身為周期信號(hào)輸出（準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)），只用簡單的數(shù)字電路即可轉(zhuǎn)換為微處理器容易接受的數(shù)字信號(hào)。諧振式傳感器的重復(fù)性、分辨率和穩(wěn)定性等非常優(yōu)良，又便于和微處理器直接結(jié)合組成數(shù)字控制系統(tǒng)，自然成為當(dāng)今人們研究的重點(diǎn)。 諧振式傳感器大體分為兩類：一類是基于機(jī)械諧振結(jié)構(gòu)諧振式傳感器；另一類是MOS環(huán)振式諧振傳感器。這里主要介紹基于機(jī)械諧振結(jié)構(gòu)的諧振式傳感器。它們可利用振動(dòng)頻率、相位和幅值作為敏感信息的參數(shù)。由于諧振式

2、傳感器有許多優(yōu)點(diǎn),也 適于多種參數(shù)測量，如壓力、力、轉(zhuǎn)角、流量、溫度、濕度、液位、粘度、密度和氣體成分等，所以這類傳感器已迅速發(fā)展成為一個(gè)新的傳感器家族。 （1）基本結(jié)構(gòu)l 由ERD組成的電 機(jī) 電諧振子環(huán)節(jié)，是諧振式傳感器的核心。適當(dāng)?shù)剡x擇激勵(lì)和拾振手段，構(gòu)成一個(gè)理想的ERD，對(duì)設(shè)計(jì)諧振式傳感器至關(guān)重要。l 由ERDA組成的閉環(huán)自激環(huán)節(jié)，是構(gòu)成諧振式傳感器的條件。l 由RDO(C)組成的信號(hào)檢測、輸出環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)檢測被測量的手段。 （2） 諧振式傳感器的本質(zhì)特征與獨(dú)特優(yōu)勢是： 輸出信號(hào)是周期的，被測量能夠通過檢測周期信號(hào)而解算出來。這一特征決定了諧振式傳感器便于與計(jì)算機(jī)連接，便于遠(yuǎn)距離傳輸；

3、 傳感器系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)結(jié)構(gòu)，處于諧振狀態(tài)。這一特征決定了傳感器系統(tǒng)的輸出自動(dòng)跟蹤輸入； 諧振式傳感器的敏感元件即諧振子固有的諧振特性，決定其具有高的靈敏度和分辨率； 相對(duì)與諧振子的振動(dòng)能量，系統(tǒng)的功耗是極小量。這一特征決定了傳感器系統(tǒng)的抗干擾性強(qiáng)，穩(wěn)定性好。 一、概述 二、原理 1、振動(dòng)筒傳感器 2、振動(dòng)膜式傳感器 3、振動(dòng)弦式傳感器 4、振動(dòng)梁式傳感器 三、應(yīng)用及產(chǎn)品 （1）振動(dòng)筒傳感器 振動(dòng)筒傳感器是一種典型的敏感頻率的振動(dòng)傳感器，于60年代末實(shí)用。下圖給出了一種用于絕壓測量的振動(dòng)筒壓力傳感器最早使用的原理結(jié)構(gòu)。其測量敏感元件是一個(gè)恒彈合金（如3J53）制成的帶有頂蓋的薄壁圓柱殼。 振動(dòng)與

4、激勵(lì)元件均由鐵芯和線圈組成，為盡可能減小它們之間的電磁耦合，在空間呈正交安置，由環(huán)氧樹脂骨架固定。圓柱殼與外殼之間形成真空腔，被測壓力引入圓柱殼內(nèi)腔。為減小溫度引起的測量誤差，在圓柱殼內(nèi)安置了一個(gè)起補(bǔ)償作用的溫度敏感元件。電磁激勵(lì)振動(dòng)筒壓力傳感器原理結(jié)構(gòu) 采用電磁方式作為激勵(lì)、拾振手段最突出的優(yōu)點(diǎn)是與殼體無接觸，但也有一些不足。如電磁轉(zhuǎn)換效率低，激勵(lì)信號(hào)中需引入較大的直流分量，磁性材料的長期穩(wěn)定性差，易于產(chǎn)生電磁耦合等。 近來發(fā)展了一種采用壓電激勵(lì)、壓電拾振的新方案，見下圖壓電陶瓷元件直接貼于圓柱殼的波節(jié)處，筒內(nèi)完全形成真空。 壓電激勵(lì)方案（2）振動(dòng)膜式傳感器 這種傳感器的Q值很高，一般約為1

5、04，因此，輸出信號(hào)的通頻帶很窄。膜片是振蕩器中的諧振元件，振蕩器的輸出是頻率變化的正弦波信號(hào)，經(jīng)放大、整形、限幅后，作為高分辨力計(jì)數(shù)器的門控信號(hào)。這樣，就提供了正比于加在膜片上壓力的計(jì)數(shù)輸出。使用的數(shù)字線性化電路與振筒式壓力傳感器相類似，不再贅述。（3）振動(dòng)弦式傳感器 1. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 振弦式壓力傳感器的主要結(jié)構(gòu)如下圖所示（1）振弦 振弦是把待測壓力值的變化轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率變化的敏感元件，對(duì)傳感器的精度、靈敏度、穩(wěn)定性起決定的作用。對(duì)振弦材料的要求是： 抗拉強(qiáng)度高。 彈性模量大。 磁性和導(dǎo)電性能好。 線膨脹系數(shù)小，尺寸隨時(shí)間的穩(wěn)定性好。l（2）磁鐵 根據(jù)振弦振動(dòng)的激發(fā)方式不同，可以只用一塊磁鐵，或者

6、用兩塊性能相同的磁鐵，見圖5-14。磁場可以由永久磁鐵或直流電磁鐵產(chǎn)生，永久磁鐵一般用AlNiCo-5硬磁合金制造。在采用電磁鐵的場合，常把磁鐵做成U形，電磁線圈安置在U形磁鐵的一臂，這時(shí)，磁力線的通路是磁鐵-純鐵片-振弦-磁鐵，形成一個(gè)封閉的磁回路。l（3）振弦夾緊裝置 傳感器工作時(shí)振弦處于拉緊的狀態(tài)，振弦兩端必須與支架和運(yùn)動(dòng)部分固接，一般采用專門的夾緊裝置。對(duì)它的要求是： 抗滑能力好，振弦在長期受拉或反復(fù)振動(dòng)的情況下，夾頭不松動(dòng)； 加工簡單，安裝振弦方便，易拆卸，能反復(fù)使用，能任意調(diào)整弦的初始頻率。2工作原理 要測量振弦固有頻率f0的變化，必須先激發(fā)振弦起振，其激發(fā)方法有兩種： （1）間歇

7、激發(fā)法 圖所示為間歇激發(fā)的振弦壓力傳感器的示意圖。 （2）連續(xù)激發(fā)法 連續(xù)激發(fā)時(shí)，振弦也是置于電磁鐵的磁場中，同時(shí)，振弦通以交變電流，由于電磁感應(yīng)，振弦受到一個(gè)垂直于磁力線的作用力，從而激發(fā)振弦作頻率等于其自振頻率的周期運(yùn)動(dòng)。然而，同間歇激發(fā)一樣，由于阻力作用，振弦的自振也將逐漸衰減，因此必須補(bǔ)給能量以維持振弦穩(wěn)定的等幅振蕩。振動(dòng)梁式傳感器 下圖所示為由石英晶體諧振器構(gòu)成的振梁式差壓傳感器。兩個(gè)相對(duì)的波紋管用來接收輸入壓力P1與P2，作用在波紋管有效面積上的壓力差產(chǎn)生一個(gè)合力，造成了一個(gè)繞支點(diǎn)的力矩，該力矩由石英晶體的拉伸力或壓縮力來平衡，這樣就改變了晶體的諧振頻率。頻率的變化是被測壓力的單值

8、函數(shù)，從而達(dá)到了測量目的。 下面扼要敘述差壓傳感器的主要組件及其作用。1、 振動(dòng)梁諧振器 振動(dòng)梁是壓力傳感器的敏感元件，橫跨在傳感中央。石英晶體振動(dòng)梁不直接固定在產(chǎn)生輸出力的構(gòu)件上，以防止反作用力和力矩造成基座上的能量損失，從而使品質(zhì)因素Q值降低。同時(shí)外界的有害干擾也會(huì) 傳遞進(jìn)來，降低穩(wěn)定性，直接影響諧振器的性能。梁的形狀選擇得使其成為一種以彎曲方式振動(dòng)的兩端固定梁，這種形狀的感受力的靈敏度高，即施加單位應(yīng)力引起的頻率變化大。2、機(jī)械隔離器 為了避免振梁與產(chǎn)生力的機(jī)械系統(tǒng)直接連接，在振動(dòng)梁兩端固定著機(jī)械隔離系統(tǒng)，它包括隔離器彈性體，隔離器質(zhì)量塊以及彎曲去載區(qū)。隔離系統(tǒng)的自振頻率要選擇得比振動(dòng)梁

9、的低得多（約低幾個(gè)數(shù)級(jí)），從而能有效地消除固定件對(duì)振動(dòng)梁的影 響，振動(dòng)梁端部的反作用力和反作用力矩將迫使隔離器的質(zhì)量塊和彈性體振動(dòng)，由于隔離系統(tǒng)的自振頻率很低，從而可以消除對(duì)振動(dòng)梁頻率的影響，也就是把梁隔離起來了。 機(jī)械隔離系統(tǒng)與振動(dòng)梁的材料都是石英晶體，用特殊低溫切割法把整塊石英體切成AT型晶片，這可以使傳感器工作在較寬的溫度范圍。石英晶體的溫度穩(wěn)定性好，Q值高、彈性好，不易受四周環(huán)境的影響，而且，重復(fù)性好，遲滯最小。3、壓電激勵(lì)電極 在振動(dòng)梁的上下兩面蒸發(fā)沉積著四個(gè)電極，利用了壓電效應(yīng)的可逆原理。當(dāng)四個(gè)電極加上電場后，梁在一階彎曲振動(dòng)狀態(tài)下起振，未輸入壓力時(shí)，其自然諧振頻率主要決定于梁的幾

10、何形狀和結(jié)構(gòu)。4、波紋管 波紋管的作用是把輸入壓力差轉(zhuǎn)換為振動(dòng)梁的測量力，使用高純度材料經(jīng)特殊加工制成。這是因?yàn)槭⒄駝?dòng)梁相當(dāng)堅(jiān)硬，要使梁在力作用下發(fā)生即使僅幾十微米的撓曲，沒有足夠大的力是不行的。此外，還要求波紋管的遲滯小。5、配重 當(dāng)石英晶體諧振器的形狀、尺寸、位置決定后，配重可以調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)組件的重心與支點(diǎn)重合。在受到外界加速度干擾時(shí)，配重還有補(bǔ)償加速度的效應(yīng)，因其力臂幾乎是零，使得諧振器僅僅對(duì)壓力造成的力矩起反應(yīng)而不感受外力。 一、概述 二、原理 1、振動(dòng)筒傳感器 2、振動(dòng)膜式傳感器 3、振動(dòng)弦式傳感器 4、振動(dòng)梁式傳感器 三、應(yīng)用及產(chǎn)品VIB-10b便攜式智能振動(dòng)測量儀 上海勝利測試技術(shù)

11、有限公司 機(jī)械運(yùn)行振動(dòng)中包含著從低頻到高頻各種頻率成分，而不同的頻率與振幅所對(duì)應(yīng)的設(shè)備工作狀況及故障原因都是不同的，因此，該領(lǐng)域的專家們利用這一結(jié)論開發(fā)出了不少 對(duì)運(yùn)行中機(jī)械設(shè)備的工作狀態(tài)有無異常，設(shè)備運(yùn)行故障原因在哪里進(jìn)行監(jiān)測的各種振動(dòng)測量儀器。設(shè)備管理人員與維修人員能利用這些振動(dòng)測量儀方便地檢測運(yùn)行中電機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等一切機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)值，從中得到許多設(shè)備運(yùn)行的重要信息。 VIB-10b便攜式智能振動(dòng)測量儀但大多數(shù)便攜式振動(dòng)測量儀只有測量、顯示及少量的存儲(chǔ)等功能，測量人員通過檢測運(yùn)行設(shè)備的振動(dòng)值后，還需根據(jù)被測設(shè)備的類型、功率及允許的振動(dòng)限值來判斷該設(shè)備的工況（良好、正常、 異常），

12、這在設(shè)備品種繁雜、測量點(diǎn)較多的情況下，使用就不太方便?；谏鲜鲈?，本公司又開發(fā)出一種既能測量、顯示，又能馬上把測量值與振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比給出設(shè)備狀態(tài)結(jié)果的智能振動(dòng)測量儀VIB-10b便攜式智能振動(dòng)測量儀。該儀器是在本公司的VIB-10a振動(dòng)測量儀基礎(chǔ)上增加了速度檔的寬帶振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，使檢測人員在現(xiàn)場就能根據(jù)測試量值對(duì)設(shè)備運(yùn)行好壞作出評(píng)價(jià)。VIB-10b便攜式智能振動(dòng)測量儀內(nèi)置ISO10816-1：1995，GB/T6075.1-1999標(biāo)準(zhǔn)（該標(biāo)準(zhǔn)把機(jī)器分為四類I、II、III、IV） 測量前先根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器類型注釋決定被測量設(shè)備的機(jī)器類型，然后輸入機(jī)器類型號(hào)，通過測量，儀器就會(huì)自動(dòng)把測量值與IS

13、O10816-1：1995標(biāo)準(zhǔn)比較，然后 給出一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)好壞的評(píng)價(jià)。儀器這一功能的增加給給使用人員帶來了很大的方便，也符合國際上開發(fā)便攜式振動(dòng)測量儀的潮流。VIB-5振動(dòng)測量儀 上海嘉儀信息科技有限公司 VIB-5振動(dòng)測量儀具有操作簡單，攜帶方便等特點(diǎn)，可測量振動(dòng)的加速度，速度和位移，并且全部使用觸摸式按鍵操作。 技技 術(shù)術(shù) 參參 數(shù)數(shù)測 量 范 圍加 速 度0.1-199.9m/s2（峰值）速度0.1-199.9mm/s（真有效值）位移0.001-1.999mm（峰峰值）頻 率 范 圍加 速 度LO檔10Hz1KHz Hi檔1KHz10KHz 速度10Hz-1000Hz位移10Hz-100

14、0Hz精 度（讀數(shù)值的5%） 2個(gè)字顯 示3位半液晶顯示電 源電池（6F22）9V自動(dòng)關(guān)斷功能松開按鍵約60秒種電源自動(dòng)斷體 積186 x 70 x 32（mm）質(zhì) 量約300克YGH型振弦式壓力傳感器 一、用途 測量高壓液體壓力。特別適用于持續(xù)高壓、急速加壓、急速卸壓場合，具有良好穩(wěn)定性。還可用于壓力試驗(yàn)機(jī)的數(shù)字化改造。 二、結(jié)構(gòu)原理 為豎式弦振弦壓力傳感器，與GSJ2檢測儀配套使用，事先輸入傳感器常數(shù)，可直接顯示壓力值。 三、性能特點(diǎn) 性能穩(wěn)定，準(zhǔn)確度高，抗液壓沖擊，壽命長?？拐饎?dòng)、抗電磁干擾，溫度影響系數(shù)小。四、主要技術(shù)參數(shù) 量程：30，60，100Mpa 準(zhǔn)確性：0.2%FS，0.5%

15、FS 重復(fù)性：0.2%FS，0.4%FS 穩(wěn)定性：準(zhǔn)確度的年漂移一般不大于準(zhǔn)確度ST系列振動(dòng)速度傳感器系列振動(dòng)速度傳感器 lST系列振動(dòng)速度傳感器系列振動(dòng)速度傳感器 ST系列磁電式速度傳感器與振動(dòng)，烈度表配接后，可以測量各種位移、速度等。由滾動(dòng)軸承支承的轉(zhuǎn)子，其振動(dòng)會(huì)足夠大的傳到軸承座上，安裝在軸承座上或者很靠近軸承外殼上的速度傳感器，由內(nèi)部運(yùn)動(dòng)線圈切割磁力線而輸出電壓，提供信號(hào)輸送給監(jiān)測儀表，用來對(duì)機(jī)械故障進(jìn)行預(yù)測和報(bào)警。靈敏度電氣指標(biāo)靈敏度電氣指標(biāo)： 20mV/mm/S5% 頻率電氣指標(biāo)：電氣指標(biāo)： 靈敏度：20mV/mm/S5% 響應(yīng)：12300Hz8% 固有頻率：約12Hz 振幅極限：

16、2mm（峰-峰值） 最大加速度：10g 安裝方式：垂直或水平 環(huán)境指標(biāo)：環(huán)境指標(biāo)： 溫度范圍： -30120相對(duì)濕度：至95%不冷凝，且周圍無強(qiáng)電磁場干擾 物理指標(biāo)：物理指標(biāo)： 外形尺寸：3572mm 安裝方式：雙頭螺釘固定重 量：0.3Kgl選型說明選型說明形式選擇A：2 一體化； 3*航空插座引線長度B：1*0.5米； 23米； 35米 CA-YZ-123VC(A)-20型水密三軸低頻振動(dòng)傳感器（1）工作原理 該傳感器室內(nèi)封裝信號(hào)調(diào)節(jié)器的壓阻式振動(dòng)傳感器。壓阻式振動(dòng)敏感元件設(shè)計(jì)為整體硅結(jié)構(gòu)，有帶多根梁的硅框架支撐一塊京味戲加工而成的硅質(zhì)量塊。大硅框架受到震動(dòng)作用時(shí)。由于慣性力硅塊相對(duì)于框架

17、運(yùn)動(dòng)時(shí)造成梁內(nèi)的應(yīng)力變化，從而使梁內(nèi)的壓敏電阻阻值發(fā)生變化，通過電橋轉(zhuǎn)化為電壓輸出。 (2) 特點(diǎn) 該傳感器具有靈敏度高、溫度漂移小、零點(diǎn)輸出穩(wěn)定、頻帶寬等 (3) 應(yīng)用范圍A CA-YZ-123VC(A)-20型傳感器可對(duì)運(yùn)動(dòng)物體個(gè)方向振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行定量測量，廣泛用于航空、航天、機(jī)械，車輛、艦船等方面的沖擊測試.（4）主要技術(shù)指標(biāo) A、 性能特性l 量程 ： 20g(X軸，Y軸，Z軸)l 工作溫度 ：1040l 電源 ：15 0.5VDCl 質(zhì)量 ： 350g B、電氣特性l絕緣電阻 ： 100M （100DC）l傳感器供電電流 ：45mAl傳輸電壓 ： 下限輸出為0.20.2V，上限輸出為4

18、.90.2Vl頻率特性 ：測量范圍 202000Hz；通頻帶內(nèi)部平度為 3dB， 501800Hz內(nèi)為1dB 帶外衰減率大于55dB/octl動(dòng)態(tài)輸出阻抗 ：1.5k l 限幅電壓 ： 上限為+6.5V，下限為-0.85V靜態(tài)特性l零點(diǎn)電壓輸出：2.50.2V l頻率特性：測量范圍為202000z ；通頻帶內(nèi)不平度為3dB，501800Hz內(nèi)為dB；帶外衰減率大于55dB /octl總誤差 ：30% 環(huán)境性能 高溫、低溫、 隨機(jī)振動(dòng)、沖擊、穩(wěn)態(tài)濕熱、加速 度、水密測驗(yàn) 執(zhí)行GJB 15086、 GJB360A96、 GJB323698中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)ZD-24振動(dòng)傳感器 l工作電壓：DC12V（或5-24V，電源交流波動(dòng)小）l使用溫度：-25+75l測量范圍：0.33KHzl輸出信號(hào)： 輸出相應(yīng)的振幅和頻度波形的交流電壓信號(hào) 無振動(dòng)時(shí)，輸出約4V； 有振動(dòng)時(shí)，輸出是疊加在4V直流電壓上的交流信號(hào) l接線方式：三芯帶屏蔽（電源，地，輸出）. 具有短路和極性保護(hù)尺 寸：M241.5 長60mm,導(dǎo)線長12米。有靈敏度調(diào)節(jié)功能l圖為（右）安裝示意圖：安裝示意圖：NXV-950A主要性能參數(shù) l1、工作電壓：12VDC（紅線V+ 屏蔽線V-）；l2、靈敏度：大于等于0.2g；l3、頻率范圍：0.5HZ20HZ；l4、工作溫度范圍：-3060