振動監(jiān)測儀表之振動傳感器分類及原理

在振動測量領(lǐng)域中，測量監(jiān)控手段與方法多種多樣，本文主要討論電測量方法，電測法的要點在于先將機械振動量轉(zhuǎn)換為電量（電動勢、電荷、及其它電量），然后再對電量進行測量，從而得到所要測量的機械量。這是目前工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用的最廣泛有效的方法。

電測量法用到的振動傳感器種類豐富，按照工作原理的不同，能分為電渦流式位移傳感器、電感式速度傳感器、壓電式加速度傳感器、電容式振傳感器和電阻應(yīng)變式傳感器等，下面主要對轉(zhuǎn)動設(shè)備應(yīng)用最多的前三種傳感器原理進行研究介紹。

1、電渦流式位移傳感器工作原理：在傳感器的端部有一線圈，線圈通以頻率較高的交變電壓，當(dāng)線圈平面靠近某一導(dǎo)體面時，由于線圈磁通鏈穿過導(dǎo)體，使導(dǎo)體的表面層感應(yīng)出一渦流，這種現(xiàn)象被稱為渦流效應(yīng)。電渦流傳感器就是建立在電渦流效應(yīng)原理上的一種傳感器，它可以對一些物理量實現(xiàn)非接觸式測量，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、靈敏度高等優(yōu)點。

當(dāng)電渦流傳感器接近被測導(dǎo)體時，被測導(dǎo)體表面產(chǎn)生電渦流，這樣原線圈與渦流“線圈”形成了有一定耦合的互感，使線圈電感發(fā)生變化。被測導(dǎo)體與傳感器之間間隙越小，導(dǎo)體產(chǎn)生的電渦流越大，傳感器線圈的電感量就越小。它的輸出電壓是電感的函數(shù)，因此導(dǎo)體與傳感器之間間隙變化時，測得輸出電壓值就可獲得間隙值，電壓值再經(jīng)前置器放大以 0V～24VDC信號進入振動監(jiān)測系統(tǒng)。渦流式位移傳感器的主要特點是它與被測點沒有接觸，因此它特別適用于轉(zhuǎn)動設(shè)備旋轉(zhuǎn)軸的振動測量。

2、電感式速度傳感器原理：電感式速度傳感器是一種動圈式（磁電式）的傳感器。當(dāng)傳感器與結(jié)構(gòu)一起振動或傳感器動圈上的頂桿與結(jié)構(gòu)相連時，由于結(jié)構(gòu)的振動，使傳感器的線圈在磁鐵磁場中產(chǎn)生運動，切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的大小與動圈運動速度成正比。因此，通過感應(yīng)電動勢的量測即可確定結(jié)構(gòu)的振動速度。

電感速度傳感器固定于振動體（比如軸承蓋）上，測得的結(jié)果為振動體的絕對速度；傳感器殼體固定于一個物體上，頂桿頂住另一個物體，測量所得為兩物體的相對速度。與電感式速度傳感器配套的二次儀表一一電感式測振儀，主要是微積分放大器，濾波器和檢測指示部分，用于對傳感器輸出的信號進行放大，可直接測量速度；并且經(jīng)過積分電路可測量位移；經(jīng)過微分電路可測量加速度。

3、壓電式加速度傳感器：壓電式加速度傳感器是利用晶體的壓電效應(yīng)來完成振動測量的，當(dāng)被測物體的振動對壓電式振動傳感器形成壓力后，晶體元件就會產(chǎn)生相應(yīng)的電荷，在一定的壓力范圍內(nèi)，輸出電荷與加速度成正比。所以通過對壓電加速度計輸出電荷的量測即可確定加速度的大小。壓電式加速度傳感器配套的二次儀表常用電荷放大器，電荷放大器是一種高增益的帶電容負反饋，并且輸人阻抗極高的運算放大器。它的輸出電壓與壓電加速度計發(fā)出的電荷成正比，與反饋電容成反比，它受電纜電容的影響很小，這是電荷放大器的一個主要優(yōu)點。電荷放大器的輸入端一定要很好地加以屏蔽。

目前工業(yè)現(xiàn)場大型旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備用于振動測量的以渦流傳感器為主，只有在渦流傳感器安裝不便，或?qū)y量有特殊要求時才選用（例如需要測量機殼或機座的絕對振動），才考慮選用速度或加速度傳感器進行振動測量。

審核編輯黃宇