龙岩无线振动传感器

测振动传感器的测量原理是什么？测振动传感器在工程振动测试领域中，测试手段与方法多种多样，但是按各种参数的测量方法及测量过程的物理性质来分，可以分成三类。1、机械式测量方法 振动传感器　　将工程振动的参量转换成机械信号，再经机械系统放大后，进行测量、记录，常用的仪器有杠杆式测振仪和盖格尔测振仪，它能测量的频率较低，精度也较差。但在现场测试时较为简单方便。2、光学式测量方法　　将工程振动的参量转换为光学信号，经光学系统放大后显示和记录。如读数显微镜和激光测振仪等。3、电测方法 振动传感器将工程振动的参量转换成电信号，经电子线路放大后显示和记录。电测法的要点在于先将机械振动量转换为电量（电动势、电荷、及其它电量），然后再对电量进行测量，从而得到所要测量的机械量。这是目前应用得广泛的测量方法。传感器分类在这主要介绍两种分类，一类是有源与无源，另一类是隔离与非隔离。有源传感器是指将传感器将非电能量转化为电能量输出，只转化能量本身，并不转化能量信号的传感器，也称为能量转换性传感器或换能器。因而，这类传感器工作时需要外部能量源激励，如激励电压，才能正常工作。由于需要进行能量转化，因而，传感器内部封装了电子元器件，测量过程中会带来噪声。这类传感器如ICP型（也称为IEPE型）加速度度传感器，零频加速度传感器等。无源传感器是指不需要使用外接电源就能正常工作的传感器，且可以通过外部获取到无限制的能源。这类传感器对测量系统无噪声影响，或者影响很小，如应变片（花）、压电式传感器等。隔离传感器是指传感器与待测结构之间相隔离，电流不能在二者之间流通。隔离传感器从电气角度与被测结构相分离，如应变片（花）通常与被测结构是相隔离的。传感器实现隔离的通常做法是在传感器底部安装了隔离器件，使电流不能流通由于传感器应用十分广泛，类型多种多样，在各行各业都有应用。因此，在这里主要介绍用于振动测试的振动传感器的选型。按测量振动参量分类可分为三大类：位移传感器、速度传感器和加速度传感器（也称为加速度计）。一般来说，位移传感器适用于低频测量，速度传感器适用于中频测量，加速度传感器适用于中高频测量。由于加速度传感器具有生产工艺成熟、频响范围宽、动态范围大、安装方便等特点，因而在振动测试中应用广。因此，在这里主要介绍加速度传感器的选型。 本文主要内容包括：1.    传感器分类；2.    常见的加速计类型；3.    选型指标；4.    选型原则。1. 传感器分类在这主要介绍两种分类，一类是有源与无源，另一类是隔离与非隔离。有源传感器是指将传感器将非电能量转化为电能量输出，只转化能量本身，并不转化能量信号的传感器，也称为能量转换性传感器或换能器。因而，这类传感器工作时需要外部能量源激励，如激励电压，才能正常工作。由于需要进行能量转化，因而，传感器内部封装了电子元器件，测量过程中会带来噪声。这类传感器如ICP型（也称为IEPE型）加速度度传感器，零频加速度传感器等。无源传感器是指不需要使用外接电源就能正常工作的传感器，且可以通过外部获取到无限制的能源。这类传感器对测量系统无噪声影响，或者影响很小，如应变片（花）、压电式传感器等。隔离传感器是指传感器与待测结构之间相隔离，电流不能在二者之间流通。隔离传感器从电气角度与被测结构相分离，如应变片（花）通常与被测结构是相隔离的。传感器实现隔离的通常做法是在传感器底部安装了隔离器件，使电流不能流通，如图1所示红色器件即是隔离器件。非隔离传感器是指传感器与被测结构之间无隔离，电流可以在二者之间进行流通。这类传感器像热电偶，某些加速度传感器等。这类非隔离的传感器通常要求采用浮地或隔离地线，以避免接地循环，关于接地循环，请阅读《采样过程中存在的误差，您肯定不全知道！》。如果传感器自身不隔离，用户可以自行使用电气隔离器件实现隔离，这类器件如云母片、玻璃片和环氧树脂等。当对处于工作状态下的待测结构进行测量时，推荐使用“隔离”传感器。选型指标每一种型号的加速度传感器都有特别合适的应用场景，因此，测试时必须根据测试使用要求，选择合适的加速度传感器。在选择加速度计时，主要从传感器性能、环境因素、电气特性和物理特性四个方面去考虑。性能包括灵敏度、量程、频响特性、谐振频率、横向效应和线性度等指标。环境因素包括工作温度、温度响应和冲击极限等。电气特性包括激励电压与电流、稳定时间等。物理特征包括敏感材料，结构设计、尺寸、重量和出线方式等。性能指标：量程/灵敏度：每个传感器都有测量范围，通常量程大的传感器，灵敏度低，量程小的传感器，灵敏度高。通常传感器输出电压的上限为5V，因此，传感器灵敏度乘以量程得到的为传感器的量大输出电压5V。如某型号传感器的灵敏度为50mV/g，则该传感器的量程为100g。通常ICP型加速度传感器满足这个规律，而其他类型，如零频加速度传感器，则不满足此规律。另一方面，传感器灵敏度越高，则传感器的质量越大，传感器输出电压越大，信噪比越高，分辨能力越强。对于测试不同的结构，应选择相匹配的传感器量程，通常，土木桥梁和**大型机械结构加速度振动量级在0.1g～10g 左右，机械设备的振动在 10g～100g 左右。谐振频率：传感器本身也是一个结构，因而，也存在固有频率，通常，把传感器的**阶固有频率称为谐振频率。传感器尺寸越小，谐振频率越高。加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的谐振频率。一般传感器的工作频率范围为其自身谐振频率的1/3以下。频响特性：一般加速度传感器的工作频率上限为自身谐振频率的1/3左右。另一方面，通常加速度传感器低频特性较差，信号衰减严重，而在高频段线性度差，非线性影响严重。如图2为某型号加速度计的频响曲线，从曲线图中可以看出，在2Hz以下信号衰减严重，频响性能差，在12KHz以上线性度差，其谐振频率约为38KHz。因此，该传感器的工作频率为12KHz以下。在选择加速度计时，加速度计的频率上限稍**被测结构的振动频率即可。一般，土木工程结构的频率范围在0.2~1KHz左右，机械设备是中频段，频率范围在0.5~5KHz左右。线性度：由于传感器测量时只能输入单一灵敏度，因此，用于描述在一定的频响范围内，传感器的灵敏度是否满足实际的灵敏度的指标，即为线性度。相对而言，在低频段（如5Hz以下），传感器的灵敏度会少于实际的灵敏度，而在高频段（如大于工作频率上限），则灵敏度会大于实际的灵敏度。只有在中间频段，灵敏度满足线性关系，如图2所示。如果传感器不在线性区间进行测量，则测量得到的幅值误差较大，一般要求传感器非线性<1%。横向效应：当测量某个方向的振动时，信号输出应该全为振动感知方向，但实际上在与该方向垂直的方向也有信号输出，这种效应称为横向效应。横向效应灵敏度越低，性能越好，但是相对而言，传感器都存在一定的横向效应，通常标称横向效应<5%。环境因素：使用环境：传感器使用时受温度、湿度、尘土等环境因素的影响。任何一种传感器都有自身的工作温度范围，因此必须根据实际测点位置的温度，以及环境温度来选择合适的传感器。另外，对于测试环境存在潮湿、腐蚀和电磁场等影响因素时，选择传感器也应该考虑这些因素。温度响应：传感器的灵敏度会受到温度的影响，当温度发生了改变，如果我们还使用常温下的灵敏度，则会给测量带来误差。如图3为某传感器的温度响应曲线，从图中可以看出，当室温时，传感器的灵敏度没有偏差，但当温度远离室温时，灵敏度偏差则越来越大。因此，传感器的工作温度应与温度响应曲线中灵敏度无偏差的温度一致。冲击极限：表示传感器能经受的瞬时冲击限制，通常用峰值表示，如某传感器的冲击极限为±7000g pk。电气特性：激励电压/电流：有源传感器都需要提供激励电压/电流才能正常工作，像ICP型传感器需要提供20-30VDC激励电压和2-20mA的恒流激励。当今的数据采集仪普遍内置了这样的供电装置，因此，可直接给ICP传感器供电。但还有很多其他类型的加速度传感器，如MEMS加速度传感器，力平衡式加速度传感器等，如果采集仪不能提供相应的激励电压/电流，则需要选择外部供电方式。稳定时间：对于ICP型传感器，由于存在放电常数，当给传感器供电时，传感器输出的信号会从无穷远处慢慢地稳定到基线附近，这个时间称为稳定时间。而我们在进行测量时，应待传感器输出的信号稳定之后再进行测量。通常这个时间只需要几秒钟。物理特性：敏感材料：对于压电式和ICP型传感器多半采用石英晶体和压电陶瓷作为敏感材料。石英晶体的介电和压电常数的温度稳定性好，适于做工作温度很宽的传感器。具有压电效应的压电陶瓷是人工合成的，原始的压电陶瓷不具有压电效应。由于压电陶瓷制作工艺较方便、耐湿、耐高温等优点，当今的压电传感器多半采用压电陶瓷作为敏感材料。尺寸和质量：加速度传感器外形以圆柱体和六面体居多，而圆柱形的加速度计又分**部出线和侧面出线两种方式。选择加速度计的外形尺寸时，主要受安装位置空间的影响，对于安装位置空间有限的测点，则必须选择合适的传感器外形尺寸。另一方面，在选择传感器类型时，还必须考虑传感器本身的重量带来的附加质量的影响，特别是测试轻质结构时，传感器本身重量影响显著。可能对待测结构总质量来说，传感器的总质量很少，但是，参与振动的不是结构的全部质量，而是参与振动的那部分质量，称为有效质量，此时，传感器的总质量可能相对于结构的有效质量会很大，此时传感器附加质量的影响会很明显。另外，传感器安装时，可能还会使用工装，此时工装的质量对结构振动幅值会存在影响。对于一些小巧轻型的结构振动或在薄板上测量振动参数时，传感器和固定件质量引起的“额外”荷载可能会改变结构的原始振动，从而使测得结果无效。因此，在这种情况下应该使用小而轻的传感器，估算加速度计质量—荷载的影响。                            ar =asms/(ms ma)式中，ar——带有加速度计的结构加速度响应；           as——不带有加速度计的结构加速度响应；           ms——待装加速度计的结构“部件”的等效质量；           ma——加速度计的质量。因此，应注意因附加质量而改变结构振动的幅值和频率，这在大型的工程结构测试中，并不**，而对小型的机械零部件影响较大，测试分析中要考虑。涡流振动传感器你了解多少？电涡流式位移传感器由探头和前置放大器（又称测隙仪）二部分组成，探头对着转子被测表面，但并不接触，留有一定的间隙，用支架固定在轴承的瓦座上或机壳上，通过延伸电缆与机壳外的前置放大器相连。电涡流式位移传感器是非接触式传感器，具有灵敏度高、线性范围大、频响范围宽、具有零频响应、探头结构尺寸小、抗干挠能力强、适于远距离传送、易于校准标定等优点。与接触式传感器（速度传感器、加速度传感器都是接触式）相比，电涡流式传感器能够较准确地测量出转子振动状况的各种参数，尤其适用于大型旋转机械轴振动、轴位移、相位、轴心轨迹、轴心位置、差胀、等等的测量，用途十分广泛。一、传感器的安装使用要求1 初始间隙的确定各种型号电涡流传感器应在一定的间隙电压值下，其读数才有较好的线性度，所以在安装传感器是必须调整好合适的初始间隙。根据电涡流传感器特性曲线，用于振动测量的传感器静态大量程不能大于2.5 mm，动态下为了获得较好的线性度，其工作间隙应在0.3~2.8 mm范围内，即仪表所指示间隙电压为2~16V，因此传感器工作点的选择应为静态时安装间隙电压为11V左右。2保证被测表面必须光洁椭圆度小于20μm，否则所测结果中包含了表面光洁度及椭圆度给测量结果带来较大误差，如局部腐蚀、有凹坑或伤痕等，即使不振动，涡流传感器也会有波动电压输出，甚至测量结果不能使用。3避免交叉感应和过小的侧向间隙当两个垂直或平行安装的传感器相互靠拢时，它们之间将产生交叉感应，使传感器输出灵敏度降低。为了避免交叉感应两个传感器不能靠得太近侧隙过小使传感器头部两侧存在导体，这也会降低传感器输出灵敏度，正确的侧隙b≥1.5d，d是传感器**部线圈直径。传感器头部外露高度c，一般没有特别规定，但现场使用证明，c太小也会降低传感器灵敏度，正确的c≥2d。4金属材料的影响在使用中，除了要注意间隙问题外，还须考虑被测物体是何种金属材料，因为同一传感器测量不同材质的物体时，其输出灵敏度也不相同，因此，制造厂用某种标定材料给出的标准曲线，在实际使用时如果不是标定材料，好用实际使用中的材料重新标定。5温度影响一般涡流传感器高容许温度≤180℃，目前国产涡流传感器高容许温度大部分在120℃以下，实际上工作温度**过70℃，不仅其灵敏度会显著降低，还会造成传感器的损坏，因此测量汽轮机高、中、低**轴振动时，传感器必须安装在轴瓦内，而且在安装前，还必须进行校验，有条件的话好给出温度影响修正曲线。6避免支架振动涡流传感器有时是固定在支架上，有时是套装在支承杆上，然后再固定到轴承座上。传感器安装时应该尽可能避免因支架的振动和松动而产生误差。支架和套筒固有频率必须避开工作转速，否则会产生共振，导致振动读数误差很大。二、传感器输出信号的真伪判别1根据间隙电压判断涡流传感器输出电压信号同时包含直流量和交流量。直流量对应着传感器和探头之间的平均距离，又称为间隙电压。交流量对应着振动信号。如果间隙电压正常，那么交流量一般也是正常的。2振动值与间隙电压的变化振动值与间隙电压的变化关系是否符合探头特性（7.87V/mm），**过±0.5V，那么测振仪表很可能已失灵。例如，某振动探头运转正常时的振动值/间隙电压为20μm /9.62 V，现在为70μm /8.62 V，其振动值增大了50μm，间隙电压应该降低约0.4 V，正常情况下不应该**9.22 V，至少不应该**8.72 V，因此测振仪表本身有问题。3根据轴振和瓦振的变化趋势来判断虽然轴振和瓦振的比例关系有大有小，但是正常情况下，轴振和瓦振应该同步变化。4根据轴振输出波形判断如电磁干扰，输出波形有大的毛刺出现、频谱中除了工频分量外，还有大量的2x、4x、6x、8x等倍频。5根据升降速判别根据升、降速过程中轴振幅值和相位的变化是否符合机械振动规律和转子动力特性来判断。6支架是否共振的判别支架共振现象具有以下几点共同特征：振动峰值很尖，发生共振的转速范围很窄（100～200rpm）；该转速附近轴承座振动较小、变化平稳而且没有峰值；还可以通过现场敲击试验来判定。三、传感器的应用范围1测量转轴的振动括转轴的相对振动和**振动。如果涡流传感器是固定在轴承座上的，亦即以轴承座为参考坐标系，由于轴承座本身也在振动，因此，所测得的轴振动是相对于轴承座而言的相对振动；如果涡流传感器安装在“不动“的参考点上，即基础上的，这样测得的就是轴的**振动。2测量轴在轴承中的位置利用涡流传感器的间隙电压可以准确地测量转轴在轴承中的位置，这个参数对诊断转子稳定性故障很有用处。测量转轴在轴承中的位置需要安装两个互相垂直的涡流传感器。测量轴的偏心度偏心的测量，对于评价旋转机械全面的机械状态，经常是非常重要的。它使你能够看到由于受热或重力所引起的轴弯曲的幅度。探测偏心的探头，装在机器上的什么地方，这一点应该考虑。一般情况下，偏心探头的好安装位置是沿轴向，在两个轴承跨度中间，即远离轴承。监测器上所指示的数值大小，取决于探头的安装位置，越接近轴承，其指示偏心的读数越小。但实际上，装在两个轴承之间，往往很困难，因此经常是把涡流式传器装在轴承的外侧。3测量转子轴向位置轴在运行中，由于各种因素，诸如载荷、温度等的变化会使轴在轴向有所移动，如轴移动距离过大就会碰到轴承，二者发生摩擦，则其后果将不堪设想。所以就需要用电涡流探头探测这一间隙的变化，由于这一参量十分重要，因而API670（美国石油协会）标准要求用两个探头同时探测一个对象，以免发生误报警。通过监测传感器输出信号的直流间隙电压，就可确定推力盘在推力轴承中的相对位置；可以监测汽轮机通流部分轴向小间隙的变化；并可监测推力轴承与乌金面的磨损情况，轴承在瓦枕中的移动量也能反映出来。有时通流部分故障会在轴向推力上反映出来，因而转子轴向位置也可作为分析通流部分状况的参量之一。4胀差测量即机组动静部分相对于各自死点膨胀量的差值。对于现代汽轮机来说，一般分析测量高、中、低压胀差。制造厂依据计算出的由静止到满负荷时汽缸和转子的膨胀曲线，限定测点处的胀差值允许范围。在此范围内，汽轮机通流部分一般不致发生动静部分摩擦，因而是机组启停和正常运行时必须监测的重要参量。5相位测量涡流传感器还有一个重要用途是测取键相信号。键相信号是振动相位的基准，通过键相信号可以计算机组的转速。

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