振動(dòng)分析儀振動(dòng)傳感器的原理

不論使用何種振動(dòng)儀器，每個(gè)儀器的核心仍舊是振動(dòng)傳感器。振動(dòng)分析儀振動(dòng)傳感器被固定在機(jī)器測(cè)點(diǎn)上，將機(jī)械振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后通過相關(guān)儀器的處理把振動(dòng)信號(hào)的幅值、頻率和相位特征測(cè)量出來。各種不同類型振動(dòng)傳感器已經(jīng)被使用多年了，然而，幾乎所有現(xiàn)代測(cè)振儀、振動(dòng)分析儀分析儀和數(shù)采儀提供的標(biāo)準(zhǔn)傳感器配置的都是加速度傳感器。

加速度傳感器是一個(gè)自發(fā)生裝置，在接受振動(dòng)信號(hào)后自動(dòng)產(chǎn)生與加速度（G's）成比例的輸出電壓。單位加速度產(chǎn)生的電壓大小稱為加速度傳感器靈敏度，單位是mv / G。1毫伏等于千分之一伏（即1 mv =0.001 volt）。目前通用的加速度傳感器靈敏度范圍從小于1 mv/G開始一直到10,000 mv/G。對(duì)于一般的振動(dòng)分析和診斷，振動(dòng)分析儀只需要加速度傳感器靈敏度范圍從10 mv/G到100 mv/G。在后面章節(jié)將介紹加速度傳感器靈敏度的重要性。

圖1 是典型的加速度傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。在加速度傳感器中，能成產(chǎn)生電信號(hào)的元件被稱為壓電元件。壓電元件的材料是不導(dǎo)電的晶體，受到擠壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生電荷，壓力越大相應(yīng)產(chǎn)生的電荷也越大。

很多自然晶體和人工晶體都有壓電效應(yīng)，也有一些多晶陶瓷材料經(jīng)過晶格摻雜以及適當(dāng)?shù)奶幚砗?，也?huì)具有壓電效應(yīng)，這些被稱為鐵電材料。振動(dòng)分析儀現(xiàn)在商品化的加速度傳感器都是用合成鐵電材料制成，它便于制成各種形式，而且與晶體相比更容易控制它們的壓電效應(yīng)，滿足于各種測(cè)試場(chǎng)合的需要。

圖1 加速度傳感器的結(jié)構(gòu)

如圖1 所示，加速度傳感器由壓制在一起的質(zhì)量塊（通常是不銹鋼片）和一疊壓電晶體片構(gòu)成，壓電晶體片的尺寸和數(shù)量影響到它的靈敏度和頻響范圍。加速度傳感器安裝在測(cè)點(diǎn)上，壓電元件能感受到質(zhì)量塊造成的慣性力。這個(gè)與振動(dòng)加速度成正比的慣性力使壓電晶體產(chǎn)生正比于加速度成的電荷信號(hào)。

用于測(cè)量、振動(dòng)分析儀分析機(jī)械振動(dòng)的加速度傳感器的工作原理就好像留聲機(jī)和錄音機(jī)上使用的陶瓷拾音頭，留聲機(jī)就是將唱片紋道上唱針的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)。

可以理解的是，壓電晶體元件產(chǎn)生的電信號(hào)相對(duì)比較小，振動(dòng)分析儀而且振動(dòng)信號(hào)經(jīng)常可能要經(jīng)過長(zhǎng)距離連接電纜才能傳輸?shù)秸駝?dòng)分析儀表那里。正因?yàn)槿绱耍话阍诩铀俣葌鞲衅髦信渲靡粋€(gè)電荷放大器來放大電信號(hào)，這樣即使遠(yuǎn)距離傳輸電信號(hào)，也不用擔(dān)心信號(hào)失真，或者受到無線電波頻率（RF 干涉）干擾以及來自高壓變壓器和電機(jī)電磁場(chǎng)的高壓靜電干擾。加裝電荷放大器后的加速度傳感器一般可以在1000英尺（330米）以內(nèi)傳輸信號(hào)，幾乎不會(huì)引起信號(hào)失真或者**擾。