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     德德國(guó)IFM易福門振動(dòng)傳感器靈敏度高,、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小,、耐腐蝕

在高度發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)中,，現(xiàn)代測(cè)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(shì),，而測(cè)試系統(tǒng)的最前端是傳感器,，它是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的靈魂，被世界各國(guó)列為技術(shù),，特別是近幾年快速發(fā)展的IC技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù),，為傳感器的發(fā)展提供了良好與可靠的科學(xué)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。

1.引入新技術(shù)發(fā)展新功能 [1] 

隨著人們對(duì)自然認(rèn)識(shí)的深化,，會(huì)不斷發(fā)現(xiàn)一些新的物理效應(yīng),、化學(xué)效應(yīng)、生物效應(yīng)等,。利用這些新的效應(yīng)可開發(fā)出相應(yīng)的新型傳感器,，從而為提高傳感器性能和拓展傳感器的應(yīng)用范圍提供新的可能。圖爾克市場(chǎng)技術(shù)部產(chǎn)品經(jīng)理兼技術(shù)支持主管楊德友向記者表示,，“目前傳感器界的最大特點(diǎn)就是不斷引入新技術(shù)發(fā)展新功能,。"如檢測(cè)金屬產(chǎn)品位置的電感式接近開關(guān)，它利用金屬物體接近能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應(yīng)頭時(shí)在被測(cè)金屬上形成的渦流效應(yīng)來(lái)檢測(cè)金屬產(chǎn)品的位置,。由于不同金屬渦流效應(yīng)的效果不同,，因此不同金屬的檢測(cè)距離是不一樣的，尤其是面對(duì)各類合金時(shí),，普通的電感式接近開關(guān)就顯得力不從心,，這就要求生產(chǎn)廠商在提高產(chǎn)品功能上下功夫。由于電感式接近開關(guān)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是在鐵氧體磁芯上繞制線圈作為電感線圈,，而鐵氧體磁芯自身的限制使得電感式傳感器不可能在已有的設(shè)計(jì)理念下發(fā)展,，那么只能在技術(shù)上開發(fā)出可以替代鐵氧體線圈的產(chǎn)品來(lái)提高產(chǎn)品的性能。圖爾克公司的電感式接近開關(guān)就摒棄了鐵氧體磁芯,，從而去掉了磁芯的限制,。這樣在檢測(cè)不同金屬時(shí)可以通過(guò)電路調(diào)節(jié)提高產(chǎn)品的檢測(cè)距離，并且全金屬檢測(cè)距離無(wú)衰減,，抗干擾能力也有所提升,。

2. 利用新材料發(fā)展新產(chǎn)品

傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)，隨著材料科學(xué)的進(jìn)步,，人們可制造出各種新型傳感器,。例如用高分子聚合物薄膜制成溫度傳感器,，光導(dǎo)纖維能制成壓力、流量,、溫度,、位移等多種傳感器，用陶瓷制成壓力傳感器,。高分子聚合物能隨周圍環(huán)境的相對(duì)濕度大小成比例地吸附和釋放水分子,。將高分子電介質(zhì)做成電容器，測(cè)定電容容量的變化,，即可得出相對(duì)濕度,。利用這個(gè)原理制成的等離子聚合法聚苯乙烯薄膜溫度傳感器，具有測(cè)濕范圍寬,、溫度范圍寬,、響應(yīng)速度快、尺寸小,、可用于小空間測(cè)濕,、溫度系數(shù)小等特點(diǎn)。陶瓷電容式壓力傳感器是一種無(wú)中介液的干式壓力傳感器,。采用先進(jìn)的陶瓷技術(shù),，厚膜電子技術(shù)，其技術(shù)性能穩(wěn)定,，年漂移量的滿量程誤差不超過(guò)0.1%,，溫漂小，抗過(guò)載更可達(dá)量程的數(shù)百倍,。

光導(dǎo)纖維的應(yīng)用是傳感材料的重大突破,，光纖傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比有許多特點(diǎn)：靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、體積小、耐腐蝕,、電絕緣性好,、光路可彎曲、便于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)等,。而光纖傳感器與集成光路技術(shù)的結(jié)合,，加速了光纖傳感器技術(shù)的發(fā)展。將集成光路器件代替原有光學(xué)元件和無(wú)源光器件,，光纖傳感器又具有了高帶寬,、低信號(hào)處理電壓、可靠性高,、成本低等特點(diǎn),。

在工程振動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域中,，測(cè)試手段與方法多種多樣，但是按各種參數(shù)的測(cè)量方法及測(cè)量過(guò)程的物理性質(zhì)來(lái)分,，可以分成三類,。

機(jī)械式

將工程振動(dòng)的參量轉(zhuǎn)換成機(jī)械信號(hào)，再經(jīng)機(jī)械系統(tǒng)放大后,，進(jìn)行測(cè)量,、記錄，常用的儀器有杠桿式測(cè)振儀和蓋格爾測(cè)振儀,，它能測(cè)量的頻率較低,，精度也較差。但在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)較為簡(jiǎn)單方便,。

光學(xué)式

將工程振動(dòng)的參量轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號(hào),，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)放大后顯示和記錄。如讀數(shù)顯微鏡和激光測(cè)振儀等,。

電測(cè)  

將工程振動(dòng)的參量轉(zhuǎn)換成電信號(hào),，經(jīng)電子線路放大后顯示和記錄。電測(cè)法的要點(diǎn)在于先將機(jī)械振動(dòng)量轉(zhuǎn)換為電量（電動(dòng)勢(shì),、電荷,、及其它電量），然后再對(duì)電量進(jìn)行測(cè)量,，從而得到所要測(cè)量的機(jī)械量,。這是目前應(yīng)用得泛的測(cè)量方法。

上述三種測(cè)量方法的物理性質(zhì)雖然各不相同,，但是,，組成的測(cè)量系統(tǒng)基本相同，它們都包含拾振,、測(cè)量放大線路和顯示記錄三個(gè)環(huán)節(jié),。

1、拾振環(huán)節(jié),。把被測(cè)的機(jī)械振動(dòng)量轉(zhuǎn)換為機(jī)械的,、光學(xué)的或電的信號(hào)，完成這項(xiàng)轉(zhuǎn)換工作的器件叫傳感器,。

2,、測(cè)量線路。測(cè)量線路的種類甚多,，它們都是針對(duì)各種傳感器的變換原理而設(shè)計(jì)的,。比如，專配壓電式傳感器的測(cè)量線路有電壓放大器,、電荷放大器等,；此外,，還有積分線路、微分線路,、濾波線路,、歸一化裝置等等。

3,、信號(hào)分析及顯示,、記錄環(huán)節(jié)。從測(cè)量線路輸出的電壓信號(hào),，可按測(cè)量的要求輸入給信號(hào)分析儀或輸送給顯示儀器（如電子電壓表,、示波器、相位計(jì)等）,、記錄設(shè)備（如光線示波器,、磁帶記錄儀、X—Y 記錄儀等）等,。也可在必要時(shí)記錄在磁帶上，然后再輸入到信號(hào)分析儀進(jìn)行各種分析處理,，從而得到最終結(jié)果,。

IFM振動(dòng)傳感器在測(cè)試技術(shù)中是關(guān)鍵部件之一，它的作用主要是將機(jī)械量接收下來(lái),，并轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量,。由于它也是一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。所以我們有時(shí)也稱它為換能器,、拾振器等,。

IFM振動(dòng)傳感器并不是直接將原始要測(cè)的機(jī)械量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏浚菍⒃家獪y(cè)的機(jī)械量做為IFM振動(dòng)傳感器的輸入量,，然后由機(jī)械接收部分加以接收,，形成另一個(gè)適合于變換的機(jī)械量，最后由機(jī)電變換部分再將變換為電量,。因此一個(gè)傳感器的工作性能是由機(jī)械接收部分和機(jī)電變換部分的工作性能來(lái)決定的,。

1、相對(duì)式機(jī)械接收原理

由于機(jī)械運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的的形式,，因此人們最先想到的是用機(jī)械方法測(cè)量振動(dòng)，從而制造出了機(jī)械式測(cè)振儀（如蓋格爾測(cè)振儀等）,。傳感器的機(jī)械接收原理就是建立在此基礎(chǔ)上的,。相對(duì)式測(cè)振儀的工作接收原理是在測(cè)量時(shí)，把儀器固定在不動(dòng)的支架上,，使觸桿與被測(cè)物體的振動(dòng)方向一致,，并借彈簧的彈性力與被測(cè)物體表面相接觸,，當(dāng)物體振動(dòng)時(shí)，觸桿就跟隨它一起運(yùn)動(dòng),，并推動(dòng)記錄筆桿在移動(dòng)的紙帶上描繪出振動(dòng)物體的位移隨時(shí)間的變化曲線,，根據(jù)這個(gè)記錄曲線可以計(jì)算出位移的大小及頻率等參數(shù)。

由此可知,，相對(duì)式機(jī)械接收部分所測(cè)得的結(jié)果是被測(cè)物體相對(duì)于參考體的相對(duì)振動(dòng),，只有當(dāng)參考體絕對(duì)不動(dòng)時(shí)，才能測(cè)得被測(cè)物體的絕對(duì)振動(dòng),。這樣,，就發(fā)生一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)需要測(cè)的是絕對(duì)振動(dòng),，但又找不到不動(dòng)的參考點(diǎn)時(shí),，這類儀器就無(wú)用武之地。例如：在行駛的內(nèi)燃機(jī)車上測(cè)試內(nèi)燃機(jī)車的振動(dòng),，在地震時(shí)測(cè)量地面及樓房的振動(dòng)……,，都不存在一個(gè)不動(dòng)的參考點(diǎn)。在這種情況下,，我們必須用另一種測(cè)量方式的測(cè)振儀進(jìn)行測(cè)量,，即利用慣性式測(cè)振儀。

2,、慣性式機(jī)械接收原理

慣性式機(jī)械測(cè)振儀測(cè)振時(shí),，是將測(cè)振儀直接固定在被測(cè)振動(dòng)物體的測(cè)點(diǎn)上，當(dāng)傳感器外殼隨被測(cè)振動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí),，由彈性支承的慣性質(zhì)量塊將與外殼發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),，則裝在質(zhì)量塊上的記錄筆就可記錄下質(zhì)量元件與外殼的相對(duì)振動(dòng)位移幅值，然后利用慣性質(zhì)量塊與外殼的相對(duì)振動(dòng)位移的關(guān)系式,，即可求出被測(cè)物體的絕對(duì)振動(dòng)位移波形,。

一般來(lái)說(shuō)，IFM振動(dòng)傳感器在機(jī)械接收原理方面,，只有相對(duì)式,、慣性式兩種，但在機(jī)電變換方面,，由于變換方法和性質(zhì)不同,，其種類繁多，應(yīng)用范圍也極其廣泛,。

在現(xiàn)代振動(dòng)測(cè)量中所用的傳感器,，已不是傳統(tǒng)概念上獨(dú)立的機(jī)械測(cè)量裝置，它僅是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，且與后續(xù)的電子線路緊密相關(guān),。

由于傳感器內(nèi)部機(jī)電變換原理的不同,，輸出的電量也各不相同。有的是將機(jī)械量的變化變換為電動(dòng)勢(shì),、電荷的變化,，有的是將機(jī)械振動(dòng)量的變化變換為電阻、電感等電參量的變化,。一般說(shuō)來(lái),，這些電量并不能直接被后續(xù)的顯示、記錄,、分析儀器所接受,。因此針對(duì)不同機(jī)電變換原理的傳感器，必須附以專配的測(cè)量線路,。測(cè)量線路的作用是將傳感器的輸出電量最后變?yōu)楹罄m(xù)顯示,、分析儀器所能接受的一般電壓信號(hào)。因此,，IFM振動(dòng)傳感器按其功能可有以下幾種分類方法：

按機(jī)械接收原理分：相對(duì)式,、慣性式；

按機(jī)電變換原理分：電動(dòng)式,、壓電式,、電渦流式、電感式,、電容式,、電阻式、光電式,；

按所測(cè)機(jī)械量分：位移傳感器,、速度傳感器、加速度傳感器,、力傳感器,、應(yīng)變傳感器、扭振傳感器,、扭矩傳感器,。

以上三種分類法中的傳感器是相容的。