邁確Metrix振動傳感器2大工作原理介紹

ST型邁確Metrix振動傳感器2大工作原理介紹

　　1 振動參數(shù)分類及特性

　　振動傳感器是由彈簧,、阻尼器及慣性質(zhì)量塊組成的單自由振蕩系統(tǒng)。利用質(zhì)量塊的慣性在慣性空間建立坐標(biāo),，測定相對大地或慣性空間的振動加速度,。它通過其中的能元件，將機械振動轉(zhuǎn)為便于傳遞,、變,、理和儲存的電信。

　　振動傳感器形式有很多種

　　1.1 壓電式振動傳感器的測試原理

　　壓電式振動傳感器是試驗機振動測試常用的傳感器之一,。相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)提出了振動加速度測量傳感器改裝要求,，但是往往因為對其中的概念理解不透，造成一些不合理的安裝方式,，在一定程度上影響了測試精度,。

　　要正確理解和貫徹標(biāo)準(zhǔn)要求，必須了解有關(guān)背景知識,，如傳感器的測試原理,、構(gòu)造和基本特性等方面。

　　一些介質(zhì)在沿一定方向上施加機械壓力而產(chǎn)生變形時,，其內(nèi)部會產(chǎn)生化現(xiàn)象,，同時其表面產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉以后,，材料內(nèi)部的電場和表面電荷也隨之消失,，這種特性稱為壓電效應(yīng)。邁確Metrix振動傳感器是利用這一特性,，把基體感受到的機械振動轉(zhuǎn)化為電能量輸出,。

　　1.2 典型壓電式振動傳感器的基本構(gòu)造

　　壓電式振動傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　壓電晶體被壓緊在質(zhì)量塊和基體之間,，當(dāng)加速度計感受振動時,，質(zhì)量塊施加一個振動力于壓電晶體上,，壓電晶體中產(chǎn)生可變電勢。通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計,，可以保證在一定的頻率范圍內(nèi)輸入加速度與輸出電勢成比例,。

　　1.3 壓電式振動傳感器的特性

　　1.3.1 頻率響應(yīng)

　　Mm是壓在敏感元件上的質(zhì)量塊的質(zhì)量；Mb是加速度計基體及殼體的質(zhì)量,；K是Mm與Mb間的系統(tǒng)的等效剛度,。這一系統(tǒng)的自然頻率為：

　　fo=fm

　　式中fm為質(zhì)量Mm在彈簧K上的自然頻率。

　　根據(jù)振動理論：fm= ,。

　　設(shè)加速度計剛性安裝在比它重的多的結(jié)構(gòu)上,，此時Mm/Mb→0，fo→fm,。從而得到加速度計的上限響應(yīng)頻率為fm,。

　　邁確Metrix振動傳感器能夠地檢測寬范圍的動態(tài)加速度，因此可以用來測量瞬態(tài)沖擊過程外,， 還可用來測量正弦振動和隨機振動,。但是，壓電式振動傳感器不適用于穩(wěn)態(tài)測量的場合,，例如地球引力,、慣性制導(dǎo)或諸如發(fā)動機加速度及制動等緩慢變化的瞬態(tài)過程。

　　1.3.2 靈敏度

　　加速度計的靈敏度定義為電輸出與機械輸入之比,。從傳感器結(jié)構(gòu)可知,，靈敏度是有方向性的。由于傳感器的制造,，其大靈敏度方向與幾何軸不一致,，大靈敏度矢量可分解成軸向靈敏度和橫向靈敏度兩部分,。

　　真正壓電式振動傳感器靈敏度的是電荷靈敏度,，它不受傳感器內(nèi)部電容變化和電纜長度變化的影響，只取決于壓電材料的壓電常數(shù),，一般電荷靈敏度每下降小于1%,。

　　壓電式振動傳感器實質(zhì)上是固態(tài)器件，它們非常堅固和耐用,，在誤用的情況下一般也不會引起損壞,。在傳感器內(nèi)部，沒有調(diào)整部件,，增加了邁確Metrix振動傳感器的可靠性和可重復(fù)性,，能夠用于其惡劣的環(huán)境下。

　　2 壓電式振動傳感器的改裝要求與測量精度

　　2.1 振動加速度測量傳感器的改裝要求

　　相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了振動加速度測量傳感器的通用改裝要求：

　?。?）傳感器測量軸與被測軸線平行,，橫向靈敏軸應(yīng)避開側(cè)向加速度大的方向,。（2）傳感器安裝支架質(zhì)量小，剛度好,，接觸面接觸彈簧的自然頻率至少大于傳感器自然頻率的五倍,。（3）單性傳感器應(yīng)與支架絕緣安裝。

　　2.2 影響測量精度的因素

　?。?）安裝剛度不足會降低響應(yīng)頻率及使用范圍的上限,，這一影響在高頻測量中尤其顯著。

　　標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“接觸面接觸彈簧的自然頻率至少大于傳感器自然頻率的五倍",；這對傳感器安裝支架的剛度及安裝面的接觸剛度提出了很高的要求,。若邁確Metrix振動傳感器安裝在被測結(jié)構(gòu)上，其接觸彈簧的自然頻率可按接觸彈簧靜態(tài)變形求得：

　　fm=

　　因傳感器的質(zhì)量力一般很小,，而接觸彈簧剛度趨于無窮大,；因此變形δ小，接觸頻率可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,。

　　若邁確Metrix振動傳感器通過轉(zhuǎn)接支架安裝在被測結(jié)構(gòu)上,，則必須同時考慮支架剛度及兩個接觸面的接觸剛度，并要在滿足安裝剛度要求的前提下盡量減小支架的質(zhì)量,。若傳感器與支架絕緣安裝,，采用絕緣螺樁及云母墊片可以獲得大安裝剛度。（2）安裝支架質(zhì)量太大,，其質(zhì)量載荷改變了結(jié)構(gòu)的原有振動,，導(dǎo)致測量結(jié)果失真；如果是在較輕或較薄的結(jié)構(gòu)上測振,，這一影響不可忽視,。（3）安裝方向偏離傳感器的校準(zhǔn)狀態(tài)，傳感器軸向靈敏度軸方向與要求的測量方向應(yīng)盡可能一致,，一旦偏離將導(dǎo)致軸向響應(yīng)降低,，而橫向響應(yīng)增大加速度計應(yīng)當(dāng)安裝在平坦、干凈的表面上,，橫向靈敏軸（在殼體上以紅點標(biāo)出）應(yīng)避開側(cè)向加速度大的方向,。（4）螺栓擰緊不當(dāng)，螺栓擰入基體太深,，引起基體拱彎變形,，從而產(chǎn)生額外的電輸出。擰緊力矩要適當(dāng),，過大會損壞螺紋,，太小將影響安裝剛度。

　　2.3 壓電式振動傳感器的典型安裝方式和關(guān)鍵點

　　壓電式振動傳感器有金屬螺栓安裝,、對地絕緣轉(zhuǎn)螺栓連接,、膠粘劑粘接和磁鐵轉(zhuǎn)吸盤連接四種安裝方式,，其中金屬螺栓安裝和膠粘劑粘接為常見。利用鋼制螺樁把傳感器固定在拋光的金屬面上,，這種方式可以得到高的響應(yīng)頻率,，其它的安裝方式會降低響應(yīng)頻率。

要做到數(shù)據(jù)結(jié)論準(zhǔn)確,，首先要正確使用和安裝傳感器,。在設(shè)計振動傳感器支架、緊固件及實施安裝時應(yīng)遵循以下幾點：

　?。?）了解所測參數(shù)的基本情況,，如振動加速度的振幅、頻率范圍,；（2）了解傳感器的結(jié)構(gòu)形式和特性,，包括傳感器質(zhì)量，自然頻率,，安裝尺寸等,；（3）根據(jù)被測結(jié)構(gòu)的具體情況確定傳器的安裝方式，對低頻測量應(yīng)重點考慮附加質(zhì)量對測量結(jié)果的影響,；對高頻測量則應(yīng)保證安裝剛度符合標(biāo)準(zhǔn)要求,；（4）邁確Metrix振動傳感器及轉(zhuǎn)接支架的安裝接觸面應(yīng)平整、光滑,，以保證傳感器安裝精度和剛度,；（5）仔細調(diào)整傳感器的安裝方向。使軸向靈敏軸與所要測量方向一致,，橫向靈敏軸應(yīng)避開側(cè)向加速度大的方向,；（6）控制螺栓擰入深度及擰緊力矩，適當(dāng)?shù)臄Q緊力矩為1.8N?m,。

邁確Metrix振動傳感器2大工作原理介紹