電感振動傳感器：一文讀懂振動傳感器
原標(biāo)題：一文讀懂振動傳感器
文 | 傳感器技術(shù)（WW_CGQJS）
振動是自然界最普遍的現(xiàn)象之一，大至宇宙小至原子粒子，無不存在振動現(xiàn)象。在工程技術(shù)領(lǐng)域中振動現(xiàn)象比比皆是，但在很多情況下振動是有害的，例如：振動降低加工精度和光潔度，加劇結(jié)構(gòu)件的疲勞和磨損，在車輛和航空領(lǐng)域中機(jī)體及結(jié)構(gòu)件的振動不但會影響駕駛員的操作和舒適度，嚴(yán)重情況下還會引起機(jī)體、結(jié)構(gòu)件的斷裂甚至解體。
振動傳感器是用于檢測沖擊力或者加速度的傳感器 ，通常使用的是加上應(yīng)力就會產(chǎn)生電荷的壓電器件，也有采用別的材料和方法可以進(jìn)行檢測的傳感器。
振動傳感器可用于機(jī)械中的振動和位移、轉(zhuǎn)子與機(jī)殼的熱膨脹量的長期監(jiān)測；生產(chǎn)線的在線自動檢測和自動控制；科學(xué)研究中的多種微小距離和微小運(yùn)動的測量等。振動傳感器廣泛應(yīng)用于能源、化工、醫(yī)學(xué)、汽車、冶金，機(jī)器制造，軍工，科研教學(xué)等諸多領(lǐng)域。
振動傳感器測量振動的方式很多，但總結(jié)起來，原理大多都采用以下三種：
機(jī)械式測量方法：將工程振動的變化量轉(zhuǎn)換成機(jī)械信號，再經(jīng)機(jī)械系統(tǒng)放大后，進(jìn)行測量、記錄，常用的儀器有杠桿式測振儀和蓋格爾測振儀，這種方法測量頻率較，精度差，但操作起來很方便。
光學(xué)式測量方法：將工程振動的變化量轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)放大后顯示和記錄。象激光測振儀就是采用這種方法。
電測方法：將工程振動的變化量轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)線路放大后顯示和記錄。它是先將機(jī)械振動量轉(zhuǎn)化成電量，然后對其進(jìn)行測量，根據(jù)對應(yīng)關(guān)系，知道振動量的大小，這是目前應(yīng)用得最廣泛的震動測量方法。
從上面三種測量方法可以看出，它們都是經(jīng)過振動傳感器、信號放大電路和顯示記錄三個環(huán)節(jié)來完成的。
振動傳感器的分類
振動傳感器在機(jī)械接收原理方面，只有相對式、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)代振動測量中所用的傳感器，已不是傳統(tǒng)概念上獨(dú)立的機(jī)械測量裝置，它僅是整個測量系統(tǒng)中的一個環(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勢、電荷的變化，有的是將機(jī)械振動量的變化變換為電阻 、電感等參量的變化。
一般說來，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。因此針對不同機(jī)電變換原理的傳感器，必須附以專配的測量線路。測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。
一般情況下，振動傳感器按其功能不同可以有以下幾種幾種分法：
按機(jī)械接收原理分為相對式、慣性式；
按機(jī)電變換原理分為電動式、壓電式、電渦流式、電感式、電容式、電阻式、光電式；
按所測機(jī)械量分為位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器。
相對式和慣性式振動傳感器
相對式振動傳感器主要用于測量振動體相對其振動參照點(diǎn)的運(yùn)動（例如機(jī)床轉(zhuǎn)軸相對于機(jī)床底座的振動等）；
慣性式振動傳感器主要用于測量振動體相對于大地或慣性空間的運(yùn)動（例如機(jī)床底座的振動、地面的振動、天空中飛機(jī)的振動等）。絕對式測振傳感器因?yàn)閮?nèi)部包含慣性質(zhì)量塊，故又稱為慣性式測振傳感器。
慣性式式振動傳感器必須與被測振動體接觸安裝，相對式傳感器可以是接觸式，亦可以是非接觸式的。
電動式振動傳感器
電動式振動傳感器又分為相對式電動傳感器和慣性式電動電動傳感器
相對式電動傳感器基于電磁感應(yīng)原理，即當(dāng)運(yùn)動的導(dǎo)體在固定的磁場里切割磁力線時，導(dǎo)體兩端就感生出電動勢，因此利用這一原理而生產(chǎn)的傳感器稱為電動式傳感器。
慣性式電動傳感器由固定部分、可動部分以及支承彈簧部分所組成。為了使傳感器工作在位移傳感器狀態(tài)，其可動部分的質(zhì)量應(yīng)該足夠的大，而支承彈簧的剛度應(yīng)該足夠的小，也就是讓傳感器具有足夠低的固有頻率。
根據(jù)電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢為：u=BLX&r式中B為磁通密度，為線圈在磁場內(nèi)的有效長度， r x&為線圈在磁場中的相對速度。
從傳感器的結(jié)構(gòu)上來說，慣性式電動傳感器是一個位移傳感器。然而由于其輸出的電信號是由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，根據(jù)電磁感應(yīng)電律，當(dāng)線圈在磁場中作相對運(yùn)動時，所感生的電動勢與線圈切割磁力線的速度成正比。
壓電式振動傳感器
壓電式振動傳感器還可以分為壓電式加速度傳感器、壓電式力傳感器和阻抗頭
壓電式加速度傳感器
壓電式加速度傳感器的機(jī)械接收部分是慣性式加速度機(jī)械接收原理，機(jī)電部分利用的是壓電晶體的正壓電效應(yīng)。其原理是某些晶體（如人工極化陶瓷、壓電石英晶體等，不同的壓電材料具有不同的壓電系數(shù)，一般都可以在壓電材料性能表中查到。）
在一定方向的外力作用下或承受變形時，它的晶體面或極化面上將有電荷產(chǎn)生，這種從機(jī)械能（力，變形）到電能（電荷，電場）的變換稱為正壓電效應(yīng)。而從電能（電場，電壓）到機(jī)械能（變形，力）的變換稱為逆壓電效應(yīng)。
因此利用晶體的壓電效應(yīng)，可以制成測力傳感器，在振動測量中，由于壓電晶體所受的力是慣性質(zhì)量塊的牽連慣性力，所產(chǎn)生的電荷數(shù)與加速度大小成正比，所以壓電式傳感器是加速度傳感器。
壓電式力傳感器
在振動試驗(yàn)中，除了測量振動，還經(jīng)常需要測量對試件施加的動態(tài)激振力。壓電式力傳感器具有頻率范圍寬、動態(tài)范圍大、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得廣泛應(yīng)用。壓電式力傳感器的工作原理是利用壓電晶體的壓電效應(yīng)，即壓電式力傳感器的輸出電荷信號與外力成正比。
阻抗頭
阻抗頭是一種綜合性傳感器。它集壓電式力傳感器和壓電式加速度傳感器于一體，其作用是在力傳遞點(diǎn)測量激振力的同時測量該點(diǎn)的運(yùn)動響應(yīng)。
因此阻抗頭由兩部分組成，一部分是力傳感器，另一部分是加速度傳感器，它的優(yōu)點(diǎn)是，保證測量點(diǎn)的響應(yīng)就是激振點(diǎn)的響應(yīng)。
使用時將小頭（測力端）連向結(jié)構(gòu)，大頭（測量加速度）與激振器的施力桿相連。從“力信號輸出端”測量激振力的信號，從“加速度信號輸出端”測量加速度的響應(yīng)信號。
注意，阻抗頭一般只能承受輕載荷，因而只可以用于輕型的結(jié)構(gòu)、機(jī)械部件以及材料試樣的測量。無論是力傳感器還是阻抗頭，其信號轉(zhuǎn)換元件都是壓電晶體，因而其測量線路均應(yīng)是電壓放大器或電荷放大器。
電渦流式振動傳感器
電渦流振動傳感器是一種相對式非接觸式傳感器，它是通過傳感器端部與被測物體之間的距離變化來測量物體的振動位移或幅值的。
電渦流傳感器具有頻率范圍寬（0～10 kHZ），線性工作范圍大、靈敏度高以及非接觸式測量等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于靜位移的測量、振動位移的測量、旋轉(zhuǎn)機(jī)械中監(jiān)測轉(zhuǎn)軸的振動測量。
電感式振動傳感器
電感式振動傳感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)的一種振動傳感器。電感式振動傳感器設(shè)置有磁鐵和導(dǎo)磁體，對物體進(jìn)行振動測量時，能將機(jī)械振動參數(shù)轉(zhuǎn)化為電參量信號。
因此，電感傳感器有二種形式，一是可變間隙，二是可變導(dǎo)磁面積。電感式振動傳感器能應(yīng)用于振動速度、加速度等參數(shù)的測量。
電容式振動傳感器
電容式振動傳感器是通過間隙或公共面積的改變來獲得可變電容，再對電容量進(jìn)行測定而后得到機(jī)械振動參數(shù)的。電容式振動傳感器可以分為可變間隙式和可變公共面積式兩種，前者可以用來測量直線振動位移，后者可用于扭轉(zhuǎn)振動的角位移測定。
電阻應(yīng)變式振動傳感器
電阻式應(yīng)變式振動傳感器是將被測的機(jī)械振動量轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻的變化量。實(shí)現(xiàn)這種機(jī)電轉(zhuǎn)換的傳感元件有多種形式，其中最常見的是電阻應(yīng)變式片。
電阻應(yīng)變片的基本構(gòu)造如圖，它一般由敏感柵、基底、引線、蓋片等組成。敏感柵由直徑為0.01-0.05mm、高電阻系數(shù)的細(xì)絲彎曲而成柵狀，它實(shí)際上是一個電阻元件，是電阻應(yīng)變片感受構(gòu)件應(yīng)變的敏感部分。敏感柵用粘合劑將其固定在基底上。基底的作用應(yīng)保證將構(gòu)件上應(yīng)變準(zhǔn)確地傳遞到敏感柵上去。
當(dāng)試件受力變形時，應(yīng)變片的敏感柵也獲得同樣的變形，從而使其電阻隨之發(fā)生變化，而此電阻變化是與試件應(yīng)變成比例的，因此如果通過一定測量線路將這種電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流變化，然后再用顯示記錄儀表將其顯示記錄下來，就能知道被測試件應(yīng)變量的大小。
光纖振動傳感器
隨著光纖和光電子器件技術(shù)研究的不斷深入，光纖傳感技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。由于光纖傳感器的體積小、質(zhì)量輕、精度高、響應(yīng)快、動態(tài)范圍寬、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，并且它具有良好的抗電磁干擾、耐腐蝕性和不導(dǎo)電性，所以在很多領(lǐng)域都應(yīng)用廣泛。
光纖振動傳感器的出現(xiàn)已有30來年的歷史，它是測量振動信號的。最初的光纖振動傳感器是采用干涉式的結(jié)構(gòu)，利用振動產(chǎn)生的光纖應(yīng)變導(dǎo)致干涉儀信號臂的相位發(fā)生變化，但這種傳感器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不利于重復(fù)用。
相位調(diào)制型光纖振動傳感器
位調(diào)制型光纖振動傳感器運(yùn)用一個相干激光光源和兩個單模光纖。光線被分束后入射到光纖。如果干擾影響兩根相關(guān)光纖的其中一根、就會引起位相差，這個位相差可精確地檢測出。位相差可用干涉儀測量。有四種干涉儀結(jié)構(gòu)。它們包括：馬赫—澤德爾、邁克爾遜、法布里—帕羅和賽格納克干涉儀。
下面是基于光纖Sagnac干涉原理。A和B是干涉儀的兩個傳感臂，起到傳輸光的作用。C是一段被繞成圓環(huán)狀的光纖，是用來接收或感應(yīng)外接信息的變化，22光纖3dB耦合器被用來分解和合成干涉光束。
注入的光經(jīng)過耦合器被分為兩束，一束光由A到C再到B，最后傳回到耦合器中；另一束由B到C再到A，最后傳回到耦合器中，兩束光相遇產(chǎn)生干涉。
光纖Sagnac干涉振動傳感器，是以光學(xué)Sagnac干涉儀為基礎(chǔ)，利用單模光纖和3dB耦合器構(gòu)成。該傳感器能夠探測微弱振動，當(dāng)信號在固體中傳播并作用于傳感器的敏感元件時，傳感器的輸出光強(qiáng)度受到了信號的調(diào)制。通過檢測輸出光強(qiáng)度，并利用Fourier變換，獲得信號的頻率特征。
光強(qiáng)調(diào)制型光纖振動傳感器
在光纖通信中，光纖耦合技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上，人們研制成功了一種全光纖器件的高性能耦合型光纖聲振動傳感器，以其測量帶寬，靈敏度高，解調(diào)、制作成本低，使用簡單等優(yōu)點(diǎn)，受到很多人的關(guān)注。
為使單模光纖耦合器可作為傳感器應(yīng)用，研究人員分析了單模光纖耦合傳感器的敏感機(jī)理，根據(jù)傳感器耦合輸出與傳感器耦合區(qū)長度及耦合區(qū)振動頻率存在一定的關(guān)系這一原理，可以制成光纖振動傳感器，實(shí)現(xiàn)振動的檢測。
熔錐形光纖耦合器結(jié)構(gòu)示意圖
當(dāng)入射光P0 進(jìn)入輸入端時，隨著兩個光波導(dǎo)逐漸靠近，兩個傳導(dǎo)模開始發(fā)生重疊現(xiàn)象，在雙錐體結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)，光功率再分配，一部分光功率從“直通臂”繼續(xù)傳輸，另一部分則是由“耦合臂”傳到另一光路。
耦合器兩輸出端的輸出功率之差與激振源的振動加速度成線性關(guān)系。因此，可以通過測量耦合器輸出功率的變化，求出傳感器加速度的值，實(shí)現(xiàn)對振動的測量。
此類傳感器對應(yīng)變的響應(yīng)非常靈敏,耦合比的線性關(guān)系良好,且溫度漂移影響可以穩(wěn)定在0. 5 %以內(nèi)。與壓電振動傳感器的測試對比,該傳感器可更好地實(shí)現(xiàn)0～50 Hz 低頻和4 kHz 高頻振動檢測。
波長調(diào)制型光纖振動傳感器的原理及結(jié)構(gòu)
波長調(diào)制傳感原理為被測場/參量與敏感光纖相互作用，引起光纖中傳輸光的波長改變，進(jìn)而通過測量光波長的變化量來確定被測參量。
由布拉格中心波長的數(shù)學(xué)表達(dá)式3.1.3，通過外界參量對布拉格中心波長的調(diào)制來獲取傳感信息，這個過程是光纖光柵的傳感原理。
式中，纖芯的有效折射率是，T為光柵的周期。
由方程可知，是由光柵周期，反向耦合模的有效折射率決定的。其中，任何能使得這兩個參數(shù)發(fā)生變化的物理過程都將引起光柵布拉格波長的漂移。在所有引起光柵布拉格波長漂移的外接因素中，最直接的是應(yīng)變參數(shù)的改變。
如下圖所示，一臺光纖光柵振動傳感器，由機(jī)械懸梁臂一端固定在封裝殼上，與待測的物臺連接。在測量振動時，振動源和物臺同時振動，而引起懸梁臂振動。
兩個相同特質(zhì)的光纖光柵，一個安裝在懸梁臂下表面的對稱位置作為信號解調(diào)光柵，另一個安裝在機(jī)械懸梁臂的上表面上作為傳感光柵。
由振動慣性力的作用下懸臂梁發(fā)生機(jī)械振動，帶動兩個光柵產(chǎn)生周期性的應(yīng)變拉伸或收縮，從而引起FBG的布拉格波長發(fā)生變化，通過探測波長的信息前后是否一致，就能實(shí)現(xiàn)振動測量。
光通過2×2 光纖耦合器，送到傳感頭1上。之后，反射光信號返回又經(jīng)2×2 光纖耦合器，經(jīng)過傳感頭2上，傳感頭2的透射光強(qiáng)經(jīng)光電轉(zhuǎn)化，由光信號轉(zhuǎn)換為振動的電信號，此時傳感頭2的作用是用作傳感頭1的光波長濾波器，將傳感頭1的波長改變轉(zhuǎn)化成為光強(qiáng)信號變化。
光纖光柵振動傳感器圖
此光纖光柵振動傳感器特點(diǎn)是用一種新的簡單易行的解調(diào)技術(shù)，可以有效消除光纖光柵敏感信號的啁啾現(xiàn)象，有效減弱傳感器的溫度交叉敏感的問題，振動測量精度有顯著的提高。
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電感振動傳感器：幾種震動傳感器工作原理
原標(biāo)題：幾種震動傳感器工作原理
振動傳感器的種類豐富，按照工作原理的不同，能分為電渦流式振動傳感器、電感式振動傳感器、電容式振動傳感器、壓電式振動傳感器和電阻應(yīng)變式振動傳感器等。以下是這幾種振動傳感器的工作原理和用途。
1、電渦流式振動傳感器
電渦流式振動傳感器是渦流效應(yīng)為工作原理的振動式傳感器，它屬于非接觸式傳感器。電渦流式振動傳感器是通過傳感器的端部和被測對象之間距離上的變化，來測量物體振動參數(shù)的。電渦流式振動傳感器主要用于振動位移的測量。
2、電感式振動傳感器
電感式振動傳感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)的一種振動傳感器。電感式振動傳感器設(shè)置有磁鐵和導(dǎo)磁體，對物體進(jìn)行振動測量時，能將機(jī)械振動參數(shù)轉(zhuǎn)化為電參量信號。電感式振動傳感器能應(yīng)用于振動速度、加速度等參數(shù)的測量。
3、電容式振動傳感器
電容式振動傳感器是通過間隙或公共面積的改變來獲得可變電容，再對電容量進(jìn)行測定而后得到機(jī)械振動參數(shù)的。電容式振動傳感器可以分為可變間隙式和可變公共面積式兩種，前者可以用來測量直線振動位移，后者可用于扭轉(zhuǎn)振動的角位移測定。
4、壓電式振動傳感器
壓電式振動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，電荷數(shù)即可換算為振動參數(shù)。壓電式振動傳感器還可以分為壓電式加速度傳感器、壓電式力傳感器和阻抗頭。
5、電阻應(yīng)變式振動傳感器
電阻應(yīng)變式振動傳感器是以電阻變化量來表達(dá)被測物體機(jī)械振動量的一種振動傳感器。電阻應(yīng)變式振動傳感器的實(shí)現(xiàn)方式很多，可以應(yīng)用各種傳感元件，其中較為常見的是電阻應(yīng)變。
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振動傳感器
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本詞條由“科普中國”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項(xiàng)目
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。
在高度發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)中，現(xiàn)代測試技術(shù)向數(shù)字化、信息化方向發(fā)展已成必然發(fā)展趨勢，而測試系統(tǒng)的最前端是傳感器，它是整個測試系統(tǒng)的靈魂，被世界各國列為尖端技術(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。
中文名
振動傳感器
測試方法
機(jī)械式，光學(xué)式，電測
分 類
相對式，電感式，電流式等
別 名
換能器、拾振器
屬 于
一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置
目錄
1
發(fā)展趨勢
2
測試方法
?
機(jī)械式
?
光學(xué)式
?
電測
3
接收原理
4
機(jī)電變換
5
分類
振動傳感器發(fā)展趨勢
語音
1.引入新技術(shù)發(fā)展新功能
[1]
隨著人們對自然認(rèn)識的深化，會不斷發(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)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時在被測金屬上形成的渦流效應(yīng)來檢測金屬產(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距離是不一樣的，尤其是面對各類合金時，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。這樣在檢測不同金屬時可以通過電路調(diào)節(jié)提高產(chǎn)品的檢測距離，并且全金屬檢測距離無衰減，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，測定電容容量的變化，即可得出相對濕度。利用這個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0.1%，溫漂小，抗過載更可達(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)元件和無源光器件，光纖傳感器又具有了高帶寬、低信號處理電壓、可靠性高、成本低等特點(diǎn)。
振動傳感器測試方法
語音
在工程振動測試領(lǐng)域中，測試手段與方法多種多樣，但是按各種參數(shù)的測量方法及測量過程的物理性質(zhì)來分，可以分成三類。
振動傳感器機(jī)械式
將工程振動的參量轉(zhuǎn)換成機(jī)械信號，再經(jīng)機(jī)械系統(tǒng)放大后，進(jìn)行測量、記錄，常用的儀器有杠桿式測振儀和蓋格爾測振儀，它能測量的頻率較低，精度也較差。但在現(xiàn)場測試時較為簡單方便。
振動傳感器光學(xué)式
將工程振動的參量轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)放大后顯示和記錄。如讀數(shù)顯微鏡和激光測振儀等。
振動傳感器電測
振動傳感器
[2]
將工程振動的參量轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)電子線路放大后顯示和記錄。電測法的要點(diǎn)在于先將機(jī)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(jìn)行測量，從而得到所要測量的機(jī)械量。這是目前應(yīng)用得最廣泛的測量方法。上述三種測量方法的物理性質(zhì)雖然各不相同，但是，組成的測量系統(tǒng)基本相同，它們都包含拾振、測量放大線路和顯示記錄三個環(huán)節(jié)。1、拾振環(huán)節(jié)。把被測的機(jī)械振動量轉(zhuǎn)換為機(jī)械的、光學(xué)的或電的信號，完成這項(xiàng)轉(zhuǎn)換工作的器件叫傳感器。2、測量線路。測量線路的種類甚多，它們都是針對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、信號分析及顯示、記錄環(huán)節(jié)。從測量線路輸出的電壓信號，可按測量的要求輸入給信號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。也可在必要時記錄在磁帶上，然后再輸入到信號分析儀進(jìn)行各種分析處理，從而得到最終結(jié)果。
振動傳感器接收原理
語音
振動傳感器 原理
振動傳感器在測試技術(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，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。所以我們有時也稱它為換能器、拾振器等。振動傳感器并不是直接將原始要測的機(jī)械量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏浚菍⒃家獪y的機(jī)械量做為振動傳感器的輸入量，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決定的。1、相對式機(jī)械接收原理由于機(jī)械運(yùn)動是物質(zhì)運(yùn)動的最簡單的形式，因此人們最先想到的是用機(jī)械方法測量振動，從而制造出了機(jī)械式測振儀（如蓋格爾測振儀等）。傳感器的機(jī)械接收原理就是建立在此基礎(chǔ)上的。相對式測振儀的工作接收原理是在測量時，把儀器固定在不動的支架上，使觸桿與被測物體的振動方向一致，并借彈簧的彈性力與被測物體表面相接觸，當(dāng)物體振動時，觸桿就跟隨它一起運(yùn)動，并推動記錄筆桿在移動的紙帶上描繪出振動物體的位移隨時間的變化曲線，根據(jù)這個記錄曲線可以計(jì)算出位移的大小及頻率等參數(shù)。由此可知，相對式機(jī)械接收部分所測得的結(jié)果是被測物體相對于參考體的相對振動，只有當(dāng)參考體絕對不動時，才能測得被測物體的絕對振動。這樣，就發(fā)生一個問題，當(dāng)需要測的是絕對振動，但又找不到不動的參考點(diǎn)時，這類儀器就無用武之地。例如：在行駛的內(nèi)燃機(jī)車上測試內(nèi)燃機(jī)車的振動，在地震時測量地面及樓房的振動……，都不存在一個不動的參考點(diǎn)。在這種情況下，我們必須用另一種測量方式的測振儀進(jìn)行測量，即利用慣性式測振儀。2、慣性式機(jī)械接收原理慣性式機(jī)械測振儀測振時，是將測振儀直接固定在被測振動物體的測點(diǎn)上，當(dāng)傳感器外殼隨被測振動物體運(yùn)動時，由彈性支承的慣性質(zhì)量塊將與外殼發(fā)生相對運(yùn)動，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振動位移幅值，然后利用慣性質(zhì)量塊與外殼的相對振動位移的關(guān)系式，即可求出被測物體的絕對振動位移波形。
振動傳感器機(jī)電變換
語音
一般來說，振動傳感器在機(jī)械接收原理方面，只有相對式、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)代振動測量中所用的傳感器，已不是傳統(tǒng)概念上獨(dú)立的機(jī)械測量裝置，它僅是整個測量系統(tǒng)中的一個環(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勢、電荷的變化，有的是將機(jī)械振動量的變化變換為電阻、電感等電參量的變化。一般說來，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。因此針對不同機(jī)電變換原理的傳感器，必須附以專配的測量線路。測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。因此，振動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：相對式、慣性式；按機(jī)電變換原理分：電動式、壓電式、電渦流式、電感式、電容式、電阻式、光電式；按所測機(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。
振動傳感器分類
語音
相對式電動式傳感器基于電磁感應(yīng)原理，即當(dāng)運(yùn)動的導(dǎo)體在固定的磁場里切割磁力線時，導(dǎo)體兩端就感生出電動勢，因此利用這一原理而生產(chǎn)的傳感器稱為電動式傳感器。相對式電動傳感器從機(jī)械接收原理來說，是一個位移傳感器，由于在機(jī)電變換原理中應(yīng)用的是電磁感應(yīng)定律，其產(chǎn)生的電動勢同被測振動速度成正比，所以它實(shí)際上是一個速度傳感器。電渦流式電渦流傳感器是一種相對式非接觸式傳感器，它是通過傳感器端部與被測物體之間的距離變化來測量物體的振動位移或幅值的。電渦流傳感器具有頻率范圍寬（0～10 kHZ），線性工作范圍大、靈敏度高以及非接觸式測量等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于靜位移的測量、振動位移的測量、旋轉(zhuǎn)機(jī)械中監(jiān)測轉(zhuǎn)軸的振動測量。電感式依據(jù)傳感器的相對式機(jī)械接收原理，電感式傳感器能把被測的機(jī)械振動參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成為電參量信號的變化。因此，電感傳感器有二種形式，一是可變間隙，二是可變導(dǎo)磁面積。電容式電容式傳感器一般分為兩種類型。即可變間隙式和可變公共面積式。可變間隙式可以測量直線振動的位移。可變面積式可以測量扭轉(zhuǎn)振動的角位移。慣性式慣性式電動傳感器由固定部分、可動部分以及支承彈簧部分所組成。為了使傳感器工作在位移傳感器狀態(tài)，其可動部分的質(zhì)量應(yīng)該足夠的大，而支承彈簧的剛度應(yīng)該足夠的小，也就是讓傳感器具有足夠低的固有頻率。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢為：u=Blx&r式中B為磁通密度，l為線圈在磁場內(nèi)的有效長度， r x&為線圈在磁場中的相對速度。從傳感器的結(jié)構(gòu)上來說，慣性式電動傳感器是一個位移傳感器。然而由于其輸出的電信號是由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，根據(jù)電磁感應(yīng)電律，當(dāng)線圈在磁場中作相對運(yùn)動時，所感生的電動勢與線圈切割磁力線的速度成正比。因此就傳感器的輸出信號來說，感應(yīng)電動勢是同被測振動速度成正比的，所以它實(shí)際上是一個速度傳感器。壓電式壓電式加速度傳感器的機(jī)械接收部分是慣性式加速度機(jī)械接收原理，機(jī)電部分利用的是壓電晶體的正壓電效應(yīng)。其原理是某些晶體（如人工極化陶瓷、壓電石英晶體等，不同的壓電材料具有不同的壓電系數(shù)，一般都可以在壓電材料性能表中查到。）在一定方向的外力作用下或承受變形時，它的晶體面或極化面上將有電荷產(chǎn)生，這種從機(jī)械能（力，變形）到電能（電荷，電場）的變換稱為正壓電效應(yīng)。而從電能（電場，電壓）到機(jī)械能（變形，力）的變換稱為逆壓電效應(yīng)。因此利用晶體的壓電效應(yīng)，可以制成測力傳感器，在振動測量中，由于壓電晶體所受的力是慣性質(zhì)量塊的牽連慣性力，所產(chǎn)生的電荷數(shù)與加速度大小成正比，所以壓電式傳感器是加速度傳感器。壓電式力在振動試驗(yàn)中，除了測量振動，還經(jīng)常需要測量對試件施加的動態(tài)激振力。壓電式力傳感器具有頻率范圍寬、動態(tài)范圍大、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得廣泛應(yīng)用。壓電式力傳感器的工作原理是利用壓電晶體的壓電效應(yīng)，即壓電式力傳感器的輸出電荷信號與外力成正比。阻抗頭阻抗頭是一種綜合性傳感器。它集壓電式力傳感器和壓電式加速度傳感器于一體，其作用是在力傳遞點(diǎn)測量激振力的同時測量該點(diǎn)的運(yùn)動響應(yīng)。因此阻抗頭由兩部分組成，一部分是力傳感器，另一部分是加速度傳感器，它的優(yōu)點(diǎn)是，保證測量點(diǎn)的響應(yīng)就是激振點(diǎn)的響應(yīng)。使用時將小頭（測力端）連向結(jié)構(gòu)，大頭（測量加速度）與激振器的施力桿相連。從“力信號輸出端”測量激振力的信號，從“加速度信號輸出端”測量加速度的響應(yīng)信號。注意，阻抗頭一般只能承受輕載荷，因而只可以用于輕型的結(jié)構(gòu)、機(jī)械部件以及材料試樣的測量。無論是力傳感器還是阻抗頭，其信號轉(zhuǎn)換元件都是壓電晶體，因而其測量線路均應(yīng)是電壓放大器或電荷放大器。電阻應(yīng)變式電阻式應(yīng)變式傳感器是將被測的機(jī)械振動量轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻的變化量。實(shí)現(xiàn)這種機(jī)電轉(zhuǎn)換的傳感元件有多種形式，其中最常見的是電阻應(yīng)變式的傳感器。電阻應(yīng)變片的工作原理為：應(yīng)變片粘貼在某試件上時，試件受力變形，應(yīng)變片原長變化，從而應(yīng)變片阻值變化，實(shí)驗(yàn)證明，在試件的彈性變化范圍內(nèi)，應(yīng)變片電阻的相對變化和其長度的相對變化成正比。激光激光傳感器利用激光技術(shù)進(jìn)行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量儀表，它的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強(qiáng)等，極適合于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室的非接觸測量應(yīng)用。
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振動傳感器分類有哪幾種？依據(jù)是什么？
在高度發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)中，現(xiàn)代測試技術(shù)向數(shù)字化、信息化方向發(fā)展已成必然發(fā)展趨勢，而測試系統(tǒng)的最前端是傳感器，它是整個測試系統(tǒng)的靈魂，被世界各國列為尖端技術(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...
2021-03-010
富昌電子
富昌電子（上海）有限公司
ST 意法 – 適用于監(jiān)視工業(yè)機(jī)械狀態(tài)的數(shù)字振動傳感器
意法半導(dǎo)體的IIS3DWB是一款三軸數(shù)字振動傳感器系統(tǒng)級封裝，可在很寬的帶寬范圍內(nèi)提供低噪聲、穩(wěn)定且可重復(fù)的靈敏度。IIS3DWB可在高達(dá)105°C 的擴(kuò)展溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，非常適用于工業(yè)應(yīng)用中的振動監(jiān)測。它結(jié)合了高性能、低功耗，以及FIFO和中斷等數(shù)字功能，可幫助開發(fā)人員成...
2020-05-280
科技生活觀點(diǎn)
每日推送科技資訊 歡迎關(guān)注
安防最新黑科技--智能聲音振動傳感器
...
2021-04-010
雕爺學(xué)編程
專注Arduino開源硬件擴(kuò)展應(yīng)用
「Arduino」37種傳感器系列實(shí)驗(yàn)（4）——振動傳感器模塊
37款傳感器的提法，在網(wǎng)絡(luò)上廣泛流傳，其實(shí)Arduino能夠兼容的傳感器模塊肯定是不止37種的。鑒于本人手頭積累了一些傳感器，依照實(shí)踐（動手試試）出真知的理念，以學(xué)習(xí)和交流為目的，這里準(zhǔn)備逐一做做實(shí)驗(yàn)，不管能否成功，都會記錄下來---小小的進(jìn)步或是搞不掂的問題，希望能夠拋磚...
2019-07-270
韋克威科技
深圳韋克威科技有限公司
測試振動傳感器的方法
振動測試包括兩方面的內(nèi)容：第一，測量工作機(jī)械或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下存在的振動，如測量振動位移、速度、加速度、頻率和相位等參數(shù)，了解被測對象的振動狀態(tài)評定等級和尋找振源，以及進(jìn)行監(jiān)測、分析、診斷和預(yù)測；第二，對機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵，測量其受迫振動，以便求得被測對象的振動力學(xué)...
2021-07-220
參考資料
1.
振動傳感器種類、原理及發(fā)展趨勢
．百度文庫．2008-06-17[引用日期2015-02-15]
2.
振動傳感器
電感振動傳感器：振動傳感器的分類及原理解析
描述
振動傳感器按其功能可有以下幾種
按機(jī)械接收原理分：相對式、慣性式;
按機(jī)電變換原理分：電動式、壓電式、電渦流式、電感式、電容式、電阻式、光電式;
振動傳感器按所測機(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。
1、相對式電動傳感器
電動式傳感器基于電磁感應(yīng)原理，即當(dāng)運(yùn)動的導(dǎo)體在固定的磁場里切割磁力線時，導(dǎo)體兩端就感生出電動勢，因此利用這一原理而生產(chǎn)的傳感器稱為電動式傳感器。相對式電動傳感器從機(jī)械接收原理來說，是一個位移傳感器，由于在機(jī)電變換原理中應(yīng)用的是電磁感應(yīng)電律，其產(chǎn)生的電動勢同被測振動速度成正比，所以它實(shí)際上是一個速度傳感器。
2、電渦流式傳感器
電渦流傳感器是一種相對式非接觸式傳感器，它是通過傳感器端部與被測物體之間的距離變化來測量物體的振動位移或幅值的。電渦流傳感器具有頻率范圍寬（0～10kHZ），線性工作范圍大、靈敏度高以及非接觸式測量等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于靜位移的測量、振動位移的測量、旋轉(zhuǎn)機(jī)械中監(jiān)測轉(zhuǎn)軸的振動測量。
3、電感式傳感器
依據(jù)傳感器的相對式機(jī)械接收原理，電感式傳感器能把被測的機(jī)械振動參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成為電參量信號的變化。因此，電感傳感器有二種形式，一是可變間隙，二是可變導(dǎo)磁面積。
4、電容式傳感器
電容式傳感器一般分為兩種類型。即可變間隙式和可變公共面積式。可變間隙式可以測量直線振動的位移。可變面積式可以測量扭轉(zhuǎn)振動的角位移。
5、慣性式電動傳感器
慣性式電動傳感器由固定部分、可動部分以及支承彈簧部分所組成。為了使傳感器工作在位移傳感器狀態(tài)，其可動部分的質(zhì)量應(yīng)該足夠的大，而支承彈簧的剛度應(yīng)該足夠的小，也就是讓傳感器具有足夠低的固有頻率。
責(zé)任編輯；zl
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