振動分析儀振動傳感器的原理

不論使用何種振動儀器，每個儀器的核心仍舊是振動傳感器。振動分析儀振動傳感器被固定在機器測點上，將機械振動信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺缓笸ㄟ^相關(guān)儀器的處理把振動信號的幅值、頻率和相位特征測量出來。各種不同類型振動傳感器已經(jīng)被使用多年了，然而，幾乎所有現(xiàn)代測振儀、振動分析儀分析儀和數(shù)采儀提供的標準傳感器配置的都是加速度傳感器。

加速度傳感器是一個自發(fā)生裝置，在接受振動信號后自動產(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。對于一般的振動分析和診斷，振動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)簡圖。在加速度傳感器中，能成產(chǎn)生電信號的元件被稱為壓電元件。壓電元件的材料是不導電的晶體，受到擠壓時會產(chǎn)生電荷，壓力越大相應產(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，也有一些多晶陶瓷材料經(jīng)過晶格摻雜以及適當?shù)奶幚砗?，也會具有壓電效應，這些被稱為鐵電材料。振動分析儀現(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，滿足于各種測試場合的需要。

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點上，壓電元件能感受到質(zhì)量塊造成的慣性力。這個與振動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。

用于測量、振動分析儀分析機械振動的加速度傳感器的工作原理就好像留聲機和錄音機上使用的陶瓷拾音頭，留聲機就是將唱片紋道上唱針的振動轉(zhuǎn)化為相應的電信號。

可以理解的是，壓電晶體元件產(chǎn)生的電信號相對比較小，振動分析儀而且振動信號經(jīng)?？赡芤?jīng)過長距離連接電纜才能傳輸?shù)秸駝臃治鰞x表那里。正因為如此，一般在加速度傳感器中配置一個電荷放大器來放大電信號，這樣即使遠距離傳輸電信號，也不用擔心信號失真，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電磁場的高壓靜電干擾。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，幾乎不會引起信號失真或者**擾。