機電變換

 

一般來說，振動傳感器在機械接收原理方面，只有相對式、慣性式兩種，但在機電變換方面，由于變換方法和性質(zhì)不同，其種類繁多，應用范圍也極其廣泛。

 

在現(xiàn)代振動測量中所用的傳感器，已不是傳統(tǒng)概念上獨立的機械測量裝置，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。

 

由于傳感器內(nèi)部機電變換原理的不同，輸出的電量也各不相同。有的是將機械量的變化變換為電動勢、電荷的變化，有的是將機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：

 

按機械接收原理分：相對式、慣性式；

 

按機電變換原理分：電動式、壓電式、電渦流式、電感式、電容式、電阻式、光電式；

 

按所測機械量分：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、力傳感器、應變傳感器、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。

 

 

主要分類

 

相對式

 

電動式傳感器基于電磁感應原理，即當運動的導體在固定的磁場里切割磁力線時，導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械接收原理來說，是一個位移傳感器，由于在機電變換原理中應用的是電磁感應電律，其產(chǎn)生的電動勢同被測振動速度成正比，所以它實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，主要應用于靜位移的測量、振動位移的測量、旋轉(zhuǎn)機械中監(jiān)測轉(zhuǎn)軸的振動測量。

 

電感式

 

依據(jù)傳感器的相對式機械接收原理，電感式傳感器能把被測的機械振動參數(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?？勺冮g隙式可以測量直線振動的位移?？勺兠娣e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)量應該足夠的大，而支承彈簧的剛度應該足夠的小，也就是讓傳感器具有足夠低的固有頻率。

 

根據(jù)電磁感應定律，感應電動勢為：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產(chǎn)生，根據(jù)電磁感應電律，當線圈在磁場中作相對運動時，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，感應電動勢是同被測振動速度成正比的，所以它實際上是一個速度傳感器。

 

 

壓電式

 

壓電式加速度傳感器的機械接收部分是慣性式加速度機械接收原理，機電部分利用的是壓電晶體的正壓電效應。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，這種從機械能（力，變形）到電能（電荷，電場）的變換稱為正壓電效應。而從電能（電場，電壓）到機械能（變形，力）的變換稱為逆壓電效應。

 

因此利用晶體的壓電效應，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，因而獲得廣泛應用。壓電式力傳感器的工作原理是利用壓電晶體的壓電效應，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測量激振力的同時測量該點的運動響應。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)點是，保證測量點的響應就是激振點的響應。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是電壓放大器或電荷放大器。

 

電阻應變式

 

電阻式應變式傳感器是將被測的機械振動量轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻的變化量。實現(xiàn)這種機電轉(zhuǎn)換的傳感元件有多種形式，其中最常見的是電阻應變式的傳感器。

 

電阻應變片的工作原理為：應變片粘貼在某試件上時，試件受力變形，應變片原長變化，從而應變片阻值變化，實驗證明，在試件的彈性變化范圍內(nèi)，應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進行測量的傳感器。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)點是能實現(xiàn)無接觸遠距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強等，極適合于工業(yè)和實驗室的非接觸測量應用。

 

 

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