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　　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。
　　一、工程振動(dòng)測(cè)試方法
　　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(lèi)。
　　1、機(jī)械式測(cè)量方法
　　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。
　　2、光學(xué)式測(cè)量方法
　　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。
　　3、電測(cè)方法
　　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)用得最廣泛的測(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(lèi)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(zhuān)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。
　　二、傳感器的機(jī)械接收原理
　　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(chēng)它為換能器、拾振器等。
　　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?而是將原始要測(cè)的機(jī)械量做為振動(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)的最簡(jiǎn)單的形式,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(lèi)儀器就無(wú)用武之地。例如：在行駛的內(nèi)燃機(jī)車(chē)上測(cè)試內(nèi)燃機(jī)車(chē)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。
　　三、振動(dòng)傳感器的機(jī)電變換原理
　　一般來(lái)說(shuō),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(lèi)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(zhuān)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,振動(dòng)傳感器按其功能可有以下幾種分類(lèi)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。

　　振動(dòng)傳感器,是一種目前廣泛應(yīng)用的報(bào)警檢測(cè)傳感器,它內(nèi)部用壓電陶瓷片加彈簧重錘結(jié)構(gòu)檢測(cè)振動(dòng)信號(hào),并通過(guò)LM358等運(yùn)放放大并輸出控制信號(hào)。具有成本低、靈敏度高、工作穩(wěn)定可靠,振動(dòng)檢測(cè)可調(diào)節(jié)范圍大的優(yōu)點(diǎn),被大量應(yīng)用到汽、摩托車(chē)車(chē)防盜系統(tǒng)上,目前80％的車(chē)輛報(bào)警器都用這類(lèi)傳感器。
　　當(dāng)檢測(cè)到振動(dòng)大于一定幅度時(shí),動(dòng)作指示燈點(diǎn)亮,并發(fā)出報(bào)警,振動(dòng)檢測(cè)的靈敏度可以通過(guò)靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié),順時(shí)針靈敏度增加,逆時(shí)針靈敏度降低。
　　傳感器內(nèi)部采用SMT貼片工藝,進(jìn)口元件裝配而成。
　　可廣泛應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車(chē),保險(xiǎn)柜,庫(kù)房門(mén)窗等場(chǎng)合的防盜裝置中,器件的內(nèi)部均含有專(zhuān)用的控制芯片,應(yīng)用非常方便,可直接帶動(dòng)小功率負(fù)載,用一只三極管進(jìn)行電流放大后,即可驅(qū)動(dòng)繼電器或報(bào)警。
　　1、工作電壓: DC(5V－12V)
　　2、工作電流: 6.5mA@12V
　　3、輸出信號(hào)接口：檢測(cè)到一次振動(dòng)輸出1秒的低電平
　　4、靈敏度：連續(xù)可調(diào)
　　5、外型尺寸：50×30×20mm
　　6、工作溫度：-40℃—+80℃
　　7、特點(diǎn)：外力傳感無(wú)方向性

1、相對(duì)式電動(dòng)傳感器
　　電動(dòng)式傳感器基于電磁感應(yīng)原理,即當(dāng)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體在固定的磁場(chǎng)里切割磁力線時(shí),導(dǎo)體兩端就感生出電動(dòng)勢(shì),因此利用這一原理而生產(chǎn)的傳感器稱(chēng)為電動(dòng)式傳感器。
　　相對(duì)式電動(dòng)傳感器從機(jī)械接收原理來(lái)說(shuō),是一個(gè)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(dòng)勢(shì)同被測(cè)振動(dòng)速度成正比,所以它實(shí)際上是一個(gè)速度傳感器。
　　2、電渦流式傳感器
　　電渦流傳感器是一種相對(duì)式非接觸式傳感器,它是通過(guò)傳感器端部與被測(cè)物體之間的距離變化來(lái)測(cè)量物體的振動(dòng)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(cè)量等優(yōu)點(diǎn),主要應(yīng)用于靜位移的測(cè)量、振動(dòng)位移的測(cè)量、旋轉(zhuǎn)機(jī)械中監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)測(cè)量。
　　3、電感式傳感器
　　依據(jù)傳感器的相對(duì)式機(jī)械接收原理,電感式傳感器能把被測(cè)的機(jī)械振動(dòng)參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成為電參量信號(hào)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(lèi)型。即可變間隙式和可變公共面積式�？勺冮g隙式可以測(cè)量直線振動(dòng)的位移。可變面積式可以測(cè)量扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的角位移。
　　5、慣性式電動(dòng)傳感器
　　慣性式電動(dòng)傳感器由固定部分、可動(dòng)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(dòng)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(dòng)勢(shì)為：u=Blx&r
　　式中B為磁通密度,l為線圈在磁場(chǎng)內(nèi)的有效長(zhǎng)度, r x&為線圈在磁場(chǎng)中的相對(duì)速度。
　　從傳感器的結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō),慣性式電動(dòng)傳感器是一個(gè)位移傳感器。然而由于其輸出的電信號(hào)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(chǎng)中作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),所感生的電動(dòng)勢(shì)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(hào)來(lái)說(shuō),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是同被測(cè)振動(dòng)速度成正比的,所以它實(shí)際上是一個(gè)速度傳感器。
　　6、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(shí),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(chǎng)）的變換稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。而從電能（電場(chǎng),電壓）到機(jī)械能（變形,力）的變換稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。
　　因此利用晶體的壓電效應(yīng),可以制成測(cè)力傳感器,在振動(dòng)測(cè)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。
　　7、壓電式力傳感器
　　在振動(dòng)試驗(yàn)中,除了測(cè)量振動(dòng),還經(jīng)常需要測(cè)量對(duì)試件施加的動(dòng)態(tài)激振力。壓電式力傳感器具有頻率范圍寬、動(dòng)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(hào)與外力成正比。
　　8、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(cè)量激振力的同時(shí)測(cè)量該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)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(cè)量點(diǎn)的響應(yīng)就是激振點(diǎn)的響應(yīng)。使用時(shí)將小頭（測(cè)力端）連向結(jié)構(gòu),大頭（測(cè)量加速度）與激振器的施力桿相連。從“力信號(hào)輸出端”測(cè)量激振力的信號(hào),從“加速度信號(hào)輸出端”測(cè)量加速度的響應(yīng)信號(hào)。
　　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(cè)量。無(wú)論是力傳感器還是阻抗頭,其信號(hào)轉(zhuǎn)換元件都是壓電晶體,因而其測(cè)量線路均應(yīng)是電壓放大器或電荷放大器。
　　9、電阻應(yīng)變式傳感器
　　電阻式應(yīng)變式傳感器是將被測(cè)的機(jī)械振動(dòng)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(jiàn)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(shí),試件受力變形,應(yīng)變片原長(zhǎng)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(duì)變化和其長(zhǎng)度的相對(duì)變化成正比。