振動(dòng)傳感器原理總結(jié)

可以表示為x-Xsin(?t可以表示為x-Xsin(?t—a)衰減掉了。第二部分為特解，代表強(qiáng)迫振動(dòng)。其中Xm代表了儀器外殼的振幅Xm與振動(dòng)體的振幅Ym之間的關(guān)系。振動(dòng)傳感器原理總結(jié)一，振動(dòng)傳感器的力學(xué)原理慣性式傳感器是利用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)特性來(lái)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量的。這種傳感器被直接固定在被測(cè)振動(dòng)體上，不需要相對(duì)固定點(diǎn)。測(cè)量所得結(jié)果直接以固結(jié)于地球上的慣性參考系坐標(biāo)為參考坐標(biāo)，因此，它是一種絕對(duì)式拾振儀器。下圖是這類(lèi)傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。在一個(gè)剛性的外殼里面，安裝一個(gè)單自由度的有阻尼的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)。根據(jù)質(zhì)量塊相對(duì)于外殼的運(yùn)動(dòng)來(lái)判斷被測(cè)振動(dòng)體的振動(dòng)。設(shè)振動(dòng)體的位移是y=y(t),并假定由它引起儀器質(zhì)量塊相對(duì)于儀器外殼的位移為x(t)(以其靜平衡位置為0點(diǎn))，則質(zhì)量塊絕對(duì)位移z=x+y.進(jìn)行受力分析可得mx+cx+kx-一my設(shè)振動(dòng)體作簡(jiǎn)諧振動(dòng)y=Ym*sinwt代入得到兩部分的解。一部分是齊次方程的解，代表拾振器系統(tǒng)的自由振動(dòng)。由于阻尼，慢慢a-arctan代表了信號(hào)xa-arctan代表了信號(hào)x與信號(hào)y之間的相位差。以畫(huà)出關(guān)系圖，即為儀器的位移幅頻特性曲線。rnXm……，①Y橫坐標(biāo)，以'm為縱坐標(biāo)，可也可以將關(guān)系畫(huà)圖表示，得到傳感器的位移相頻特性曲線。

二，常用振動(dòng)傳感器運(yùn)動(dòng)量與電量的轉(zhuǎn)換原理及換算關(guān)系動(dòng)圈型磁電式速度拾振器對(duì)于中頻小位移的情況，廣泛采用速度拾振器。它的工作原理是：將它和被測(cè)振動(dòng)體股接在一起，使傳感器的軸線與測(cè)振方向一致；振動(dòng)體的振動(dòng)引起芯桿，線圈和阻尼杯運(yùn)動(dòng)，由于線圈放在磁場(chǎng)中間，運(yùn)動(dòng)的線圈切割磁力線，使線圈中感生電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)電磁學(xué)原理，這一電動(dòng)勢(shì)的大小為e=Blvx10-4(V),v實(shí)際上就是芯桿、線圈以及阻尼杯所組成的質(zhì)量部件相對(duì)傳感器外殼的運(yùn)動(dòng)速度*，則e=Bl*x10-4(V).由于其在位移計(jì)條件下應(yīng)用，其質(zhì)量部件相對(duì)于外殼的位移應(yīng)為x=Ymsin(wt-a)得e=Blx10-4wYmcos(wt-a)這時(shí)假定振動(dòng)體的振動(dòng)為y=丫Sin①t、y=oYcos①tmJ可見(jiàn)，儀器輸出電動(dòng)勢(shì)的幅值與被測(cè)振動(dòng)的速度幅值成正比，相位落后a。壓電式加速度計(jì)受壓型結(jié)構(gòu)用一個(gè)預(yù)壓彈簧將一個(gè)質(zhì)量塊緊壓在兩片(或多片)壓電晶體片上，主要由預(yù)壓彈簧及晶體片本身的剛度儀器實(shí)現(xiàn)彈性元件的作用，與質(zhì)量塊(由重金屬制成)組成一個(gè)質(zhì)量彈簧系統(tǒng)。單位為庫(kù)侖/牛頓壓電晶體也可以看成是一種電容器。若晶體片兩表面之間的電容為Ca,晶體厚度(電極面之間的間隔)為5,介電常數(shù)為八電極面面積為S，壓電晶片通常用鈦酸鋇，鋯鈦酸鉛等材料制成，此類(lèi)晶片受有壓力F=oA(。為單位表面積上的壓力，A為受壓面積)作用時(shí)，晶體片的兩表面上就會(huì)產(chǎn)生電荷qa,電荷量和壓力成正比，即q=RF式中R為為與晶體切割方向和變形狀態(tài)有關(guān)的常數(shù)，稱(chēng)為壓電常數(shù)，amnnmF~aA2-11壓電效應(yīng)F~oA則C0=8S，則兩表面之間的電壓將為(開(kāi)路電壓)以u(píng)a單位為庫(kù)侖/牛頓壓電晶體也可以看成是一種電容器。若晶體片兩表面之間的電容為Ca,晶體厚度(電極面之間的間隔)為5,介電常數(shù)為八電極面面積為S，mnnmF~aA2-11壓電效應(yīng)間的電壓將為(開(kāi)路電壓)以u(píng)aCaCa在受壓型結(jié)構(gòu)中，由于晶體片的剛度為k1，因此，當(dāng)質(zhì)量塊產(chǎn)生的位移為x時(shí)，晶體片所受到的壓力將是再將x的表達(dá)式代入，得qa1O2=Qsin(st-8)F=k1x，再將x的表達(dá)式代入，得qa1O2=Qsin(st-8)Rk^―(s2Y)sin(st-8)=S(s2Y)sin(st-8)Rk1,~C~^o~(s2Y)sin(st-8)=S(s2Y)sm(st-8)a=Usin(st-8)

3,伺服式加速度傳感器fflX1-9桐服3,伺服式加速度傳感器fflX1-9桐服切速度傳感器原理圖與壓電、壓阻型加速度傳感器不同的是，伺服加速度傳感器并不直接測(cè)量質(zhì)量塊的相對(duì)位移，而是由電磁作動(dòng)器的電流來(lái)反映相對(duì)位移，從而測(cè)量基礎(chǔ)的振動(dòng)加速度。方向相反的電磁力，迫使質(zhì)量元件返回零位。U玲一輸出電壓I粉一?增益調(diào)壓電阻I2—（屏蔽）信號(hào)接地I4電It+247（00,401^}^粕出電出「6—電源負(fù)線（方向相反的電磁力，迫使質(zhì)量元件返回零位。U玲一輸出電壓I粉一?增益調(diào)壓電阻I2—（屏蔽）信號(hào)接地I4電It+247（00,401^}^粕出電出「6—電源負(fù)線（1）被測(cè)加速度y通過(guò)傳感.器的質(zhì)量彈簧系統(tǒng)：使質(zhì)量塊產(chǎn)生相對(duì)位移響應(yīng)x；該過(guò)程中，電回路開(kāi)路時(shí)有mx+cx+kx=一my（2）位移檢測(cè)器將位移信號(hào)x變?yōu)殡妷盒盘?hào)u,其放大轉(zhuǎn)換系數(shù)為A1U0=A]Xu=Au=AAx（3）經(jīng)伺服放大器（放大倍數(shù)為A）放大得0i1由于輸出的電阻R1比線圈電阻大得多，在回路中可近似的認(rèn)為經(jīng)過(guò)輸出電阻的電流勞=u—0R1AAxR1（4）伺服放大器輸出電流流經(jīng)線圈，與磁場(chǎng)作用，變?yōu)轵?qū)動(dòng)力，其轉(zhuǎn)換放大系數(shù)為A2F=Ai=AAA、Lu”21AAA..（5）將磁場(chǎng)作用力加入到質(zhì)量塊的平衡方程中mx+cx+（k+一廣）x=-my最后得到-mRu=.0A2J[1+(S3)2]2+4匚2(3心)2tana=―義0S—①2=K=竺土1-0%)2+4匚；0%)20mmRej(①t—a+兀)=1①p0①2m2\'mK200壓電式加速度計(jì)S=寸Su=一罰C（1）靈敏度與頻響特性：分為電荷靈敏度q°2m和電壓靈敏度""2ma標(biāo)定曲線共振頻率的1/3可視為該加速度計(jì)的頻率使用上限。此時(shí)的誤差不會(huì)超過(guò)+12%（約1dB）。（2）橫向靈敏度與方向特性：由于壓電材料的不均勻性，不規(guī)則性以及壓電片與金屬零件間的不理想配合等原因，使壓電加速度計(jì)存在所謂的橫向靈敏度。（3）質(zhì)量影響與動(dòng)態(tài)范圍：在一般大構(gòu)件的振動(dòng)測(cè)量中，可以不考慮加速度計(jì)附加質(zhì)量對(duì)被測(cè)振動(dòng)量的影響。對(duì)質(zhì)量較小的結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，在滿足靈敏度等技術(shù)參數(shù)的條件下，盡量選用質(zhì)量小的傳感器，以減小傳感器附加質(zhì)量對(duì)被測(cè)振動(dòng)量值和被測(cè)結(jié)構(gòu)固有頻率的影響。在用于較輕結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)測(cè)量而不能忽略傳感器附加質(zhì)量的影響時(shí)，可估計(jì)加速度計(jì)的附加質(zhì)量對(duì)被測(cè)加速度和被測(cè)結(jié)構(gòu)的共振頻率的影響。四，常用振動(dòng)傳感器的特點(diǎn)及使用時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。壓電式加速度計(jì)壓電式加速度計(jì)具有體積小、重量輕（一般重幾十克，最輕的甚至只有0.4克）、量程大（可達(dá)104g）、工作頻帶寬（本身固有頻率最高的可達(dá)105Hz以上）等優(yōu)點(diǎn)，是廣泛采用的振動(dòng)傳感器器。根據(jù)各種測(cè)量要求，壓電式加速度計(jì)有多種型號(hào)可供選擇。在選擇和使用壓電式加速度計(jì)時(shí)，還應(yīng)注意以下各點(diǎn)：1，靈敏度和頻率范圍之間的矛盾。通常幾何尺寸較小的加速度計(jì)具有較高的固頻率，因而具有較高的工作頻帶；但是幾何尺寸較小的加速度計(jì)其靈敏度也較低。注意安裝固定方法。加速度計(jì)的主軸方向應(yīng)與被側(cè)振動(dòng)方向一致。對(duì)于體積較小的加速度計(jì)，做到這一點(diǎn)是必須十分仔細(xì)的。當(dāng)存在與主軸方向向垂直的振動(dòng)時(shí)，在保持主軸方向與被側(cè)振動(dòng)方向嚴(yán)格一致的同時(shí)，最好注意使橫向最小靈敏度方向與垂直振動(dòng)方向一致。許多加速度計(jì)上用一紅點(diǎn)來(lái)標(biāo)明最小靈敏度方向。接線電纜的固定。由于壓電式加速度計(jì)是高阻抗儀器，要特別注意防止所謂“噪聲干擾”。接線電纜受到動(dòng)力彎曲、壓縮、拉伸等作用時(shí)會(huì)引起導(dǎo)體和屏蔽之間的局部電容和電荷的變化，從而形成“噪聲干擾”。因此，接線電纜要盡可能固定好，以避免相對(duì)運(yùn)動(dòng)。避免接地回路。加速度計(jì)的安裝以及與前置放大器、分析儀等儀表的連接，若形成接地回路，則通過(guò)地回路壓降將影響測(cè)量效果，測(cè)量信號(hào)會(huì)混入“交流聲”。避免形成接地回路的方法是保