振动分析仪振动传感器的原理

振动分析仪振动传感器的原理

不论使用何种振动仪器，每个仪器的核心仍旧是振动传感器。振动分析仪振动传感器被固定在机器测点上，将机械振动信号转变为电信号，然后通过相关仪器的处理把振动信号的幅值、频率和相位特征测量出来。各种不同类型振动传感器已经被使用多年了，然而，几乎所有现代测振仪、振动分析仪分析仪和数采仪提供的标准传感器配置的都是加速度传感器。

加速度传感器是一个自发生装置，在接受振动信号后自动产生与加速度（G's）成比例的输出电压。单位加速度产生的电压大小称为加速度传感器灵敏度，单位是mv / G。1毫伏等于千分之一伏（即1 mv =0.001 volt）。目前通用的加速度传感器灵敏度范围从小于1 mv/G开始一直到10,000 mv/G。对于一般的振动分析和诊断，振动分析仪只需要加速度传感器灵敏度范围从10 mv/G到100 mv/G。在后面章节将介绍加速度传感器灵敏度的重要性。

图1 是典型的加速度传感器结构简图。在加速度传感器中，能成产生电信号的元件被称为压电元件。压电元件的材料是不导电的晶体，受到挤压时会产生电荷，压力越大相应产生的电荷也越大。

很多自然晶体和人工晶体都有压电效应，也有一些多晶陶瓷材料经过晶格掺杂以及适当的处理后，也会具有压电效应，这些被称为铁电材料。振动分析仪现在商品化的加速度传感器都是用合成铁电材料制成，它便于制成各种形式，而且与晶体相比更容易控制它们的压电效应，满足于各种测试场合的需要。

图1 加速度传感器的结构

如图1 所示，加速度传感器由压制在一起的质量块（通常是不锈钢片）和一叠压电晶体片构成，压电晶体片的尺寸和数量影响到它的灵敏度和频响范围。加速度传感器安装在测点上，压电元件能感受到质量块造成的惯性力。这个与振动加速度成正比的惯性力使压电晶体产生正比于加速度成的电荷信号。

用于测量、振动分析仪分析机械振动的加速度传感器的工作原理就好像留声机和录音机上使用的陶瓷拾音头，留声机就是将唱片纹道上唱针的振动转化为相应的电信号。

可以理解的是，压电晶体元件产生的电信号相对比较小，振动分析仪而且振动信号经常可能要经过长距离连接电缆才能传输到振动分析仪表那里。正因为如此，一般在加速度传感器中配置一个电荷放大器来放大电信号，这样即使远距离传输电信号，也不用担心信号失真，或者受到无线电波频率（RF 干涉）干扰以及来自高压变压器和电机电磁场的高压静电干扰。加装电荷放大器后的加速度传感器一般可以在1000英尺（330米）以内传输信号，几乎不会引起信号失真或者**扰。