振動傳感器的接收原理和測試方法

一
、接收原理

振zhen動dong傳chuan感gan器qi在zai測ce試shi技ji術shu中zhong是shi關guan鍵jian部bu件jian之zhi一yi
，它ta的de作zuo用yong主zhu要yao是shi將jiang機ji械xie量liang接jie收shou下xia來lai，並bing轉zhuan換huan為wei與yu之zhi成cheng比bi例li的de電dian量liang。由you於yu它ta也ye是shi一yi種zhong機ji電dian轉zhuan換huan裝zhuang置zhi。所suo以yi我wo們men有you時shi也ye稱cheng它ta為wei換huan能neng器qi、拾振器等。

zhendongchuanganqibingbushizhijiejiangyuanshiyaocedejixieliangzhuanbianweidianliang
，ershijiangyuanshiyaocedejixieliangzuoweizhendongchuanganqideshuruliang，ranhouyoujixiejieshoubufenjiayijieshou，xingchenglingyigeshiheyubianhuandejixieliang

，zuihouyoujidianbianhuanbufenzaijiangbianhuanweidianliang。yinciyigechuanganqidegongzuoxingnengshiyoujixiejieshoubufenhejidianbianhuanbufendegongzuoxingnenglaijuedingde。

1、相對式機械接收原理

由於機械運動是物質運動的最簡單的形式，因此人們最先想到的是用機械方法測量振動

，從而製造出了機械式測振儀（如蓋格爾測振儀等）。傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)機(ji)械(xie)接(jie)收(shou)原(yuan)理(li)就(jiu)是(shi)建(jian)立(li)在(zai)此(ci)基(ji)礎(chu)上(shang)的(de)。相(xiang)對(dui)式(shi)測(ce)振(zhen)儀(yi)的(de)工(gong)作(zuo)接(jie)收(shou)原(yuan)理(li)是(shi)在(zai)測(ce)量(liang)時(shi)，把(ba)儀(yi)器(qi)固(gu)定(ding)在(zai)不(bu)動(dong)的(de)支(zhi)架(jia)上(shang)，使(shi)觸(chu)杆(gan)與(yu)被(bei)測(ce)物(wu)體(ti)的(de)振(zhen)動(dong)方(fang)向(xiang)一(yi)致(zhi)，並(bing)借(jie)彈(dan)簧(huang)的(de)彈(dan)性(xing)力(li)與(yu)被(bei)測(ce)物(wu)體(ti)表(biao)麵(mian)相(xiang)接(jie)觸(chu)
，當(dang)物(wu)體(ti)振(zhen)動(dong)時(shi)，觸(chu)杆(gan)就(jiu)跟(gen)隨(sui)它(ta)一(yi)起(qi)運(yun)動(dong)，並(bing)推(tui)動(dong)記(ji)錄(lu)筆(bi)杆(gan)在(zai)移(yi)動(dong)的(de)紙(zhi)帶(dai)上(shang)描(miao)繪(hui)出(chu)振(zhen)動(dong)物(wu)體(ti)的(de)位(wei)移(yi)隨(sui)時(shi)間(jian)的(de)變(bian)化(hua)曲(qu)線(xian)
，根(gen)據(ju)這(zhe)個(ge)記(ji)錄(lu)曲(qu)線(xian)可(ke)以(yi)計(ji)算(suan)出(chu)位(wei)移(yi)的(de)大(da)小(xiao)及(ji)頻(pin)率(lv)等(deng)參(can)數(shu)。

由you此ci可ke知zhi
，相xiang對dui式shi機ji械xie接jie收shou部bu分fen所suo測ce得de的de結jie果guo是shi被bei測ce物wu體ti相xiang對dui於yu參can考kao體ti的de相xiang對dui振zhen動dong，隻zhi有you當dang參can考kao體ti絕jue對dui不bu動dong時shi，才cai能neng測ce得de被bei測ce物wu體ti的de絕jue對dui振zhen動dong。這zhe樣yang，就jiu發fa生sheng一yi個ge問wen題ti，當dang需xu要yao測ce的de是shi絕jue對dui振zhen動dong，但dan又you找zhao不bu到dao不bu動dong的de參can考kao點dian時shi，這zhe類lei儀yi器qi就jiu無wu用yong武wu之zhi地di。例li如ru：在行駛的內燃機車上測試內燃機車的振動
，在地震時測量地麵及樓房的振動……，都不存在一個不動的參考點。在這種情況下，我們必須用另一種測量方式的測振儀進行測量
，即利用慣性式測振儀。

2、慣性式機械接收原理

慣guan性xing式shi機ji械xie測ce振zhen儀yi測ce振zhen時shi，是shi將jiang測ce振zhen儀yi直zhi接jie固gu定ding在zai被bei測ce振zhen動dong物wu體ti的de測ce點dian上shang，當dang傳chuan感gan器qi外wai殼ke隨sui被bei測ce振zhen動dong物wu體ti運yun動dong時shi，由you彈dan性xing支zhi承cheng的de慣guan性xing質zhi量liang塊kuai將jiang與yu外wai殼ke發fa生sheng相xiang對dui運yun動dong
，則ze裝zhuang在zai質zhi量liang塊kuai上shang的de記ji錄lu筆bi就jiu可ke記ji錄lu下xia質zhi量liang元yuan件jian與yu外wai殼ke的de相xiang對dui振zhen動dong位wei移yi幅fu值zhi，然ran後hou利li用yong慣guan性xing質zhi量liang塊kuai與yu外wai殼ke的de相xiang對dui振zhen動dong位wei移yi的de關guan係xi式shi
，即ji可ke求qiu出chu被bei測ce物wu體ti的de絕jue對dui振zhen動dong位wei移yi波bo形xing。

二
、測試方法

在工程振動測試領域中，測試手段與方法多種多樣，但是按各種參數的測量方法及測量過程的物理性質來分
，可以分成三類。

機械式

將工程振動的參量轉換成機械信號
，再經機械係統放大後

，進行測量、記錄，常用的儀器有杠杆式測振儀和蓋格爾測振儀，它能測量的頻率較低
，精度也較差。但在現場測試時較為簡單方便。

光學式

將工程振動的參量轉換為光學信號，經光學係統放大後顯示和記錄。如讀數顯微鏡和激光測振儀等。

電測

將工程振動的參量轉換成電信號，經電子線路放大後顯示和記錄。電測法的要點在於先將機械振動量轉換為電量（電動勢、電荷、及其它電量），然後再對電量進行測量，從而得到所要測量的機械量。這是目前應用得最廣泛的測量方法。

上述三種測量方法的物理性質雖然各不相同，但是，組成的測量係統基本相同，它們都包含拾振、測量放大線路和顯示記錄三個環節。

1
、拾振環節。把被測的機械振動量轉換為機械的、光學的或電的信號，完成這項轉換工作的器件叫傳感器。

2、測量線路。測量線路的種類甚多，它們都是針對各種傳感器的變換原理而設計的。比如，專配壓電式傳感器的測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、信號分析及顯示
、記錄環節。從測量線路輸出的電壓信號，可按測量的要求輸入給信號分析儀或輸送給顯示儀器（如電子電壓表、示波器
、相位計等）、記錄設備（如光線示波器、磁帶記錄儀、X—Y 記錄儀等）等。也可在必要時記錄在磁帶上，然後再輸入到信號分析儀進行各種分析處理，從而得到最終結果。

三、傳感器分類

相對式

電dian動dong式shi傳chuan感gan器qi基ji於yu電dian磁ci感gan應ying原yuan理li

，即ji當dang運yun動dong的de導dao體ti在zai固gu定ding的de磁ci場chang裏li切qie割ge磁ci力li線xian時shi
，導dao體ti兩liang端duan就jiu感gan生sheng出chu電dian動dong勢shi，因yin此ci利li用yong這zhe一yi原yuan理li而er生sheng產chan的de傳chuan感gan器qi稱cheng為wei電dian動dong式shi傳chuan感gan器qi。

相(xiang)對(dui)式(shi)電(dian)動(dong)傳(chuan)感(gan)器(qi)從(cong)機(ji)械(xie)接(jie)收(shou)原(yuan)理(li)來(lai)說(shuo)
，是(shi)一(yi)個(ge)位(wei)移(yi)傳(chuan)感(gan)器(qi)，由(you)於(yu)在(zai)機(ji)電(dian)變(bian)換(huan)原(yuan)理(li)中(zhong)應(ying)用(yong)的(de)是(shi)電(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)定(ding)律(lv)，其(qi)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)動(dong)勢(shi)同(tong)被(bei)測(ce)振(zhen)動(dong)速(su)度(du)成(cheng)正(zheng)比(bi)，所(suo)以(yi)它(ta)實(shi)際(ji)上(shang)是(shi)一(yi)個(ge)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)。

電渦流式

電(dian)渦(wo)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)一(yi)種(zhong)相(xiang)對(dui)式(shi)非(fei)接(jie)觸(chu)式(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，它(ta)是(shi)通(tong)過(guo)傳(chuan)感(gan)器(qi)端(duan)部(bu)與(yu)被(bei)測(ce)物(wu)體(ti)之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)變(bian)化(hua)來(lai)測(ce)量(liang)物(wu)體(ti)的(de)振(zhen)動(dong)位(wei)移(yi)或(huo)幅(fu)值(zhi)的(de)。電(dian)渦(wo)流(liu)傳(chuan)感(gan)器(qi)具(ju)有(you)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)寬(kuan)（0～10 kHZ），線性工作範圍大、靈敏度高以及非接觸式測量等優點，主要應用於靜位移的測量

、振動位移的測量、旋轉機械中監測轉軸的振動測量。

電感式

yijuchuanganqidexiangduishijixiejieshouyuanli，dianganshichuanganqinengbabeicedejixiezhendongcanshudebianhuazhuanhuanchengweidiancanliangxinhaodebianhua。yinci，dianganchuanganqiyouerzhongxingshi
，yishikebianjianxi，ershikebiandaocimianji。

電容式

dianrongshichuanganqiyibanfenweiliangzhongleixing。jikebianjianxishihekebiangonggongmianjishi。kebianjianxishikeyiceliangzhixianzhendongdeweiyi。kebianmianjishikeyiceliangniuzhuanzhendongdejiaoweiyi。

慣性式

慣性式電動傳感器由固定部分、可ke動dong部bu分fen以yi及ji支zhi承cheng彈dan簧huang部bu分fen所suo組zu成cheng。為wei了le使shi傳chuan感gan器qi工gong作zuo在zai位wei移yi傳chuan感gan器qi狀zhuang態tai，其qi可ke動dong部bu分fen的de質zhi量liang應ying該gai足zu夠gou的de大da，而er支zhi承cheng彈dan簧huang的de剛gang度du應ying該gai足zu夠gou的de小xiao，也ye就jiu是shi讓rang傳chuan感gan器qi具ju有you足zu夠gou低di的de固gu有you頻pin率lv。

根據電磁感應定律，感應電動勢為：u=Blx&r

式中B為磁通密度，l為線圈在磁場內的有效長度， r x&為線圈在磁場中的相對速度。

從(cong)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)結(jie)構(gou)上(shang)來(lai)說(shuo)，慣(guan)性(xing)式(shi)電(dian)動(dong)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)一(yi)個(ge)位(wei)移(yi)傳(chuan)感(gan)器(qi)。然(ran)而(er)由(you)於(yu)其(qi)輸(shu)出(chu)的(de)電(dian)信(xin)號(hao)是(shi)由(you)電(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)產(chan)生(sheng)

，根(gen)據(ju)電(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)電(dian)律(lv)，當(dang)線(xian)圈(quan)在(zai)磁(ci)場(chang)中(zhong)作(zuo)相(xiang)對(dui)運(yun)動(dong)時(shi)，所(suo)感(gan)生(sheng)的(de)電(dian)動(dong)勢(shi)與(yu)線(xian)圈(quan)切(qie)割(ge)磁(ci)力(li)線(xian)的(de)速(su)度(du)成(cheng)正(zheng)比(bi)。因(yin)此(ci)就(jiu)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)來(lai)說(shuo)，感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)是(shi)同(tong)被(bei)測(ce)振(zhen)動(dong)速(su)度(du)成(cheng)正(zheng)比(bi)的(de)，所(suo)以(yi)它(ta)實(shi)際(ji)上(shang)是(shi)一(yi)個(ge)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)。

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係數，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
，它的晶體麵或極化麵上將有電荷產生，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。

yinciliyongjingtideyadianxiaoying
，keyizhichengcelichuanganqi
，zaizhendongceliangzhong，youyuyadianjingtisuoshoudelishiguanxingzhiliangkuaideqianlianguanxingli，suochanshengdedianheshuyujiasududaxiaochengzhengbi
，suoyiyadianshichuanganqishijiasuduchuanganqi。

壓電式力

在振動試驗中，除了測量振動，還經常需要測量對試件施加的動態激振力。壓電式力傳感器具有頻率範圍寬
、動態範圍大、tijixiaohezhongliangqingdengyoudian
，yinerhuodeguangfanyingyong。yadianshilichuanganqidegongzuoyuanlishiliyongyadianjingtideyadianxiaoying，jiyadianshilichuanganqideshuchudianhexinhaoyuwailichengzhengbi。

阻抗頭

zukangtoushiyizhongzonghexingchuanganqi。tajiyadianshilichuanganqiheyadianshijiasuduchuanganqiyuyiti，qizuoyongshizailichuandidianceliangjizhenlidetongshicelianggaidiandeyundongxiangying。yincizukangtouyouliangbufenzucheng，yibufenshilichuanganqi，lingyibufenshijiasuduchuanganqi，tadeyoudianshi，baozhengceliangdiandexiangyingjiushijizhendiandexiangying。shiyongshijiangxiaotou（測力端）連向結構，大頭（測量加速度）與激振器的施力杆相連。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，阻抗頭一般隻能承受輕載荷，因而隻可以用於輕型的結構、jixiebujianyijicailiaoshiyangdeceliang。wulunshilichuanganqihaishizukangtou，qixinhaozhuanhuanyuanjiandoushiyadianjingti，yinerqiceliangxianlujunyingshidianyafangdaqihuodianhefangdaqi。

電阻應變式

電(dian)阻(zu)式(shi)應(ying)變(bian)式(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)將(jiang)被(bei)測(ce)的(de)機(ji)械(xie)振(zhen)動(dong)量(liang)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)傳(chuan)感(gan)元(yuan)件(jian)電(dian)阻(zu)的(de)變(bian)化(hua)量(liang)。實(shi)現(xian)這(zhe)種(zhong)機(ji)電(dian)轉(zhuan)換(huan)的(de)傳(chuan)感(gan)元(yuan)件(jian)有(you)多(duo)種(zhong)形(xing)式(shi)
，其(qi)中(zhong)最(zui)常(chang)見(jian)的(de)是(shi)電(dian)阻(zu)應(ying)變(bian)式(shi)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)。

電阻應變片的工作原理為：yingbianpianzhantiezaimoushijianshangshi
，shijianshoulibianxing
，yingbianpianyuanchangbianhua，congeryingbianpianzuzhibianhua，shiyanzhengming，zaishijiandedanxingbianhuafanweinei，yingbianpiandianzudexiangduibianhuaheqichangdudexiangduibianhuachengzhengbi。

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，它的優點是能實現無接觸遠距離測量
，速度快
，精度高，量程大，抗光、電幹擾能力強等，極適合於工業和實驗室的非接觸測量應用。

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