電感振動(dòng)傳感器：一文讀懂振動(dòng)傳感器
原標(biāo)題：一文讀懂振動(dòng)傳感器
文 | 傳感器技術(shù)（WW_CGQJS）
振動(dòng)是自然界最普遍的現(xiàn)象之一，大至宇宙小至原子粒子，無不存在振動(dòng)現(xiàn)象。在工程技術(shù)領(lǐng)域中振動(dòng)現(xiàn)象比比皆是，但在很多情況下振動(dòng)是有害的，例如：振動(dòng)降低加工精度和光潔度，加劇結(jié)構(gòu)件的疲勞和磨損，在車輛和航空領(lǐng)域中機(jī)體及結(jié)構(gòu)件的振動(dòng)不但會(huì)影響駕駛員的操作和舒適度，嚴(yán)重情況下還會(huì)引起機(jī)體、結(jié)構(gòu)件的斷裂甚至解體。
振動(dòng)傳感器是用于檢測沖擊力或者加速度的傳感器 ，通常使用的是加上應(yīng)力就會(huì)產(chǎn)生電荷的壓電器件，也有采用別的材料和方法可以進(jìn)行檢測的傳感器。
振動(dòng)傳感器可用于機(jī)械中的振動(dòng)和位移、轉(zhuǎn)子與機(jī)殼的熱膨脹量的長期監(jiān)測；生產(chǎn)線的在線自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制；科學(xué)研究中的多種微小距離和微小運(yùn)動(dòng)的測量等。振動(dòng)傳感器廣泛應(yīng)用于能源、化工、醫(yī)學(xué)、汽車、冶金，機(jī)器制造，軍工，科研教學(xué)等諸多領(lǐng)域。
振動(dòng)傳感器測量振動(dòng)的方式很多，但總結(jié)起來，原理大多都采用以下三種：
機(jī)械式測量方法：將工程振動(dòng)的變化量轉(zhuǎn)換成機(jī)械信號(hào)，再經(jīng)機(jī)械系統(tǒng)放大后，進(jìn)行測量、記錄，常用的儀器有杠桿式測振儀和蓋格爾測振儀，這種方法測量頻率較，精度差，但操作起來很方便。
光學(xué)式測量方法：將工程振動(dòng)的變化量轉(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。象激光測振儀就是采用這種方法。
電測方法：將工程振動(dòng)的變化量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)線路放大后顯示和記錄。它是先將機(jī)械振動(dòng)量轉(zhuǎn)化成電量，然后對其進(jìn)行測量，根據(jù)對應(yīng)關(guān)系，知道振動(dòng)量的大小，這是目前應(yīng)用得最廣泛的震動(dòng)測量方法。
從上面三種測量方法可以看出，它們都是經(jīng)過振動(dòng)傳感器、信號(hào)放大電路和顯示記錄三個(gè)環(huán)節(jié)來完成的。
振動(dòng)傳感器的分類
振動(dòng)傳感器在機(jī)械接收原理方面，只有相對式、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，其種類繁多，應(yīng)用范圍也極其廣泛。在現(xiàn)代振動(dòng)測量中所用的傳感器，已不是傳統(tǒng)概念上獨(dú)立的機(jī)械測量裝置，它僅是整個(gè)測量系統(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、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(jī)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(hào)。
一般情況下，振動(dòng)傳感器按其功能不同可以有以下幾種幾種分法：
按機(jī)械接收原理分為相對式、慣性式；
按機(jī)電變換原理分為電動(dòng)式、壓電式、電渦流式、電感式、電容式、電阻式、光電式；
按所測機(jī)械量分為位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器。
相對式和慣性式振動(dòng)傳感器
相對式振動(dòng)傳感器主要用于測量振動(dòng)體相對其振動(dòng)參照點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)（例如機(jī)床轉(zhuǎn)軸相對于機(jī)床底座的振動(dòng)等）；
慣性式振動(dòng)傳感器主要用于測量振動(dòng)體相對于大地或慣性空間的運(yùn)動(dòng)（例如機(jī)床底座的振動(dòng)、地面的振動(dòng)、天空中飛機(jī)的振動(dòng)等）。絕對式測振傳感器因?yàn)閮?nèi)部包含慣性質(zhì)量塊，故又稱為慣性式測振傳感器。
慣性式式振動(dòng)傳感器必須與被測振動(dòng)體接觸安裝，相對式傳感器可以是接觸式，亦可以是非接觸式的。
電動(dòng)式振動(dòng)傳感器
電動(dòng)式振動(dòng)傳感器又分為相對式電動(dòng)傳感器和慣性式電動(dòng)電動(dòng)傳感器
相對式電動(dòng)傳感器基于電磁感應(yīng)原理，即當(dāng)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體在固定的磁場里切割磁力線時(shí)，導(dǎo)體兩端就感生出電動(dòng)勢，因此利用這一原理而生產(chǎn)的傳感器稱為電動(dòng)式傳感器。
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)勢為：u=BLX&r式中B為磁通密度，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(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)線圈在磁場中作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，所感生的電動(dòng)勢與線圈切割磁力線的速度成正比。
壓電式振動(dòng)傳感器
壓電式振動(dòng)傳感器還可以分為壓電式加速度傳感器、壓電式力傳感器和阻抗頭
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）的變換稱為正壓電效應(yīng)。而從電能（電場，電壓）到機(jī)械能（變形，力）的變換稱為逆壓電效應(yīng)。
因此利用晶體的壓電效應(yīng)，可以制成測力傳感器，在振動(dòng)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。
壓電式力傳感器
在振動(dòng)試驗(yàn)中，除了測量振動(dòng)，還經(jīng)常需要測量對試件施加的動(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。
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)測量激振力的同時(shí)測量該點(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(hào)輸出端”測量激振力的信號(hào)，從“加速度信號(hào)輸出端”測量加速度的響應(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量。無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，因而其測量線路均應(yīng)是電壓放大器或電荷放大器。
電渦流式振動(dòng)傳感器
電渦流振動(dòng)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(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量等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于靜位移的測量、振動(dòng)位移的測量、旋轉(zhuǎn)機(jī)械中監(jiān)測轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)測量。
電感式振動(dòng)傳感器
電感式振動(dòng)傳感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)的一種振動(dòng)傳感器。電感式振動(dòng)傳感器設(shè)置有磁鐵和導(dǎo)磁體，對物體進(jìn)行振動(dòng)測量時(shí)，能將機(jī)械振動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)化為電參量信號(hào)。
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。電感式振動(dòng)傳感器能應(yīng)用于振動(dòng)速度、加速度等參數(shù)的測量。
電容式振動(dòng)傳感器
電容式振動(dòng)傳感器是通過間隙或公共面積的改變來獲得可變電容，再對電容量進(jìn)行測定而后得到機(jī)械振動(dòng)參數(shù)的。電容式振動(dòng)傳感器可以分為可變間隙式和可變公共面積式兩種，前者可以用來測量直線振動(dòng)位移，后者可用于扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的角位移測定。
電阻應(yīng)變式振動(dòng)傳感器
電阻式應(yīng)變式振動(dòng)傳感器是將被測的機(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，其中最常見的是電阻應(yīng)變式片。
電阻應(yīng)變片的基本構(gòu)造如圖，它一般由敏感柵、基底、引線、蓋片等組成。敏感柵由直徑為0.01-0.05mm、高電阻系數(shù)的細(xì)絲彎曲而成柵狀，它實(shí)際上是一個(gè)電阻元件，是電阻應(yīng)變片感受構(gòu)件應(yīng)變的敏感部分。敏感柵用粘合劑將其固定在基底上。基底的作用應(yīng)保證將構(gòu)件上應(yīng)變準(zhǔn)確地傳遞到敏感柵上去。
當(dāng)試件受力變形時(shí)，應(yīng)變片的敏感柵也獲得同樣的變形，從而使其電阻隨之發(fā)生變化，而此電阻變化是與試件應(yīng)變成比例的，因此如果通過一定測量線路將這種電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流變化，然后再用顯示記錄儀表將其顯示記錄下來，就能知道被測試件應(yīng)變量的大小。
光纖振動(dòng)傳感器
隨著光纖和光電子器件技術(shù)研究的不斷深入，光纖傳感技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。由于光纖傳感器的體積小、質(zhì)量輕、精度高、響應(yīng)快、動(dòng)態(tài)范圍寬、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，并且它具有良好的抗電磁干擾、耐腐蝕性和不導(dǎo)電性，所以在很多領(lǐng)域都應(yīng)用廣泛。
光纖振動(dòng)傳感器的出現(xiàn)已有30來年的歷史，它是測量振動(dòng)信號(hào)的。最初的光纖振動(dòng)傳感器是采用干涉式的結(jié)構(gòu)，利用振動(dòng)產(chǎn)生的光纖應(yīng)變導(dǎo)致干涉儀信號(hào)臂的相位發(fā)生變化，但這種傳感器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不利于重復(fù)用。
相位調(diào)制型光纖振動(dòng)傳感器
位調(diào)制型光纖振動(dòng)傳感器運(yùn)用一個(gè)相干激光光源和兩個(gè)單模光纖。光線被分束后入射到光纖。如果干擾影響兩根相關(guān)光纖的其中一根、就會(huì)引起位相差，這個(gè)位相差可精確地檢測出。位相差可用干涉儀測量。有四種干涉儀結(jié)構(gòu)。它們包括：馬赫—澤德爾、邁克爾遜、法布里—帕羅和賽格納克干涉儀。
下面是基于光纖Sagnac干涉原理。A和B是干涉儀的兩個(gè)傳感臂，起到傳輸光的作用。C是一段被繞成圓環(huán)狀的光纖，是用來接收或感應(yīng)外接信息的變化，22光纖3dB耦合器被用來分解和合成干涉光束。
注入的光經(jīng)過耦合器被分為兩束，一束光由A到C再到B，最后傳回到耦合器中；另一束由B到C再到A，最后傳回到耦合器中，兩束光相遇產(chǎn)生干涉。
光纖Sagnac干涉振動(dòng)傳感器，是以光學(xué)Sagnac干涉儀為基礎(chǔ)，利用單模光纖和3dB耦合器構(gòu)成。該傳感器能夠探測微弱振動(dòng)，當(dāng)信號(hào)在固體中傳播并作用于傳感器的敏感元件時(shí)，傳感器的輸出光強(qiáng)度受到了信號(hào)的調(diào)制。通過檢測輸出光強(qiáng)度，并利用Fourier變換，獲得信號(hào)的頻率特征。
光強(qiáng)調(diào)制型光纖振動(dòng)傳感器
在光纖通信中，光纖耦合技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上，人們研制成功了一種全光纖器件的高性能耦合型光纖聲振動(dòng)傳感器，以其測量帶寬，靈敏度高，解調(diào)、制作成本低，使用簡單等優(yōu)點(diǎn)，受到很多人的關(guān)注。
為使單模光纖耦合器可作為傳感器應(yīng)用，研究人員分析了單模光纖耦合傳感器的敏感機(jī)理，根據(jù)傳感器耦合輸出與傳感器耦合區(qū)長度及耦合區(qū)振動(dòng)頻率存在一定的關(guān)系這一原理，可以制成光纖振動(dòng)傳感器，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的檢測。
熔錐形光纖耦合器結(jié)構(gòu)示意圖
當(dāng)入射光P0 進(jìn)入輸入端時(shí)，隨著兩個(gè)光波導(dǎo)逐漸靠近，兩個(gè)傳導(dǎo)模開始發(fā)生重疊現(xiàn)象，在雙錐體結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)，光功率再分配，一部分光功率從“直通臂”繼續(xù)傳輸，另一部分則是由“耦合臂”傳到另一光路。
耦合器兩輸出端的輸出功率之差與激振源的振動(dòng)加速度成線性關(guān)系。因此，可以通過測量耦合器輸出功率的變化，求出傳感器加速度的值，實(shí)現(xiàn)對振動(dòng)的測量。
此類傳感器對應(yīng)變的響應(yīng)非常靈敏,耦合比的線性關(guān)系良好,且溫度漂移影響可以穩(wěn)定在0. 5 %以內(nèi)。與壓電振動(dòng)傳感器的測試對比,該傳感器可更好地實(shí)現(xiàn)0～50 Hz 低頻和4 kHz 高頻振動(dòng)檢測。
波長調(diào)制型光纖振動(dòng)傳感器的原理及結(jié)構(gòu)
波長調(diào)制傳感原理為被測場/參量與敏感光纖相互作用，引起光纖中傳輸光的波長改變，進(jìn)而通過測量光波長的變化量來確定被測參量。
由布拉格中心波長的數(shù)學(xué)表達(dá)式3.1.3，通過外界參量對布拉格中心波長的調(diào)制來獲取傳感信息，這個(gè)過程是光纖光柵的傳感原理。
式中，纖芯的有效折射率是，T為光柵的周期。
由方程可知，是由光柵周期，反向耦合模的有效折射率決定的。其中，任何能使得這兩個(gè)參數(shù)發(fā)生變化的物理過程都將引起光柵布拉格波長的漂移。在所有引起光柵布拉格波長漂移的外接因素中，最直接的是應(yīng)變參數(shù)的改變。
如下圖所示，一臺(tái)光纖光柵振動(dòng)傳感器，由機(jī)械懸梁臂一端固定在封裝殼上，與待測的物臺(tái)連接。在測量振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)源和物臺(tái)同時(shí)振動(dòng)，而引起懸梁臂振動(dòng)。
兩個(gè)相同特質(zhì)的光纖光柵，一個(gè)安裝在懸梁臂下表面的對稱位置作為信號(hào)解調(diào)光柵，另一個(gè)安裝在機(jī)械懸梁臂的上表面上作為傳感光柵。
由振動(dòng)慣性力的作用下懸臂梁發(fā)生機(jī)械振動(dòng)，帶動(dòng)兩個(gè)光柵產(chǎn)生周期性的應(yīng)變拉伸或收縮，從而引起FBG的布拉格波長發(fā)生變化，通過探測波長的信息前后是否一致，就能實(shí)現(xiàn)振動(dòng)測量。
光通過2×2 光纖耦合器，送到傳感頭1上。之后，反射光信號(hào)返回又經(jīng)2×2 光纖耦合器，經(jīng)過傳感頭2上，傳感頭2的透射光強(qiáng)經(jīng)光電轉(zhuǎn)化，由光信號(hào)轉(zhuǎn)換為振動(dòng)的電信號(hào)，此時(shí)傳感頭2的作用是用作傳感頭1的光波長濾波器，將傳感頭1的波長改變轉(zhuǎn)化成為光強(qiáng)信號(hào)變化。
光纖光柵振動(dòng)傳感器圖
此光纖光柵振動(dòng)傳感器特點(diǎn)是用一種新的簡單易行的解調(diào)技術(shù)，可以有效消除光纖光柵敏感信號(hào)的啁啾現(xiàn)象，有效減弱傳感器的溫度交叉敏感的問題，振動(dòng)測量精度有顯著的提高。
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電感振動(dòng)傳感器：幾種震動(dòng)傳感器工作原理
原標(biāo)題：幾種震動(dòng)傳感器工作原理
振動(dòng)傳感器的種類豐富，按照工作原理的不同，能分為電渦流式振動(dòng)傳感器、電感式振動(dòng)傳感器、電容式振動(dòng)傳感器、壓電式振動(dòng)傳感器和電阻應(yīng)變式振動(dòng)傳感器等。以下是這幾種振動(dòng)傳感器的工作原理和用途。
1、電渦流式振動(dòng)傳感器
電渦流式振動(dòng)傳感器是渦流效應(yīng)為工作原理的振動(dòng)式傳感器，它屬于非接觸式傳感器。電渦流式振動(dòng)傳感器是通過傳感器的端部和被測對象之間距離上的變化，來測量物體振動(dòng)參數(shù)的。電渦流式振動(dòng)傳感器主要用于振動(dòng)位移的測量。
2、電感式振動(dòng)傳感器
電感式振動(dòng)傳感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)的一種振動(dòng)傳感器。電感式振動(dòng)傳感器設(shè)置有磁鐵和導(dǎo)磁體，對物體進(jìn)行振動(dòng)測量時(shí)，能將機(jī)械振動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)化為電參量信號(hào)。電感式振動(dòng)傳感器能應(yīng)用于振動(dòng)速度、加速度等參數(shù)的測量。
3、電容式振動(dòng)傳感器
電容式振動(dòng)傳感器是通過間隙或公共面積的改變來獲得可變電容，再對電容量進(jìn)行測定而后得到機(jī)械振動(dòng)參數(shù)的。電容式振動(dòng)傳感器可以分為可變間隙式和可變公共面積式兩種，前者可以用來測量直線振動(dòng)位移，后者可用于扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的角位移測定。
4、壓電式振動(dòng)傳感器
壓電式振動(dòng)傳感器是利用晶體的壓電效應(yīng)來完成振動(dòng)測量的，當(dāng)被測物體的振動(dòng)對壓電式振動(dòng)傳感器形成壓力后，晶體元件就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電荷，電荷數(shù)即可換算為振動(dòng)參數(shù)。壓電式振動(dòng)傳感器還可以分為壓電式加速度傳感器、壓電式力傳感器和阻抗頭。
5、電阻應(yīng)變式振動(dòng)傳感器
電阻應(yīng)變式振動(dòng)傳感器是以電阻變化量來表達(dá)被測物體機(jī)械振動(dòng)量的一種振動(dòng)傳感器。電阻應(yīng)變式振動(dòng)傳感器的實(shí)現(xiàn)方式很多，可以應(yīng)用各種傳感元件，其中較為常見的是電阻應(yīng)變。
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振動(dòng)傳感器
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本詞條由“科普中國”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項(xiàng)目
審核
。
在高度發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)中，現(xiàn)代測試技術(shù)向數(shù)字化、信息化方向發(fā)展已成必然發(fā)展趨勢，而測試系統(tǒng)的最前端是傳感器，它是整個(gè)測試系統(tǒng)的靈魂，被世界各國列為尖端技術(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。
中文名
振動(dòng)傳感器
測試方法
機(jī)械式，光學(xué)式，電測
分 類
相對式，電感式，電流式等
別 名
換能器、拾振器
屬 于
一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置
目錄
1
發(fā)展趨勢
2
測試方法
?
機(jī)械式
?
光學(xué)式
?
電測
3
接收原理
4
機(jī)電變換
5
分類
振動(dòng)傳感器發(fā)展趨勢
語音
1.引入新技術(shù)發(fā)展新功能
[1]
隨著人們對自然認(rèn)識(shí)的深化，會(huì)不斷發(fā)現(xiàn)一些新的物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、生物效應(yīng)等。利用這些新的效應(yīng)可開發(fā)出相應(yīng)的新型傳感器，從而為提高傳感器性能和拓展傳感器的應(yīng)用范圍提供新的可能。圖爾克市場技術(shù)部產(chǎn)品經(jīng)理兼技術(shù)支持主管楊德友向記者表示，“目前傳感器界的最大特點(diǎn)就是不斷引入新技術(shù)發(fā)展新功能。”如檢測金屬產(chǎn)品位置的電感式接近開關(guān)，它利用金屬物體接近能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時(shí)在被測金屬上形成的渦流效應(yīng)來檢測金屬產(chǎn)品的位置。由于不同金屬渦流效應(yīng)的效果不同，因此不同金屬的檢測距離是不一樣的，尤其是面對各類合金時(shí)，普通的電感式接近開關(guān)就顯得力不從心，這就要求生產(chǎn)廠商在提高產(chǎn)品功能上下功夫。由于電感式接近開關(guān)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是在鐵氧體磁芯上繞制線圈作為電感線圈，而鐵氧體磁芯自身的限制使得電感式傳感器不可能在已有的設(shè)計(jì)理念下發(fā)展，那么只能在技術(shù)上開發(fā)出可以替代鐵氧體線圈的產(chǎn)品來提高產(chǎn)品的性能。圖爾克公司的電感式接近開關(guān)就摒棄了鐵氧體磁芯，從而去掉了磁芯的限制。這樣在檢測不同金屬時(shí)可以通過電路調(diào)節(jié)提高產(chǎn)品的檢測距離，并且全金屬檢測距離無衰減，抗干擾能力也有所提升。2. 利用新材料發(fā)展新產(chǎn)品傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)，隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，人們可制造出各種新型傳感器。例如用高分子聚合物薄膜制成溫度傳感器，光導(dǎo)纖維能制成壓力、流量、溫度、位移等多種傳感器，用陶瓷制成壓力傳感器。高分子聚合物能隨周圍環(huán)境的相對濕度大小成比例地吸附和釋放水分子。將高分子電介質(zhì)做成電容器，測定電容容量的變化，即可得出相對濕度。利用這個(gè)原理制成的等離子聚合法聚苯乙烯薄膜溫度傳感器，具有測濕范圍寬、溫度范圍寬、響應(yīng)速度快、尺寸小、可用于小空間測濕、溫度系數(shù)小等特點(diǎn)。陶瓷電容式壓力傳感器是一種無中介液的干式壓力傳感器。采用先進(jìn)的陶瓷技術(shù)，厚膜電子技術(shù)，其技術(shù)性能穩(wěn)定，年漂移量的滿量程誤差不超過0.1%，溫漂小，抗過載更可達(dá)量程的數(shù)百倍。光導(dǎo)纖維的應(yīng)用是傳感材料的重大突破，光纖傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比有許多特點(diǎn)：靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、耐腐蝕、電絕緣性好、光路可彎曲、便于實(shí)現(xiàn)遙測等。而光纖傳感器與集成光路技術(shù)的結(jié)合，加速了光纖傳感器技術(shù)的發(fā)展。將集成光路器件代替原有光學(xué)元件和無源光器件，光纖傳感器又具有了高帶寬、低信號(hào)處理電壓、可靠性高、成本低等特點(diǎn)。
振動(dòng)傳感器測試方法
語音
在工程振動(dòng)測試領(lǐng)域中，測試手段與方法多種多樣，但是按各種參數(shù)的測量方法及測量過程的物理性質(zhì)來分，可以分成三類。
振動(dòng)傳感器機(jī)械式
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)行測量、記錄，常用的儀器有杠桿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(xiàn)場測試時(shí)較為簡單方便。
振動(dòng)傳感器光學(xué)式
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)顯微鏡和激光測振儀等。
振動(dòng)傳感器電測
振動(dòng)傳感器
[2]
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、電荷、及其它電量），然后再對電量進(jìn)行測量，從而得到所要測量的機(jī)械量。這是目前應(yīng)用得最廣泛的測量方法。上述三種測量方法的物理性質(zhì)雖然各不相同，但是，組成的測量系統(tǒng)基本相同，它們都包含拾振、測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(shè)計(jì)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(hào)分析及顯示、記錄環(huán)節(jié)。從測量線路輸出的電壓信號(hào)，可按測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。
振動(dòng)傳感器接收原理
語音
振動(dòng)傳感器 原理
振動(dòng)傳感器在測試技術(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，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的機(jī)械量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏浚菍⒃家獪y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決定的。1、相對式機(jī)械接收原理由于機(jī)械運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的最簡單的形式，因此人們最先想到的是用機(jī)械方法測量振動(dòng)，從而制造出了機(jī)械式測振儀（如蓋格爾測振儀等）。傳感器的機(jī)械接收原理就是建立在此基礎(chǔ)上的。相對式測振儀的工作接收原理是在測量時(shí)，把儀器固定在不動(dòng)的支架上，使觸桿與被測物體的振動(dòng)方向一致，并借彈簧的彈性力與被測物體表面相接觸，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，相對式機(jī)械接收部分所測得的結(jié)果是被測物體相對于參考體的相對振動(dòng)，只有當(dāng)參考體絕對不動(dòng)時(shí)，才能測得被測物體的絕對振動(dòng)。這樣，就發(fā)生一個(gè)問題，當(dāng)需要測的是絕對振動(dòng)，但又找不到不動(dòng)的參考點(diǎn)時(shí)，這類儀器就無用武之地。例如：在行駛的內(nèi)燃機(jī)車上測試內(nèi)燃機(jī)車的振動(dòng)，在地震時(shí)測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量方式的測振儀進(jìn)行測量，即利用慣性式測振儀。2、慣性式機(jī)械接收原理慣性式機(jī)械測振儀測振時(shí)，是將測振儀直接固定在被測振動(dòng)物體的測點(diǎn)上，當(dāng)傳感器外殼隨被測振動(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振動(dòng)位移幅值，然后利用慣性質(zhì)量塊與外殼的相對振動(dòng)位移的關(guān)系式，即可求出被測物體的絕對振動(dòng)位移波形。
振動(dòng)傳感器機(jī)電變換
語音
一般來說，振動(dòng)傳感器在機(jī)械接收原理方面，只有相對式、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，其種類繁多，應(yīng)用范圍也極其廣泛。在現(xiàn)代振動(dòng)測量中所用的傳感器，已不是傳統(tǒng)概念上獨(dú)立的機(jī)械測量裝置，它僅是整個(gè)測量系統(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、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(jī)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(hào)。因此，振動(dòng)傳感器按其功能可有以下幾種分類方法：按機(jī)械接收原理分：相對式、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。以上三種分類法中的傳感器是相容的。
振動(dòng)傳感器分類
語音
相對式電動(dòng)式傳感器基于電磁感應(yīng)原理，即當(dāng)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體在固定的磁場里切割磁力線時(shí)，導(dǎo)體兩端就感生出電動(dòng)勢，因此利用這一原理而生產(chǎn)的傳感器稱為電動(dòng)式傳感器。相對式電動(dòng)傳感器從機(jī)械接收原理來說，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)定律，其產(chǎn)生的電動(dòng)勢同被測振動(dòng)速度成正比，所以它實(shí)際上是一個(gè)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(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量等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于靜位移的測量、振動(dòng)位移的測量、旋轉(zhuǎn)機(jī)械中監(jiān)測轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)測量。電感式依據(jù)傳感器的相對式機(jī)械接收原理，電感式傳感器能把被測的機(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。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。可變間隙式可以測量直線振動(dòng)的位移。可變面積式可以測量扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的角位移。慣性式慣性式電動(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(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)線圈在磁場中作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，所感生的電動(dòng)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(hào)來說，感應(yīng)電動(dòng)勢是同被測振動(dòng)速度成正比的，所以它實(shí)際上是一個(gè)速度傳感器。壓電式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）的變換稱為正壓電效應(yīng)。而從電能（電場，電壓）到機(jī)械能（變形，力）的變換稱為逆壓電效應(yīng)。因此利用晶體的壓電效應(yīng)，可以制成測力傳感器，在振動(dòng)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(dòng)試驗(yàn)中，除了測量振動(dòng)，還經(jīng)常需要測量對試件施加的動(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。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)測量激振力的同時(shí)測量該點(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(hào)輸出端”測量激振力的信號(hào)，從“加速度信號(hào)輸出端”測量加速度的響應(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量。無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，因而其測量線路均應(yīng)是電壓放大器或電荷放大器。電阻應(yīng)變式電阻式應(yīng)變式傳感器是將被測的機(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(shù)進(jìn)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(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強(qiáng)等，極適合于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室的非接觸測量應(yīng)用。
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振動(dòng)傳感器分類有哪幾種？依據(jù)是什么？
在高度發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)中，現(xiàn)代測試技術(shù)向數(shù)字化、信息化方向發(fā)展已成必然發(fā)展趨勢，而測試系統(tǒng)的最前端是傳感器，它是整個(gè)測試系統(tǒng)的靈魂，被世界各國列為尖端技術(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...
2021-03-010
富昌電子
富昌電子（上海）有限公司
ST 意法 – 適用于監(jiān)視工業(yè)機(jī)械狀態(tài)的數(shù)字振動(dòng)傳感器
意法半導(dǎo)體的IIS3DWB是一款三軸數(shù)字振動(dòng)傳感器系統(tǒng)級(jí)封裝，可在很寬的帶寬范圍內(nèi)提供低噪聲、穩(wěn)定且可重復(fù)的靈敏度。IIS3DWB可在高達(dá)105°C 的擴(kuò)展溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，非常適用于工業(yè)應(yīng)用中的振動(dòng)監(jiān)測。它結(jié)合了高性能、低功耗，以及FIFO和中斷等數(shù)字功能，可幫助開發(fā)人員成...
2020-05-280
科技生活觀點(diǎn)
每日推送科技資訊 歡迎關(guān)注
安防最新黑科技--智能聲音振動(dòng)傳感器
...
2021-04-010
雕爺學(xué)編程
專注Arduino開源硬件擴(kuò)展應(yīng)用
「Arduino」37種傳感器系列實(shí)驗(yàn)（4）——振動(dòng)傳感器模塊
37款傳感器的提法，在網(wǎng)絡(luò)上廣泛流傳，其實(shí)Arduino能夠兼容的傳感器模塊肯定是不止37種的。鑒于本人手頭積累了一些傳感器，依照實(shí)踐（動(dòng)手試試）出真知的理念，以學(xué)習(xí)和交流為目的，這里準(zhǔn)備逐一做做實(shí)驗(yàn)，不管能否成功，都會(huì)記錄下來---小小的進(jìn)步或是搞不掂的問題，希望能夠拋磚...
2019-07-270
韋克威科技
深圳韋克威科技有限公司
測試振動(dòng)傳感器的方法
振動(dòng)測試包括兩方面的內(nèi)容：第一，測量工作機(jī)械或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下存在的振動(dòng)，如測量振動(dòng)位移、速度、加速度、頻率和相位等參數(shù)，了解被測對象的振動(dòng)狀態(tài)評(píng)定等級(jí)和尋找振源，以及進(jìn)行監(jiān)測、分析、診斷和預(yù)測；第二，對機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵(lì)，測量其受迫振動(dòng)，以便求得被測對象的振動(dòng)力學(xué)...
2021-07-220
參考資料
1.
振動(dòng)傳感器種類、原理及發(fā)展趨勢
．百度文庫．2008-06-17[引用日期2015-02-15]
2.
振動(dòng)傳感器
電感振動(dòng)傳感器：振動(dòng)傳感器的分類及原理解析
描述
振動(dòng)傳感器按其功能可有以下幾種
按機(jī)械接收原理分：相對式、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;
振動(dòng)傳感器按所測機(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。
以上三種分類法中的傳感器是相容的。
1、相對式電動(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)體在固定的磁場里切割磁力線時(shí)，導(dǎo)體兩端就感生出電動(dòng)勢，因此利用這一原理而生產(chǎn)的傳感器稱為電動(dòng)式傳感器。相對式電動(dòng)傳感器從機(jī)械接收原理來說，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)勢同被測振動(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(dòng)位移或幅值的。電渦流傳感器具有頻率范圍寬（0～10kHZ），線性工作范圍大、靈敏度高以及非接觸式測量等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于靜位移的測量、振動(dòng)位移的測量、旋轉(zhuǎn)機(jī)械中監(jiān)測轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)測量。
3、電感式傳感器
依據(jù)傳感器的相對式機(jī)械接收原理，電感式傳感器能把被測的機(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型。即可變間隙式和可變公共面積式。可變間隙式可以測量直線振動(dòng)的位移。可變面積式可以測量扭轉(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。
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