设备状态检测与故障诊断-振动监测系统的组成

电涡流传感器的工作原理
设备状态检测与故障诊断
振动位移传感器的系统组成
典型的电涡流传感器系统主要包括传感器（探头）、 延伸电缆和前置放大器三部分。 （1）探头 通常由线圈、头部、壳体、高频电缆、 高频接头组成。线圈是探头的核心，是整个传感器 中最敏感的元件，线圈的物理尺寸和电气参数决定 传感器系统的线性量程以及探头的电气参数稳定性。
振动加速度传感器的工作原理
1.压电效应
自然界中某些电介质，如石英、钛酸钡等，当沿着 一定的方向对其施力而使之变形时，其内部发生极 化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电 荷；当外力去除后，电介质又重新恢复到不带电的 状态，介质的这种机械能转换为电能的现象即为压 电效应。
介质的压电效应是可逆的，即在电介质的极化方向 施加电场，这些电介质也会产生变形，这种由电能 转换为机械能的现象称为逆压电效应。
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振动加速度传感器的工作原理
3.工作原理
1
当1 ，即 n 1 时， 1 2 2 4 22 1 ，此时有
q Sqa sint
即当被测振动体的运动频率远低于传感器的固有频率 时，压电元件表面的电荷量与传感器壳体（被测物体） 的振动加速度幅值成正比，这即是压电加速度传感器 的工作原理。
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振动加速度传感器的工作原理
3.工作原理 压电加速度传感器的结构一般有纵效应型、横效应 型和剪切效应型三种，其中纵效应型是最常见的一 种，其结构原理和力学模型如下图所示：
纵效应型压电加速度传感器的结构原理及其力学模型 1—螺母；2—质量块；3—压电元件；4—基座
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振动传感器的使用原则
在实际测试工作中，可用和优化是选用振动传感器 应遵循的基本原则。 可用 要使所选的传感器满足最基本的测试要求。 优化 在满足基本测试要求的前提下，尽量降低传 感器的费用，即取得最佳的性能价格比。 选用时，需要考虑的问题如下：
振动加速度传感器的工作原理
3.工作原理
设质量块的上下运动轨迹为坐标x的方向，静平衡位 置为坐标原点，壳体运动为xs，并取质量块相对于传 感器壳体的运动为xr。
可求得 xr Asint ，则压电元件表面上的电荷量为
q
F
K y n2
a
sint
1 2 2 4 22
Sqa
Hale Waihona Puke Baidu
1
sint
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振动位移传感器
电涡流传感器是20世纪中期研制成功的振动位移传 感器，它利用导体在交变磁场作用下的电涡流效应， 将变形、位移与压力等物理量的改变转化为阻抗、 电感等电磁参量的变化。 电涡流传感器的优点是灵敏度高、频响范围宽、测 量范围大、抗干扰能力强、不受介质影响、结构简 单以及非接触测量等，当今在各工业领域都得到了 广泛的应用。
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测振传感器的分类
根据所测振动参量和频响范围的不同，习惯上将测 振传感器分为振动加速度传感器、振动位移传感器 和振动速度传感器三大类。 各自典型的频响范围大致如下： 振动加速度传感器为0～50kHz 振动位移传感器为0～10kHz 振动速度传感器为10～2kHz
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设备状态检测与故障 诊断-振动监测系统的
组成
第4讲 振动监测系统的组成
振动监测系统的组成
观测 测振传感器与 信号记 信号分析与 结
对象 信号调解器
录仪
处理设备 果
测振传感器的作用是将机械振动量转变为适于电测的电参量， 俗称拾振器； 信号调理器则起协调作用，使传感器和记录仪能配合起来协 同工作，其主要功能包括信号放大、阻抗变换。 信号记录仪的功能是存储所测振动信号； 分析与处理设备则负责分析处理各种所记录的信号；
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振动速度传感器
在机械故障的振动诊断方法中，振动速度也是一个 经常需要观测的物理量，因为振动速度与振动能量 直接对应，而振动能量常常是造成振动体破坏的根 本原因。
磁电式速度传感器是典型的振动速度传感器，但由 于该类型的传感器在结构上一般都大而笨重，给使 用带来了许多不便；其频响范围又很有限，加之振 动速度可由振动位移微分或由振动加速度积分而得 到，因此，用磁电式速度传感器进行振动速度的直 接测量在实际工作中并不多见。
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（2）前置放大器 一方面前置器为探头线圈提供高 频交流电源；另一方面前置器感受探头前端由于金 属导体靠近引起的探头参数变化，经过处理，产生 随探头端面与被测金属导体间隙线性变化的输出电 压或电流信号。 （3）延伸电缆 用聚氟塑料绝缘的射频同轴电缆， 用于连接探头和前置放大器，长度需要根据传感器 的总长度配置以保证系统总的长度为5m或9m。
1 2 2 4 22
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振动加速度传感器的工作原理
3.工作原理
式中：ωn—系统固有频率，rad/s; λ—频率比； ζ—阻尼比； Ky—压电元件的弹性系数； a—传感器壳体运动的加速度幅值，mm/s2
此即为压电加速度传感器的动态响应，其中 Sq Ky n2 为其电荷灵敏度，只取决于传感器本身的结构参数。
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2.压电材料 具有压电效应的材料称为压电材料。 压电材料主要有两大类，即压电晶体（如石英）和 压电陶瓷（如钛酸钡）。 其中石英晶体的应用较早，因其稳定性最好、但压 电系数最小且价格昂贵，通常用作标准加速度传感 器的敏感材料。 钛酸钡、锆钛酸铅，特别是后者则是目前应用最广 泛的压电陶瓷。
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振动位移传感器的工作原理
把一块金属导体放置在一个 通有高频电流的线圈所产生 的交变磁场中，由于电磁感 应的作用，导体内将产生一 个闭合的电流环（电涡流）。 电涡流将产生一个与交变磁 场相反的涡流磁场来阻碍原 交变磁场的变化，从而使原 线圈的阻抗、电感因素都发 生变化，且它们的变化量与 线圈到金属导体之间的距离x 的变化有关，于是就把位移 量转化成了电量。
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1.压电效应
电介质在外力作用下产生压电效应时，其表面上的 电荷量与压电材料的种类及其所受的压强的大小和 表面积有关，即：
q A F
q—压电元件表面的电荷量，C； F—压电元件表面上所受的压力，N； σ—压电元件表面的压强，N/m2 A—压电元件的工作表面积，m2 α—压电材料的压电系数，C/N