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振動(dòng)測試儀原理用途

振動(dòng)測試儀是一種能測量機(jī)械、物體等振動(dòng)的測量儀器。比如測振儀、動(dòng)平衡儀、振動(dòng)測試與模態(tài)分析儀都算是振動(dòng)測試儀。振動(dòng)測試儀可與壓電加速度傳感器組成振動(dòng)測量系統(tǒng)，可測量加速度、速度、位移。對間斷的多次隨機(jī)的不同大小的振動(dòng)，可將正峰值、負(fù)峰值、峰峰值及有效值的zui大值保持無限長時(shí)間。例如多點(diǎn)爆破的振動(dòng)zui大值測量。具有*報(bào)警功能。可對每個(gè)測試數(shù)據(jù)設(shè)置報(bào)警值，繼電器觸點(diǎn)輸出。 

振動(dòng)傳感器vibration transducer
定義：能感受機(jī)械運(yùn)動(dòng)振動(dòng)的參量(振動(dòng)速度、頻率，加速度等)并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。
所屬學(xué)科：機(jī)械工程(一級學(xué)科) ；傳感器(二級學(xué)科) ；物理量傳感器(三級學(xué)科) 

傳感器的機(jī)械接收原理
振動(dòng)傳感器在測試技術(shù)中是關(guān)鍵部件之一，它的作用主要振動(dòng)傳感器原理是將機(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?，而是將原始要測的機(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，zui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?！　?BR>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zui簡單的形式，因此人們zui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)參考體不動(dòng)時(shí)，才能測得被測物體的振動(dòng)。這樣，就發(fā)生一個(gè)問題，當(dāng)需要測的是振動(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振動(dòng)位移波形。

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。
1、機(jī)械式測量方法
　　震動(dòng)傳感器將工程振動(dòng)的參量轉(zhuǎn)換成機(jī)械信號，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。

2、電測方法
　　將工程振動(dòng)的參量轉(zhuǎn)換成電信號，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zui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)?！　?BR>(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，完成這項(xiàng)轉(zhuǎn)換工作的器件叫傳感器?！　?BR>(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?！　?BR>(3).信號分析及顯示、記錄環(huán)節(jié)。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(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，然后再輸入到信號分析儀進(jìn)行各種分析處理，從而得到zui終結(jié)果。

3、光學(xué)式測量方法
　　將工程振動(dòng)的參量轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號，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)傳感器的機(jī)電變換原理
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?！　≡诂F(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)?！　∮捎趥鞲衅鲀?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zui后變?yōu)楹罄m(xù)顯示、分析儀器所能接受的一般電壓信號。因此，振動(dòng)傳感器按其功能可有以下幾種分類方法：　　
1>按機(jī)械接收原理分：相對式、慣性式；　　
2>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；　　
3>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)傳感器的分類
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（0～10 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。
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?？勺冮g隙式可以測量直線振動(dòng)的位移?？勺兠娣e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。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。
6、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。
7、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與外力成正比。
8、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(yīng)信號。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。
9、電阻應(yīng)變式傳感器
　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zui常見的是電阻應(yīng)變式的傳感器。