振動(dòng)傳感器的機(jī)電變換原理？主要的分類有哪些？

時(shí)間：2019-10-11

機(jī)電變換

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)用范圍也較其廣泛。

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。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。

主要分類：

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)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。

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。

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(如人工較化陶瓷、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)，它的晶體面或較化面上將有電荷產(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。

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，其中較常見的是電阻應(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，較適合于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室的非接觸測量應(yīng)用。

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詞條說明
震動(dòng)傳感器工作原理和用途
震動(dòng)傳感器工作原理和用途以下是這幾種振動(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間隔上的變化，來丈量物體振動(dòng)參數(shù)的。電渦流式振動(dòng)傳感器主要用于振動(dòng)位移的丈量。?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
位移傳感器的分類
位移傳感器根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式的不同可以分為以下兩大類：1、直線位移傳感器直線位移傳感器的功能在于把直線機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成電信號。為了達(dá)到這一效果，通常將可變電阻滑軌定置在傳感器的固定部位，通過滑片在滑軌上的位移來測量不同的阻值。傳感器滑軌連接穩(wěn)態(tài)直流電壓，允許流過微安培的小電流，滑片和始端之間的電壓，與滑片移動(dòng)的長度成正比。將傳感器用作分壓器可較大限度降低對滑軌總阻值精確性的要求，因?yàn)橛蓽囟茸兓鸬淖柚?/p>
傾角傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域
傾角傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域傾角傳感器又稱作傾斜儀、測斜儀、水平儀、傾角計(jì)，經(jīng)常用于系統(tǒng)的水平角度變化測量，水平儀從過去簡單的水泡水平儀到現(xiàn)在的電子水平儀是自動(dòng)化和電子測量技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。作為一種檢測工具,它已成為橋梁架設(shè)、鐵路鋪設(shè)、土木工程、石油鉆井、航空航海、工業(yè)自動(dòng)化、智能平臺、機(jī)械加工等領(lǐng)域不可缺少的重要測量工具。接下來為您詳細(xì)介紹它的應(yīng)用領(lǐng)域。工程機(jī)械在重型工業(yè)機(jī)械里，無論是挖掘機(jī)，起重機(jī)，升降
一文讀懂氣體傳感器的特性、分類與應(yīng)用
氣體傳感器的特性1、穩(wěn)定性穩(wěn)定性是指傳感器在整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)基本響應(yīng)的穩(wěn)定性，取決于零點(diǎn)漂移和區(qū)間漂移。零點(diǎn)漂移是指在沒有目標(biāo)氣體時(shí)，整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)傳感器輸出響應(yīng)的變化。區(qū)間漂移是指傳感器連續(xù)置于目標(biāo)氣體中的輸出響應(yīng)變化，表現(xiàn)為傳感器輸出信號在工作時(shí)間內(nèi)的降低。理想情況下，一個(gè)傳感器在連續(xù)工作條件下，每年零點(diǎn)漂移小于10%。2、靈敏度靈敏度是指傳感器輸出變化量與被測輸入變化量之比，主要依賴于傳感器結(jié)