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数字测量基础-第2部分“振动传感器和尺寸系统”和FFT-10“搜索增强功能和变焦功能

这次,我将以压电加速度传感器为例,谈谈感知物理现象,它通常用作振动传感器。

2.关于振动传感器的选择

通常,振动传感器大致分为接触型和非接触型。非接触型是测量所谓的来自不动点的相对振动。由于是非接触,因此具有不影响振动对象物的优点,但另一方面,需要在振动绝缘等方面下功夫。
与此相对,接触式无需固定点,可比较简便地安装、测量。
接触型振动传感器测量,几乎都是利用检测铅坠运动的被称为sizmo系的原
理,测量对象物的加速度和位移等。以下,就sizmo系的测定原
原理进行简单说明。

图1 sizmo系统的构成
图1 sizmo系统的构成

如图1.所示,由带有弹簧和阻尼元件的电阻支撑的机箱中的一个重物系统称为尺寸模具系统。
其中,设x为固定在框体上的坐标,y为固定在空间上的坐标,则x表示铅锤与框体的相对位移,y表示应测量的振动体的位移。图1的sizmo系统可以看作1自由度系统,因此运动方程式为;

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可以写成(m是铅坠的质量,k是弹簧常数,c是粘性阻尼系数)
。在图1.的sizmo系统中,fn为不衰减固有频率,
ζ为衰减比。

实际需要测量的量为对象振动体的位移y,只要能通过传感器测量铅锤的位移x
,并求出x与y的关系,就能测量振动体的振动。

假设x和y的振幅比为γ (相对位移传递率)

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按钮,将选定控件在Tab键次序中下移一个位置。f是使sizmo系列的壳体和振动体一起振动的振动频率,以固有振动频率f n
的比为横轴,画γ的曲线图,如图2.所示。
仔细观察图表,可以根据f/fn是小于1还是大于1来区分特性

图2相对位移传递率
图2相对位移传递率

① f/fn≫1
γ≈1,x≈y。
也就是说,可以测量与振动体位移相当的量,该系统作为位移计发挥作用。
(2) f/fn≪1的时候
γ―>f2/fn2,与f2成比例变大(图形的形状在12dB/OCT时变大),ω=2πf所以x与ω2y成比例。
换句话说,可以测量与振动体的加速度成比例的量,并且该系统用作加速度计。

在实际应用中,利用这一原理的压电加速度传感器通常用作振动传感器。当对压电元件施加力时,会产生应变,从而产生电荷,由此可以获得与相对位移 x 成正比的电压信号。

 3.振动传感器的原理和特点 

基于上述原理检测加速度信号的压电式加速度传感器的频率特性是固有的。
频率f n 根据平坦带宽的容差,实际上可以达到 1/3 到 1/5 的带宽。
它正在被使用。

(参考文献) (社) 产业公害防止协会编“公害防止的技术和法规 (振动篇) ”

(20071121摘自发行电子杂志)