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标题: 常见振动传感器介绍 [打印本页]

作者: 仪大部 时间: 2024-8-23 18:10
标题: 常见振动传感器介绍
本帖最后由仪大部于 2024-8-23 18:19 编辑

振动传感器是一种普遍应用的检测传感器，其工作原理是通过内部的压电陶瓷片加弹簧重锤构造来感受机械运动的振动参量（如振动速度、频率、加速度等），并将这些参量转换成可用的输出信号。然后，这些信号经过运放放大并输出控制信号，从而实现对振动的监测和测量。

振动传感器分类

振动传感器是一种用于测量物体振动量的设备，其分类方法多种多样，以下是几种主要的分类方式及相应的介绍：

1.按机械接收原理分类：

相对式：利用物体相对于某个固定参考点的位置变化来测量振动。

惯性式：利用物体的惯性原理，通过测量物体在振动过程中的加速度或速度变化来推算振动量。

2.按机电变换原理分类：

电动式：基于电磁感应原理，当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端会感生出电动势，从而实现振动量的测量。

压电式：利用压电材料的压电效应，将机械振动转换为电信号进行测量。压电式振动传感器常用于测量加速度、速度和力等参数。

电涡流式：电涡流传感器是一种非接触式传感器，通过测量传感器端部与被测物体之间的距离变化来推算振动位移或幅值。

电感式：依据电磁感应原理，电感式传感器能将机械振动参数转换为电参量信号。电感传感器有可变间隙和可变导磁面积两种形式。

电容式：通过改变间隙或公共面积获得可变电容，然后测量电容以获得机械振动参数。

电阻式：电阻应变型振动传感器是一种根据电阻变化来表示被测物体机械振动的传感器。

3.按接触方式分类

接触式：

接触式振动传感器的工作原理基于机械共振的原理。它包含一个固定在机器表面的振动感应器和一个转换器。当机器表面发生振动时，振动感应器会相应地运动，并通过连接导致内部电压的变化。

转换器将这些电压变化转换成机器振动水平的数字信号，然后将其发送到监测设备进行分析和诊断。这种传感器需要直接与被测物体接触，因此容易磨损，并且在测量柔软或非刚性物体时可能会

对被测物体造成损害。然而，它也具有高精度、稳定性高和可靠性强等优点。

非接触式：

非接触式振动传感器则利用了压电和电感等原理来检测振动状态，一般不需要与被测物体接触。例如，激光干涉式振动传感器就是一种非接触测量振动的传感器，它利用激光干涉原理来检测测量目标的振动情况。

这种传感器具有灵敏度高、测量精度高、非接触式测量、可实现远距离测量等优点。由于不需要与被测物体接触，因此可以避免对被测物体造成损害，并且可以在恶劣环境下正常工作。

部分振动传感器原理：惯性式传感器的工作原理：
惯性式传感器的外壳一般固连在被测体上，传感器内部的弹簧质点相对被测体运动，从而反映被测体的运动情况。

动圈型磁电式速度传感器的工作原理：
动圈型速度传感器内部具有磁场以及线圈，当被测体振动时，带动线圈运动切割磁感线，从而产生感生电动势。

Blv×

10−4( V)

压电式传感器的工作原理：
压电式传感器的核心部件是内部的石英、压点陶瓷等压电材料，这类材料的特点是受力变形时晶格发生变化，表面产生自由电荷。利用电荷放大器以及配套的测量装置，可以测得被测体的运动情况。

伺服式加速度传感器：
一般的低频拾振器体积巨大，且不适合低频域的测量，此时，利用电伺服回路可以使传感器在共振曲的幅频特性曲线更为光滑，从而扩大拾振器的工作范围。

电涡流传感器：
当通过通电线圈的磁通发生改变时，就会在导体上产生感生电涡流。

电容位移和加速度传感器：
两平行极板电容量的计算公式为
C=δε0εA

因此可以通过改变其中一个参数，保持其他参数不变，制成电容传感器

压阻式加速度计：
压阻式加速度计主要利用半导体材料的压阻效应来设计。当半导体材料受到压力的作用时，晶格产生了变形，最终使得半导体材料的电阻率发生了变化。

有效值是指把一个正(余)弦波电流通过一个发热电阻，测量出电阻的热量，然后再把一个直流电通过同一个电阻，找出与前面测出的热量相同的直流电，就是这个正弦波电流的有效值。对于正弦信号，峰值为有效值的 √2 倍。

振动相关参数介绍：

1、有效值/均方根值Vrms
Vrms 即 Root Mean Square 的缩写。指在一个周期内对信号平方后积分，再开方平均。正弦波电压的均方根值也称为有效值。

设T为信号的周期，下同
2、平均值(Average)
指信号在一个周期内的平均值。

平均值1

对于正负对称的信号来说，平均值显然为零，有时规定这时的平均值为全波整流之后的平均值。

平均值2

通过采用等间隔的瞬时值，可以以合理的精度再次找到波形的平均电压或平均电压。

波形的正半部分被分成任意数量的 “n” 等分或者 mid-ordinates 。因此，每个中坐标的宽度为 no 度(或 t 秒)，并且每个中坐标的高度将相等沿波形x轴的那个点的波形的瞬时值。

中坐标

电压波形的每个中间值都加到下一个和总和， V1 到 V12 除以用于给出“平均电压”的中间数。然后平均电压(Vav)是电压波形的中间坐标的平均值，并给出如下：

中间坐标的平均值1

并且对于上面的简单示例，平均电压因此计算如下：

平均电压
平均值可以通过采用近似的数学方法得到。曲线下面的区域以不同的间隔到底座的距离或长度，这可以使用三角形或矩形来完成，如下图所示。

区域的近似

通过近似曲线下方矩形的区域，我们可以粗略地了解每个区域的实际区域。通过将所有这些区域加在一起，可以找到平均值。如果使用无限数量的较小的较薄矩形，则当它接近 2/π 时，最终结果将更准确。

平均电压(Vav)通过将峰值电压值乘以常数 0.637 来确定正弦波形，其是 2 除以 pi(π)。平均电压(也可称为平均值)取决于波形的大小，而不是频率或相位角的函数。

因此，这个平均值或有效值为正弦波形的电压或电流也可以显示为面积和时间的等效DC值。

在一个完整周期内平均值为零，因为正平均面积将被负平均面积(Vavg-(- Vavg))抵消。这两个区域的总和在正弦波的一个完整周期内产生零平均电压。

参考上面的图形示例，峰值电压(Vpk)为 20V。因此，使用分析方法，平均电压计算如下：

Vav = Vpk*0.637 = 20*0.637 = 12.74V，这是一样的图形方法的值。

要从给定的平均电压值中找到峰值，只需重新排列公式并除以常数。例如若平均值为65V，那么正弦峰值Vpk = Vav ÷ 0.637 = 65 ÷ 0.637 = 102V。请注意，将峰值或最大值乘以常数0.637仅适用于正弦波形。

然后总结一下。一个完整周期内整个正弦波形的平均值为零，因为两个半部相互抵消，所以平均值取半个周期。电压或电流的正弦波的平均值是峰值的0.637倍(Vp或Ip)。这些平均值之间的数学关系适用于交流电流和交流电压。

仅对于纯正弦波形，可以很容易地计算出平均电压和RMS电压(或电流)：

平均值 = 0.637×最大值或峰值Vpk

RMS值 = 0.707×最大值或峰值Vpk

平均电压和RMS两个值都可用于表示正弦交替波形的“形状因子”。形状因子定义为AC波形的形状，是RMS电压除以平均电压(形状因子 = RMS值/平均值)。

所以对于正弦波或复杂波形的形状因子：(π/(2√ 2)），它近似等于常数1.11。形状因子是比率，因此没有电气单位。如果已知正弦波形的形状因子，则可以使用RMS电压值找到平均电压；反之亦然，因为平均电压是正弦波的RMS电压值的0.9倍。在使用单片机ADC功能采样数据时，通常情况下用平均值计算就够了(STM32单片机多使用傅立叶变换，下面有述)，但是在计算功率时就需要用有效值来计算真正做功的情况。如果是标准的正弦波的话，正弦波的峰值是有效值得1.414倍，可以通过峰值来计算有效值。但是实际应用中波形往往会发生畸变，如果按照1.414这个比例计算的话，误差往往会比较大。所以必须通过计算正弦波的面积来求有效值。

有效值/均方根值是对数据的平方和取平均再开方所计算出来的值。所以通常情况下采用的计算方法是：将所有值平方求和，求其均值，再开平方，就得到均方根值。
每采样一个数据后，先对这个数据取平方，然后计算累加和，采样一定数量数据之后，对累加的平方和求平均值，然后再开方。本方法已在实际工程中使用。

二、峰值
就是最大值，正弦交流电的峰值除以1.414等于有效值。如下图5.1.1 峰值1V。

三、峰-峰值
指一个周期内信号最高值和最低值之间的差值，就是最大和最小之间的范围。如图5.1.1 峰-峰值2V。

四、幅值
一个周期内，交流电瞬时出现的最大绝对值，也是一个正弦波，波峰到波谷之间距离的一半。如图5.1.1，幅值1V。

五、瞬时值
正弦交流电路中指电压或电流在每一个瞬时的数值，AD对每一个瞬时值取样，傅立叶变换得到有效值。如图5.1.1的0.625mS对应0.2V

图5.1.1

原文链接：https://blog.csdn.net/liht_1634/article/details/124026859
原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_42667936/article/details/129804023

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