振動(dòng)傳感器應(yīng)用和解決方案

　　振動(dòng)在許多應(yīng)用中造成嚴(yán)重破壞。從機(jī)器軸和軸承到硬盤(pán)性能，振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致機(jī)器損壞，提前更換，性能低下，并嚴(yán)重影響精度。

　　使用振動(dòng)分析作為確定機(jī)械問(wèn)題的具體原因和位置的工具可以加快維修并較大限度地降低成本。振動(dòng)傳感器可以測(cè)量和分析位移，線(xiàn)速度和加速度。這些參數(shù)在數(shù)學(xué)上是相關(guān)的，并且可以從各種傳感器導(dǎo)出。選擇與位移，速度或加速度成比例的傳感器取決于感興趣的頻率和所涉及的信號(hào)電平。

　　區(qū)分振動(dòng)傳感器的三個(gè)主要因素：固有頻率，阻尼系數(shù)和比例因子。比例因子將輸出與加速度輸入相關(guān)聯(lián)，并與靈敏度相關(guān)聯(lián)。固有頻率和阻尼系數(shù)一起決定了振動(dòng)傳感器的精度水平。在由彈簧和附著質(zhì)量組成的系統(tǒng)中，如果你要將質(zhì)量拉回平衡并釋放質(zhì)量，質(zhì)量將向前振動(dòng)(超過(guò)平衡)并向后振動(dòng)直至其停止。使質(zhì)量靜止的摩擦力由阻尼系數(shù)確定，質(zhì)量向前和向后振動(dòng)的速率是其固有頻率。

　　目前用于振動(dòng)傳感器的兩種基本壓電材料是合成壓電陶瓷和石英。在壓電傳感器或加速度計(jì)中，傳感元件是在受到壓縮時(shí)發(fā)射電荷的晶體。晶體與質(zhì)量結(jié)合，使得當(dāng)它受到“g"力時(shí)，質(zhì)量壓縮晶體并發(fā)出信號(hào)。信號(hào)值相對(duì)于施加的力。

　　晶體連接在中心柱和地震質(zhì)量之間。壓縮環(huán)或螺柱將預(yù)加載力施加到元件組件上，以確保剛性結(jié)構(gòu)和線(xiàn)性行為。在加速度下，質(zhì)量對(duì)傳感晶體產(chǎn)生剪切應(yīng)力，導(dǎo)致壓電材料產(chǎn)生成比例的電輸出。輸出由電極收集并通過(guò)輕質(zhì)引線(xiàn)傳輸?shù)狡渌娐坊蛑苯觽鬏數(shù)竭B接器。

　　該小加速度信號(hào)可以被放大用于加速度測(cè)量或者在傳感器內(nèi)被轉(zhuǎn)換成速度或位移信號(hào)。今天用于振動(dòng)監(jiān)測(cè)的大多數(shù)壓電傳感器包含內(nèi)部放大器 運(yùn)算放大器可用于將這些傳感器連接到A / D轉(zhuǎn)換器，無(wú)論是分立的還是微控制器。小心選擇高輸入阻抗運(yùn)算放大器以***小化電流。

　　記錄后，可以分析振動(dòng)數(shù)據(jù)以便立即診斷或保存以供以后或更深入的評(píng)估，例如，記錄機(jī)器運(yùn)行狀況中涉及的趨勢(shì)和歷史，金融和零售環(huán)境中的資產(chǎn)保護(hù)，或區(qū)分環(huán)境振動(dòng)和在ATM，自動(dòng)售貨機(jī)和售票機(jī)等應(yīng)用中的真實(shí)攻擊。

　　可以容納傳感元件以承受存在的任何環(huán)境條件。堅(jiān)固耐用的工業(yè)壓電傳感器固態(tài)結(jié)構(gòu)使其能夠在***惡劣的環(huán)境條件下運(yùn)行。它們不受污垢，油和大多數(shù)化學(xué)氣氛的影響。它們?cè)诤軐挼臏囟确秶鷥?nèi)表現(xiàn)良好，并且可以抵抗嚴(yán)重沖擊造成的損壞。

　　壓電陶瓷

　　石英和陶瓷都適合成功的振動(dòng)傳感器設(shè)計(jì)，但其性能的差異允許設(shè)計(jì)靈活性。例如，與現(xiàn)代“定制"壓電陶瓷材料相比，天然壓電石英具有較低的電荷靈敏度并且表現(xiàn)出較高的本底噪聲。然而，大多數(shù)振動(dòng)傳感器制造商現(xiàn)在使用專(zhuān)為傳感器應(yīng)用開(kāi)發(fā)的壓電陶瓷材料。特殊配方產(chǎn)生優(yōu)化的特性，可在極l端操作環(huán)境中提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù) 與石英相比，壓電陶瓷材料*高的輸出靈敏度使得傳感器的設(shè)計(jì)具有更高的頻率響應(yīng)。

　　壓電陶瓷振動(dòng)傳感器可用于沖擊測(cè)量(爆炸和失效測(cè)試)，高頻測(cè)量和較慢的低頻振動(dòng)測(cè)量。這通過(guò)高于平均固有頻率來(lái)顯示。然而，該傳感器通常具有毫伏范圍的輸出，并且需要高輸入阻抗，低噪聲檢測(cè)器來(lái)解釋來(lái)自其壓電晶體的電壓。

　　另一個(gè)重要的應(yīng)用是振動(dòng)能量收集。這將由于機(jī)械振動(dòng)而浪費(fèi)的能量轉(zhuǎn)換成可用的電能。

　　用于這些應(yīng)用的加速度計(jì)的性能正在急劇增加。例如，310A提供高性能和寬的帶寬用于工業(yè)監(jiān)控，醫(yī)療儀器，體育診斷設(shè)備，并且其中寬的帶寬，小形狀因數(shù)，低功耗，和高的性能是軍事應(yīng)用危急。

　　圖1：310A-5-LF振動(dòng)加速度傳感器

圖2：310A-5-LF頻率響應(yīng)

特點(diǎn)： • 堅(jiān)固耐用 • 耐腐蝕封裝 • 金屬焊接密封 • 外殼隔離 • EMI/RFI屏蔽 • 抗沖擊保護(hù) 

應(yīng)用： • 風(fēng)力發(fā)電機(jī) • 齒輪箱監(jiān)控 • 軸承監(jiān)測(cè) • 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控

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