2014年結(jié)構(gòu)工程師專業(yè)知識輔導:測振傳感器

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　　測振傳感器

　　測振傳感器是由慣性質(zhì)量、阻尼和彈簧組成一個質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，這個系統(tǒng)固定在振動體上(即傳感器的外殼固定在振動體上)、與振動體一起振動;通過測量慣性質(zhì)量相對于傳感器外殼的運動，就可以得到振動體的振動(圖18―2―38)。

　　(1)磁電式速度傳感器

　　磁電式速度傳感器是根據(jù)電磁感應的原理制成的，圖18―2―39為一磁電式速度傳感器，磁鋼和殼體相連接、并通過殼體安裝在振動體上，與振動體一起振動;芯軸和線圈組成傳感器的系統(tǒng)質(zhì)量，通過彈簧片(系統(tǒng)彈簧)與殼體連接。振動體振動時，系統(tǒng)質(zhì)量與傳感器殼體之間發(fā)生相對位移，因此線圈與磁鋼之間也發(fā)生相對運動，根據(jù)電磁感應定律，感應電動勢正的大小為E=BLnv (18―2―9)

　　式中B為線圈所在磁鋼間隙的磁感應強度，L為每匝線圈的平均長度，n為線圈匝數(shù)，v為線圈相對于磁鋼的運動速度、即系統(tǒng)質(zhì)量相對于傳感器殼體的運動速度。對于傳感器來

　　說BLn是常量，所以傳感器的電壓輸出(即感應電動勢E)是與相對運動速度v成正比。

　　圖18―2―40為一擺式測振傳感器，它的質(zhì)量彈簧系統(tǒng)設計成轉(zhuǎn)動的形式，因而可以獲得更低的儀器固有頻率。擺式傳感器可以測垂直方向或水平方向的振動;它也是磁電式傳感器，輸出電壓與相對運動速度成正比。

　　磁電式傳感器輸出的電壓信號一般比較微弱，需要用電壓放大器進行放大。

　　(2)壓電式加速度傳感器

　　從物理學知道，一些晶體材料當受到壓力并產(chǎn)生機械變形時，在其相應的兩個表面上出現(xiàn)異號電荷，當外力去掉后，晶體又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應。

　　壓電式加速度傳感器是利用晶體的壓電效應而制成的。圖18―2―41為壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)原理，壓電晶體片上是質(zhì)量塊，用硬彈簧將它們夾緊在基座上;質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的彈簧剛度由硬彈簧的剛度和晶體片的剛度組成，剛度很大，質(zhì)量塊的質(zhì)量較小，因而質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的固有頻率很高，可達數(shù)千赫茲，甚至可達100―200kHz。

　　當傳感器的固有頻率遠遠大于所測振動的頻率時，質(zhì)量塊相對于外殼的位移就反映所測振動的加速度;質(zhì)量塊相對于外殼的位移乘上晶體的剛度就是作用在晶體上的動壓力，這個動壓力與壓電晶體兩個表面所產(chǎn)生的電荷量(或電壓)成正比，因此可以通過測量壓電晶體的電荷量來得到所測振動的加速度。

　　壓電式加速度傳感器用的放大器有電壓放大器和電荷放大器兩種。