談?wù)務(wù)駝?dòng)傳感器的種類及其工作原理

發(fā)布時(shí)間:2024-07-05
在飛速發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)中,現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)向數(shù)字化、信息化方向發(fā)展已成必然發(fā)展趨勢(shì),而測(cè)試系統(tǒng)的z前端是傳感器,它是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的靈魂,被世界各國(guó)列為技術(shù),特別是近幾年快速發(fā)展的ic技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù),為傳感器的發(fā)展提供了良好與可靠的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)。使傳感器的發(fā)展日新月異,且數(shù)字化、多功能與智能化是現(xiàn)代傳感器發(fā)展的主要方向。
振動(dòng)傳感器并不是直接將原始要測(cè)的機(jī)械量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏浚菍⒃家獪y(cè)的機(jī)械量作為振動(dòng)傳感器的輸入量,然后由機(jī)械接收部分加以接收,形成另一個(gè)適合于變換的機(jī)械量,z后由機(jī)電變換部分再將變換為電量。因此一個(gè)傳感器的工作性能是由機(jī)械接收部分和機(jī)電變換部分的工作性能來(lái)決定的。
常用振動(dòng)傳感器有以下幾種:
1.壓電片諧振式
使用壓電片接收振動(dòng)信號(hào),壓電片的諧振頻率較高,為了降低諧振頻率,使用加大壓電片振動(dòng)體的質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn),并使用彈簧球代替附加物,降低兩諧振頻率,增強(qiáng)了振動(dòng)效果。其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度較高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但是需要信號(hào)放大后送到ttl電路或者單片機(jī)電路中,不過使用一個(gè)三極管單級(jí)放大即可
2.機(jī)械振動(dòng)式
傳統(tǒng)的振動(dòng)檢測(cè)方式,受到振動(dòng)以后,彈簧球在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行減幅振動(dòng),這種振動(dòng)便于被檢測(cè)電路檢測(cè)到。振動(dòng)輸出開關(guān)信號(hào),輸出阻抗與配合輸出的電阻阻值所決定,根據(jù)檢測(cè)電路的輸入阻抗,可以做成高阻抗輸出方式。
3.微型振動(dòng)傳感器
將機(jī)械式振動(dòng)傳感器微型化,將振動(dòng)體碳化并進(jìn)行密封處理,振動(dòng)校驗(yàn)儀其工作性能更可靠。輸出開關(guān)信號(hào)直接與ttl電路和或者單片機(jī)輸入電路相連接,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。輸出阻抗高,靜態(tài)工作電流小。
振動(dòng)傳感器按機(jī)械接收原理分為:
1、相對(duì)式電動(dòng)傳感器
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(chǎng)里切割磁力線時(shí),導(dǎo)體兩端就感生出電動(dòng)勢(shì),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(duì)式電動(dòng)傳感器從機(jī)械接收原理來(lái)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(shì)同被測(cè)振動(dòng)速度成正比,所以它實(shí)際上是一個(gè)速度傳感器。
2、電渦流式傳感器
電渦流傳感器是一種相對(duì)式非接觸式傳感器,轉(zhuǎn)速傳感器它是通過傳感器端部與被測(cè)物體之間的距離變化來(lái)測(cè)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(cè)量等優(yōu)點(diǎn),主要應(yīng)用于靜位移的測(cè)量、振動(dòng)位移的測(cè)量、旋轉(zhuǎn)機(jī)械中監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)測(cè)量。
3、電感式傳感器
依據(jù)傳感器的相對(duì)式機(jī)械接收原理,電感式傳感器能把被測(cè)的機(jī)械振動(dòng)參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成為電參量信號(hào)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。
4、電容式傳感器
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??勺冮g隙式可以測(cè)量直線振動(dòng)的位移??勺兠娣e式可以測(cè)量扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的角位移。
5、慣性式電動(dòng)傳感器
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。從傳感器的結(jié)構(gòu)上來(lái)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(hào)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(chǎng)中作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),所感生的電動(dòng)勢(shì)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(hào)來(lái)說,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是同被測(cè)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。
6、壓電式加速度傳感器
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(如人工極化陶瓷、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),轉(zhuǎn)速傳感器它的晶體面或極化面上將有電荷產(chǎn)生,這種從機(jī)械能(力,變形)到電能(電荷,電場(chǎng))的變換稱為正壓電效應(yīng)。而從電能(電場(chǎng),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(cè)力傳感器,在振動(dòng)測(cè)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。
7、壓電式力傳感器
在振動(dòng)試驗(yàn)中,除了測(cè)量振動(dòng),還經(jīng)常需要測(cè)量對(duì)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(hào)與外力成正比。
8、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(cè)量激振力的同時(shí)測(cè)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(cè)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(cè)力端)連向結(jié)構(gòu),大頭(測(cè)量加速度)與激振器的施力桿相連。從“力信號(hào)輸出端”測(cè)量激振力的信號(hào),從“加速度信號(hào)輸出端”測(cè)量加速度的響應(yīng)信號(hào)。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(cè)量。無(wú)論是力傳感器還是阻抗頭,其信號(hào)轉(zhuǎn)換元件都是壓電晶體,因而其測(cè)量線路均應(yīng)是電壓放大器或電荷放大器。
9、電阻應(yīng)變式傳感器
電阻式應(yīng)變式傳感器是將被測(cè)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z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(zhǎng)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(duì)變化和其長(zhǎng)度的相對(duì)變化成正比。
關(guān)鍵詞:傳感器 壓電晶體
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