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1、振动传感器认知与校准实验,一、振动测试仪器简介,1、激振系统2、传感器3、电荷放大器4、数据采集系统,二、实验报告要求,1、实验目的（1）学习压电晶体型加速度传感器和电涡流传感器的基本工作原理；（2）学习压电晶体型加速度传感器电荷灵敏度的标定，ICP型加速度传感器电压灵敏度的标定，并与该传感器出厂指标比 较；（3）学习非接触型电涡流传感器的线性工作段及最佳安装位置的确定；（4）了解力锤及力传感器的使用。,2、实验内容,（1）压电型加速度传感器电荷（包括 ICP传感器电压）灵敏度的标定， 并与该传感器出厂时的数值相比 较；（2）非接触型电涡流传感器的线性工 作段及最佳安装位置的的确定；（3）力传
2、感器的简单使用等。,3、实验仪器,（1）YE5501T传感器校准仪；（2）BK4384压电型加速度传感器；（3）CA-YD-189型ICP传感器；（4）ST-1非接触式电涡流传感器；（5）LC系列力锤及力传感器；（6）YE5858A电荷放大器；（7）TDS-2012存储示波器等。,三、传感器简介,常用的传感器是将被测试的机械量变换为电量，以便为后续仪表进行显示、记录和处理。由于传感器内部机电变换原理的不同，输出的电量也各不相同。有的是将机械量的变化变换为电动势或电荷的变化，有的是将机械振动量的变化变换为电阻或电感等电参量的变化。,传感器的种类繁多，应用范围也极其广泛。但是在现代振动测量中所用的
3、传感器，已不是传统概念上独立的机械测量装置，而仅是整个测量系统中的一个环节，且与后续的电子线路紧密相关。一般说来，由于传感器直接变换的电量并不能直接被后续仪表显示、记录或分析仪器所接受。因此针对不同变换原理的传感器，须配附专用的测量线路。测量线路的作用是将传感器的输出电量变为后续显示或分析仪器所能接受的一般电压量。因此，传感器按其功能可有以下几种分类方法：,1. 压电型加速度传感器 压电式加速度传感器最常见的类型有三种，即中心压缩型、剪切型和三角剪切型。中心压缩型压电加速度传感器的敏感元件由两个压电晶体片组成，其上放有一重金属制成的惯性质量块，用一预紧硬弹簧板将惯性质量块和压电元件片压紧在基座
4、上。整个组件就构成了一个惯性传感器（见图1）。为了使加速度传感器能正常工作，被测系统振动的频率应该远低于加速度传感器的固有频率。根据牛顿第二定律，由于惯性质量块和基座之间的相对运动，压电元件片就受到与之相应的交变压力的作用，因此加速度传感器就能输出与被测振动加速度信号成比例的电荷量。这就是压电式加速度传感器的工作原理。,图1,2. 电涡流传感器 电涡流传感器是一种相对式非接触型传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值。电涡流传感器具有频率范围宽(010kHZ)、线性工作范围大、灵敏度高、结构简单以及非接触式测量等优点，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、
5、旋转机械中监测转轴的振动测量等。,图2,电涡流传感器的工作原理如图2所示。当通有交变电流i的线圈靠近导体表面时，由于交变磁场的作用，在导体表面层就感生电动势，并产生闭合环流ie，称为电涡流。电涡流传感器中有一线圈，当给传感器线圈通以高频激励电流i时，其周围就产生一高频交变磁场。当被测的导体靠近传感器线圈时，由于受到高频交变磁场的作用，在其表面产生电涡流ie，这个电涡流产生的磁通又穿过原来的线圈，根据电,磁感应定律，它总是抵抗主磁场的变化。因此，传感器线圈与导体表层产生的涡流相当于存在互感的两个线圈。互感的大小与原线圈和导体表面的间隙有关，这样间隙的变化就转换为电感量的变化，然后再通过测量线路将
6、电感量的变化转换为电压的变化。因此，只要测出电压的变化，也就间接地求出了间隙的变化。这就是非接触式电涡流传感器的工作原理。,四、实验过程,1. 加速度传感器（ICP传感器）电荷（电 压）灵敏度的校准 将加速度传感器（或ICP传感器）旋紧在YE5501T传感器校准仪振动台螺孔中，连接导线从传感器至校准仪测试面板部分的Q（或ICP）插孔中（注意Q和ICP孔不要插错），将校准部分的调节旋钮逆时针旋到底，并检查导线连接是否牢固。,打开电源开关，预热几分钟，按下校准按钮，待面板数码显示稳定后，缓慢顺时针调节旋钮至10ms-2，显示稳定后，按下面板测试部分的Q（或ICP）按钮，记录显示的数值，即为压电型加
7、速度传感器的电荷灵敏度（或ICP传感器的电压灵敏度）。 反复调整校准和测试按钮三次，取三次测量的平均值并记录下来。 整理实验报告时，将测试的结果与该传感器出厂时的相关数值进行比较，计算出灵敏度的变化百分比，并分析灵敏度变化的原因。加速度传感器灵敏度校准仪器见图3。,(b) ICP型,(a) 压电型,图3 加速度传感器灵敏度的校准,2. ST-1电涡流传感器的线性工作段及最佳安装 位置的确定 电涡流传感器(加上专用的前置器)的输出电压与间隙的关系曲线称为间隙电压曲线，在曲线上基本接近直线的部分称之为传感器的线性范围，线性段的斜率即为间隙电压灵敏度，它对应于每单位间隙变化时的输出电压的变化。基于电
8、涡流传感器的工作原理，由于被测对象的材料不同，所以在测试之前可以采用静态标定的方法对传感器进行标定。而其中一项主要的内容就是确定传感器的安装位置。 电涡流传感器静态校准仪器照片见图4。,a连接电涡流传感器至前置放大器，将传感器固定在静校器上，然后将前置器的直流输出接入存储示波器。b定好静校器的参考点，使传感器轻轻接触静校器的顶点（即间隙为零），然后打开仪器的电源，观察此时的电压值并记录。,c选择若干值（建议每改变一次为0.1mm），缓慢增加千分表的间隙（即改变位移），记录示波器的电压值和频率值。（位移改变为2mm左右。）d最后确定最佳的传感器安装位置。,图4,线性工作段及最佳安装位置,最佳安装
9、位置为 式中 1线性工作段起点； 2线性工作段终点。,注：数字存贮示波器的调整 1. 将变换器的直流输出连接于示波器通道1上，打开电源； 2. 按“自动设置（AUTO SET）”按钮 3. 按黄色按钮（CH1菜单），将“耦合”选为“直流”；“探头”为“1X”； 4. 按“测量（MEASURE）”，将第一组测量选为“最大值”； 5. 调整第一通道“伏/格”为5.00V（屏幕左下角显示； “秒/格”为500ns(屏幕下中显示）； 6. 按“测量（MEASURE）”即可测试。,3. 用力锤及力传感器测试力的大小 a. 将力锤及电荷放大器按实验要求连接 好，将参数设置好； b. 用力锤敲击某点，在数字
10、存储示波器 中观察力脉冲的时间历程。记录力的电压值 并根据所设定的参数计算出力的大小；然后 改用不同的力度及换用不同的锤帽敲击；分 别观察并记录数据。将结果填入下表中,3. 冲击力测试时数字存贮示波器的调整 1. 将力锤、电荷放大器和示波器按实验要求连接好， 打开各仪器电源； 2. 按“自动设置（AUTO SET）”按钮； 3. 按采集按钮（ACQUIRE），将第二测量”选为“峰 值检测”，按“触发菜单”（TRIG MENU），将触 发方式选为“正常”； 4. 调整第一通道“伏/格”为1.00V（屏幕左下角显示， “秒/格”为25ms(屏幕下中显示）； 5. 按“单步测量（SINGLE SEQ）”即可敲击测试。,六、注意事项,1. 拔插传感器导线时，一定要关闭仪器电源，否则容易将放大器输入端烧毁。2. 调节各输出旋钮时要缓慢，调节过程中应随时观察仪器是否有异常情况，如有异常应立即关闭仪器电源。3. 记录测试数据时应待仪器显示稳定后再读数，并能分析并剔除测试结果的异常数据。4. 实验结束后应检查实验数据，各仪器旋钮复位，关闭各仪器电源，整理实验现场。5. 按实验教学要求及时认真整理实验报告并总结学习体会。,
