单片机使用ant-801s振动传感器_掌中宝系列之振动传感器
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第一部分
电涡流振动传感器安装、使用、信号辨别电涡流式位移传感器由探头和前置放大器(又称测隙仪)二部分组成，探头对着转子被测表面，但并不接触，留有一定的间隙，用支架固定在轴承的瓦座上或机壳上，通过延伸电缆与机壳外的前置放大器相连。
电涡流式位移传感器是非接触式传感器，具有灵敏度高、线性范围大、频响范围宽、具有零频响应、探头结构尺寸小、抗干挠能力强、适于远距离传送、易于校准标定等优点。与接触式传感器(速度传感器、加速度传感器都是接触式)相比，电涡流式传感器能够更准确地测量出转子振动状况的各种参数，尤其适用于大型旋转机械轴振动、轴位移、相位、轴心轨迹、轴心位置、差胀、等等的测量，用途十分广泛
1 传感器的安装使用要求
初始间隙的确定——各种型号电涡流传感器应在一定的间隙电压值下，其读数才有较好的线性度，所以在安装传感器是必须调整好合适的初始间隙。根据电涡流传感器特性曲线，用于振动测量的传感器静态最大量程不能大于2.5 mm，动态下为了获得较好的线性度，其工作间隙应在0.3~2.8 mm范围内，即仪表所指示间隙电压为2~16V，因此传感器工作点的选择应为静态时安装间隙电压为11V左右。
保证被测表面必须光洁——椭圆度小于20μm，否则所测结果中包含了表面光洁度及椭圆度给测量结果带来较大误差，如局部腐蚀、有凹坑或伤痕等，即使不振动，涡流传感器也会有波动电压输出，甚至测量结果不能使用
避免交叉感应和过小的侧向间隙——当两个垂直或平行安装的传感器相互靠拢时，它们之间将产生交叉感应，使传感器输出灵敏度降低。为了避免交叉感应两个传感器不能靠得太近，图中的A≥40mm。
侧隙过小使传感器头部两侧存在导体，这也会降低传感器输出灵敏度，正确的侧隙b≥1.5d，d是传感器顶部线圈直径。传感器头部外露高度c，一般没有特别规定，但现场使用证明，c太小也会降低传感器灵敏度，正确的c≥2d。
金属材料的影响——在使用中，除了要注意间隙问题外，还须考虑被测物体是何种金属材料，因为同一传感器测量不同材质的物体时，其输出灵敏度也不相同，因此，制造厂用某种标定材料给出的标准曲线，在实际使用时如果不是标定材料，最好用实际使用中的材料重新标定。
温度影响——一般涡流传感器最高容许温度≤180℃，目前国产涡流传感器最高容许温度大部分在120℃以下，实际上工作温度超过70℃，不仅其灵敏度会显著降低，还会造成传感器的损坏，因此测量汽轮机高、中、低压轴轴振动时，传感器必须安装在轴瓦内，而且在安装前，还必须进行校验，有条件的话最好给出温度影响修正曲线。
避免支架振动——涡流传感器有时是固定在支架上，有时是套装在支承杆上，然后再固定到轴承座上。传感器安装时应该尽可能避免因支架的振动和松动而产生误差。支架和套筒固有频率必须避开工作转速，否则会产生共振，导致振动读数误差很大。
2传感器输出信号的真伪判别
根据间隙电压判断——涡流传感器输出电压信号同时包含直流量和交流量。直流量对应着传感器和探头之间的平均距离，又称为间隙电压。交流量对应着振动信号。如果间隙电压正常，那么交流量一般也是正常的。
振动值与间隙电压的变化——振动值与间隙电压的变化关系是否符合探头特性(7.87V/mm)，超过±0.5V，那么测振仪表很可能已失灵。例如，某振动探头运转正常时的振动值/间隙电压为20μm /9.62 V，现在为70μm /8.62 V，其振动值增大了50μm，间隙电压应该降低约0.4 V，正常情况下不应该低于9.22 V，至少不应该低于8.72 V，因此测振仪表本身有问题。
根据轴振和瓦振的变化趋势来判断——虽然轴振和瓦振的比例关系有大有小，但是正常情况下，轴振和瓦振应该同步变化。
根据轴振输出波形判断——如电磁干扰，输出波形有大的毛刺出现、频谱中除了工频分量外，还有大量的2x、4x、6x、8x等倍频
根据升降速判别——根据升、降速过程中轴振幅值和相位的变化是否符合机械振动规律和转子动力特性来判断。
支架是否共振的判别——支架共振现象具有以下几点共同特征：振动峰值很尖，发生共振的转速范围很窄(100～200rpm)；该转速附近轴承座振动较小、变化平稳而且没有峰值；还可以通过现场敲击试验来判定。
3传感器应用范围
测量转轴的振动——括转轴的相对振动和绝对振动。如果涡流传感器是固定在轴承座上的，亦即以轴承座为参考坐标系，由于轴承座本身也在振动，因此，所测得的轴振动是相对于轴承座而言的相对振动；如果涡流传感器安装在“不动“的参考点上，即基础上的，这样测得的就是轴的绝对振动。
测量轴在轴承中的位置——利用涡流传感器的间隙电压可以准确地测量转轴在轴承中的位置，这个参数对诊断转子稳定性故障很有用处。测量转轴在轴承中的位置需要安装两个互相垂直的涡流传感器。测量轴的偏心度偏心的测量，对于评价旋转机械全面的机械状态，经常是非常重要的。它使你能够看到由于受热或重力所引起的轴弯曲的幅度。探测偏心的探头，装在机器上的什么地方，这一点应该考虑。一般情况下，偏心探头的最好安装位置是沿轴向，在两个轴承跨度中间，即远离轴承。监测器上所指示的数值大小，取决于探头的安装位置，越接近轴承，其指示偏心的读数越小。但实际上，装在两个轴承之间，往往很困难，因此经常是把涡流式传器装在轴承的外侧。
测量转子轴向位置——轴在运行中，由于各种因素，诸如载荷、温度等的变化会使轴在轴向有所移动，如轴移动距离过大就会碰到轴承，二者发生摩擦，则其后果将不堪设想。所以就需要用电涡流探头探测这一间隙的变化，由于这一参量十分重要，因而API670(美国石油协会)标准要求用两个探头同时探测一个对象，以免发生误报警。通过监测传感器输出信号的直流间隙电压，就可确定推力盘在推力轴承中的相对位置；可以监测汽轮机通流部分轴向最小间隙的变化；并可监测推力轴承与乌金面的磨损情况，轴承在瓦枕中的移动量也能反映出来。有时通流部分故障会在轴向推力上反映出来，因而转子轴向位置也可作为分析通流部分状况的参量之一。
胀差测量——即机组动静部分相对于各自死点膨胀量的差值。对于现代汽轮机来说，一般分析测量高、中、低压胀差。制造厂依据计算出的由静止到满负荷时汽缸和转子的膨胀曲线，限定测点处的胀差值允许范围。在此范围内，汽轮机通流部分一般不致发生动静部分摩擦，因而是机组启停和正常运行时必须监测的重要参量。
相位测量——涡流传感器还有一个重要用途是测取键相信号。键相信号是振动相位的基准，通过键相信号可以计算机组的转速。
第二部分
振动传感器分为压电式，磁电式，微型振动传感器。下面本小编就和大家一起来聊一聊振动传感器的分类方式及选择的依据是什么？有兴趣的朋友可以和本小编一起来学习下！
常用振动传感器有以下几种：
1.压电片谐振式：使用压电片接收振动信号，压电片的谐振频率较高，为了降低谐振频率，使用加大压电片振动体的质量来实现，并使用弹簧球代替附加物，降低两谐振频率，增强了振动效果。其优点是灵敏度较高，结构简单。但是需要信号放大后送到TTL电路或者单片机电路中，不过使用一个三极管单级放大即可
2.机械振动式：传统的振动检测方式，受到振动以后，弹簧球在较长的时间内进行减幅振动，这种振动便于被检测电路检测到。振动输出开关信号，输出阻抗与配合输出的电阻阻值所决定，根据检测电路的输入阻抗，可以做成高阻抗输出方式。
3.微型振动传感器：将机械式振动传感器微型化，将振动体碳化并进行密封处理，其工作性能更可靠。输出开关信号直接与TTL电路和或者单片机输入电路相连接，电路结构简单。输出阻抗高，静态工作电流小。
振动传感器按其功能可有以下几种分类方法：
按机械接收原理分：相对式、惯性式；按机电变换原理分：电动式、压电式、电涡流式、电感式、电容式、电阻式、光电式；
按所测机械量分：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、应变传感器、扭振传感器、扭矩传感器。
以上分类法中的传感器是相容的。
1、相对式电动传感器
电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。相对式电动传感器从机械接收原理来说，是一个位移传感器，由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律，其产生的电动势同被测振动速度成正比，所以它实际上是一个速度传感器。
2、电涡流式传感器
电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，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的。电涡流传感器具有频率范围宽(0～10 kHZ)，线性工作范围大、灵敏度高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、旋转机械中监测转轴的振动测量。
3、电感式传感器
依据传感器的相对式机械接收原理，电感式传感器能把被测的机械振动参数的变化转换成为电参量信号的变化。因此，电感传感器有二种形式，一是可变间隙，二是可变导磁面积。
4、电容式传感器
电容式传感器一般分为两种类型。即可变间隙式和可变公共面积式。可变间隙式可以测量直线振动的位移。可变面积式可以测量扭转振动的角位移。
5、惯性式电动传感器
惯性式电动传感器由固定部分、可动部分以及支承弹簧部分所组成。为了使传感器工作在位移传感器状态，其可动部分的质量应该足够的大，而支承弹簧的刚度应该足够的小，也就是让传感器具有足够低的固有频率。根据电磁感应定律，感应电动势为：
式中：B为磁通密度，l为线圈在磁场内的有效长度。从传感器的结构上来说，惯性式电动传感器是一个位移传感器。然而由于其输出的电信号是由电磁感应产生，根据电磁感应电律，当线圈在磁场中作相对运动时，所感生的电动势与线圈切割磁力线的速度成正比。因此就传感器的输出信号来说，感应电动势是同被测振动速度成正比的，所以它实际上是一个速度传感器。
6、压电式加速度传感器
压电式加速度传感器的机械接收部分是惯性式加速度机械接收原理，机电部分利用的是压电晶体的正压电效应。其原理是某些晶体(如人工极化陶瓷、压电石英晶体等，不同的压电材料具有不同的压电系数，一般都可以在压电材料性能表中查到。)在一定方向的外力作用下或承受变形时，它的晶体面或极化面上将有电荷产生，这种从机械能(力，变形)到电能(电荷，电场)的变换称为正压电效应。而从电能(电场，电压)到机械能(变形，力)的变换称为逆压电效应。
因此利用晶体的压电效应，可以制成测力传感器，在振动测量中，由于压电晶体所受的力是惯性质量块的牵连惯性力，所产生的电荷数与加速度大小成正比，所以压电式传感器是加速度传感器。
7、压电式力传感器
在振动试验中，除了测量振动，还经常需要测量对试件施加的动态激振力。压电式力传感器具有频率范围宽、动态范围大、体积小和重量轻等优点，因而获得广泛应用。压电式力传感器的工作原理是利用压电晶体的压电效应，即压电式力传感器的输出电荷信号与外力成正比。
8、阻抗头
阻抗头是一种综合性传感器。它集压电式力传感器和压电式加速度传感器于一体，其作用是在力传递点测量激振力的同时测量该点的运动响应。因此阻抗头由两部分组成，一部分是力传感器，另一部分是加速度传感器，它的优点是，保证测量点的响应就是激振点的响应。
使用时将小头(测力端)连向结构，大头(测量加速度)与激振器的施力杆相连。从“力信号输出端”测量激振力的信号，从“加速度信号输出端”测量加速度的响应信号。注意，阻抗头一般只能承受轻载荷，因而只可以用于轻型的结构、机械部件以及材料试样的测量。无论是力传感器还是阻抗头，其信号转换元件都是压电晶体，因而其测量线路均应是电压放大器或电荷放大器。
9、电阻应变式传感器
电阻式应变式传感器是将被测的机械振动量转换成传感元件电阻的变化量。实现这种机电转换的传感元件有多种形式，其中最常见的是电阻应变式的传感器。电阻应变片的工作原理为：应变片粘贴在某试件上时，试件受力变形，应变片原长变化，从而应变片阻值变化，实验证明，在试件的弹性变化范围内，应变片电阻的相对变化和其长度的相对变化成正比。
编辑：兰陵王
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