振動(dòng)傳感器校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)

振動(dòng)傳感器校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六一、振動(dòng)測試儀器簡介1、激振系統(tǒng)2、傳感器3、電荷放大器4、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六二、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)習(xí)壓電晶體型加速度傳感器和電渦流傳感器的基本工作原理；（2）學(xué)習(xí)壓電晶體型加速度傳感器電荷靈敏度的標(biāo)定，ICP型加速度傳感器電壓靈敏度的標(biāo)定，并與該傳感器出廠指標(biāo)比較；（3）學(xué)習(xí)非接觸型電渦流傳感器的線性工作段及最佳安裝位置的確定；（4）了解力錘及力傳感器的使用。

第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）壓電型加速度傳感器電荷（包括ICP傳感器電壓）靈敏度的標(biāo)定，并與該傳感器出廠時(shí)的數(shù)值相比較；（2）非接觸型電渦流傳感器的線性工作段及最佳安裝位置的的確定；（3）力傳感器的簡單使用等。

第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六3、實(shí)驗(yàn)儀器（1）YE5501T傳感器校準(zhǔn)儀；（2）BK4384壓電型加速度傳感器；（3）CA-YD-189型ICP傳感器；（4）ST-1非接觸式電渦流傳感器；（5）LC系列力錘及力傳感器；（6）YE5858A電荷放大器；（7）TDS-2012存儲(chǔ)示波器等。

第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六三、傳感器簡介

常用的傳感器是將被測試的機(jī)械量變換為電量，以便為后續(xù)儀表進(jìn)行顯示、記錄和處理。由于傳感器內(nèi)部機(jī)電變換原理的不同，輸出的電量也各不相同。有的是將機(jī)械量的變化變換為電動(dòng)勢或電荷的變化，有的是將機(jī)械振動(dòng)量的變化變換為電阻或電感等電參量的變化。

第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六傳感器的種類繁多，應(yīng)用范圍也極其廣泛。但是在現(xiàn)代振動(dòng)測量中所用的傳感器，已不是傳統(tǒng)概念上獨(dú)立的機(jī)械測量裝置，而僅是整個(gè)測量系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，且與后續(xù)的電子線路緊密相關(guān)。一般說來，由于傳感器直接變換的電量并不能直接被后續(xù)儀表顯示、記錄或分析儀器所接受。因此針對(duì)不同變換原理的傳感器，須配附專用的測量線路。測量線路的作用是將傳感器的輸出電量變?yōu)楹罄m(xù)顯示或分析儀器所能接受的一般電壓量。因此，傳感器按其功能可有以下幾種分類方法：

第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六1.按機(jī)械接收原理分①相對(duì)式：頂桿式，非接觸式②慣性式(絕對(duì)式)

2.按機(jī)電變換原理分①電動(dòng)式(磁電式)④電感式②壓電式⑤電容式③壓阻式⑥電阻式3.按所測機(jī)械量分①位移傳感器⑤應(yīng)變傳感器②速度傳感器⑥扭振傳感器③加速度傳感器⑦扭矩傳感器④力傳感器第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六1.壓電型加速度傳感器

壓電式加速度傳感器最常見的類型有三種，即中心壓縮型、剪切型和三角剪切型。中心壓縮型壓電加速度傳感器的敏感元件由兩個(gè)壓電晶體片組成，其上放有一重金屬制成的慣性質(zhì)量塊，用一預(yù)緊硬彈簧板將慣性質(zhì)量塊和壓電元件片壓緊在基座上。整個(gè)組件就構(gòu)成了一個(gè)慣性傳感器（見圖1）。為了使加速度傳感器能正常工作，被測系統(tǒng)振動(dòng)的頻率應(yīng)該遠(yuǎn)低于加速度傳感器的固有頻率。根據(jù)牛頓第二定律，由于慣性質(zhì)量塊和基座之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，壓電元件片就受到與之相應(yīng)的交變壓力的作用，因此加速度傳感器就能輸出與被測振動(dòng)加速度信號(hào)成比例的電荷量。這就是壓電式加速度傳感器的工作原理。第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六圖1第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六2.電渦流傳感器

電渦流傳感器是一種相對(duì)式非接觸型傳感器，它是通過傳感器端部與被測物體之間的距離變化來測量物體的振動(dòng)位移或幅值。電渦流傳感器具有頻率范圍寬(0～10kHZ)、線性工作范圍大、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單以及非接觸式測量等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于靜位移的測量、振動(dòng)位移的測量、旋轉(zhuǎn)機(jī)械中監(jiān)測轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)測量等。圖2第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六

電渦流傳感器的工作原理如圖2所示。當(dāng)通有交變電流i的線圈靠近導(dǎo)體表面時(shí)，由于交變磁場的作用，在導(dǎo)體表面層就感生電動(dòng)勢，并產(chǎn)生閉合環(huán)流ie，稱為電渦流。電渦流傳感器中有一線圈，當(dāng)給傳感器線圈通以高頻激勵(lì)電流i時(shí)，其周圍就產(chǎn)生一高頻交變磁場。當(dāng)被測的導(dǎo)體靠近傳感器線圈時(shí)，由于受到高頻交變磁場的作用，在其表面產(chǎn)生電渦流ie，這個(gè)電渦流產(chǎn)生的磁通又穿過原來的線圈，根據(jù)電第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六磁感應(yīng)定律，它總是抵抗主磁場的變化。因此，傳感器線圈與導(dǎo)體表層產(chǎn)生的渦流相當(dāng)于存在互感的兩個(gè)線圈?；ジ械拇笮∨c原線圈和導(dǎo)體表面的間隙有關(guān)，這樣間隙的變化就轉(zhuǎn)換為電感量的變化，然后再通過測量線路將電感量的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化。因此，只要測出電壓的變化，也就間接地求出了間隙的變化。這就是非接觸式電渦流傳感器的工作原理。第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六四、實(shí)驗(yàn)過程

1.加速度傳感器（ICP傳感器）電荷（電壓）靈敏度的校準(zhǔn)

將加速度傳感器（或ICP傳感器）旋緊在YE5501T傳感器校準(zhǔn)儀振動(dòng)臺(tái)螺孔中，連接導(dǎo)線從傳感器至校準(zhǔn)儀測試面板部分的Q（或ICP）插孔中（注意Q和ICP孔不要插錯(cuò)），將校準(zhǔn)部分的調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針旋到底，并檢查導(dǎo)線連接是否牢固。

第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六

打開電源開關(guān)，預(yù)熱幾分鐘，按下校準(zhǔn)按鈕，待面板數(shù)碼顯示穩(wěn)定后，緩慢順時(shí)針調(diào)節(jié)旋鈕至10ms-2，顯示穩(wěn)定后，按下面板測試部分的Q（或ICP）按鈕，記錄顯示的數(shù)值，即為壓電型加速度傳感器的電荷靈敏度（或ICP傳感器的電壓靈敏度）。反復(fù)調(diào)整校準(zhǔn)和測試按鈕三次，取三次測量的平均值并記錄下來。整理實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，將測試的結(jié)果與該傳感器出廠時(shí)的相關(guān)數(shù)值進(jìn)行比較，計(jì)算出靈敏度的變化百分比，并分析靈敏度變化的原因。加速度傳感器靈敏度校準(zhǔn)儀器見圖3。

第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六(b)ICP型(a)壓電型圖3加速度傳感器靈敏度的校準(zhǔn)

第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六加速度傳感器型號(hào)傳感器機(jī)號(hào)出廠時(shí)靈敏度（PC/ms-2）測試靈敏度（PC/ms-2）誤差=(ICP傳感器型號(hào)傳感器機(jī)號(hào)出廠時(shí)靈敏度（mv/ms-2）測試靈敏度（mv/ms-2）誤差=(第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六2.ST-1電渦流傳感器的線性工作段及最佳安裝位置的確定

電渦流傳感器(加上專用的前置器)的輸出電壓與間隙的關(guān)系曲線稱為間隙電壓曲線，在曲線上基本接近直線的部分稱之為傳感器的線性范圍，線性段的斜率即為間隙電壓靈敏度，它對(duì)應(yīng)于每單位間隙變化時(shí)的輸出電壓的變化。基于電渦流傳感器的工作原理，由于被測對(duì)象的材料不同，所以在測試之前可以采用靜態(tài)標(biāo)定的方法對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。而其中一項(xiàng)主要的內(nèi)容就是確定傳感器的安裝位置。電渦流傳感器靜態(tài)校準(zhǔn)儀器照片見圖4。

第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六a．連接電渦流傳感器至前置放大器，將傳感器固定在靜校器上，然后將前置器的直流輸出接入存儲(chǔ)示波器。b．定好靜校器的參考點(diǎn)，使傳感器輕輕接觸靜校器的頂點(diǎn)（即間隙為零），然后打開儀器的電源，觀察此時(shí)的電壓值并記錄。c．選擇若干值（建議每改變一次為0.1mm），緩慢增加千分表的間隙（即改變位移），記錄示波器的電壓值和頻率值。（位移改變?yōu)?mm左右。）d．最后確定最佳的傳感器安裝位置。

圖4第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六線性工作段及最佳安裝位置第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六最佳安裝位置為式中1——線性工作段起點(diǎn)；

2——線性工作段終點(diǎn)。第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六位移（mm）00.10.20.30.40.50.60.70.8電壓（V）電壓差u（V）位移（mm）0.91.01.11.21.31.41.51.61.7電壓（V）電壓差u（V）位移（mm）1.81.92.02.12.22.32.42.52.6電壓（V）電壓差u（V）第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六注：數(shù)字存貯示波器的調(diào)整

1.將變換器的直流輸出連接于示波器通道1上，打開電源；

2.按“自動(dòng)設(shè)置（AUTOSET）”按鈕

3.按黃色按鈕（CH1菜單），將“耦合”選為“直流”；“探頭”為“1X”；

4.按“測量（MEASURE）”，將第一組測量選為“最大值”；

5.調(diào)整第一通道“伏/格”為5.00V（屏幕左下角顯示；“秒/格”為500ns(屏幕下中顯示）；

6.按“測量（MEASURE）”即可測試。第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六3.用力錘及力傳感器測試力的大小

a.將力錘及電荷放大器按實(shí)驗(yàn)要求連接好，將參數(shù)設(shè)置好；

b.用力錘敲擊某點(diǎn)，在數(shù)字存儲(chǔ)示波器中觀察力脈沖的時(shí)間歷程。記錄力的電壓值并根據(jù)所設(shè)定的參數(shù)計(jì)算出力的大小；然后改用不同的力度及換用不同的錘帽敲擊；分別觀察并記錄數(shù)據(jù)。將結(jié)果填入下表中

第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六力傳感器序列號(hào)電荷放大器放大倍數(shù)錘帽測試電壓值（V）換算沖擊力值（N）靈敏度PC/N

mv/N第25頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六3.沖擊力測試時(shí)數(shù)字存貯示波器的調(diào)整

1.將力錘、電荷放大器和示波器按實(shí)驗(yàn)要求連接好，打開各儀器電源；2.按“自動(dòng)設(shè)置（AUTOSET）”按鈕；3.按采集按鈕（ACQUIRE），將第二測量”選為“峰值檢測”，按“觸發(fā)菜單”（TRIGMENU），將觸發(fā)方式選為“正常”；4.調(diào)整第一通道“伏/格”為1.00V（屏幕左下角顯示，“秒/格”為25ms(屏幕下中顯示）；5.按“單步測量（SINGLESEQ）”即可敲擊測試。第26頁，共27頁，2023年，2