两种测振传感器

5.4　两种测振传感器

磁电式传感器主要用于振动测量。由上述动态特性分析可知，惯性式传感器不需要静止的基座作为参考基准，它直接安装在振动体上进行测量，因而在地面振动测量及机载振动监视系统中获得了广泛的应用。如航空发动机、各种大型电机、空气压缩机、机床、车辆、轨枕振动台、化工设备、各种水、气管道、桥梁、高层建筑等，其振动监测与研究都可使用磁电式传感器。此外，磁电式传感器还可用作扭矩、转速等测量。下面介绍两种测振传感器的结构。

图5-9　动铁式振动传感器

5.4.1　动铁式振动传感器

图5-9所示为动铁式振动速度传感器的结构图。它是一种惯性式传感器。其活动质量是一个由上下两个圆柱形弹簧支承的活动磁钢，磁钢在一内壁经镀铬研磨的不锈钢导向套筒中活动，磁钢大多选用铸造铝镍钴永磁合金。磁钢两端各压入一个越磨越光的金钯合金套环。因此当磁钢在套筒中滑动时，摩擦极小，有利于传感器敏感小的振动。磁钢套筒的两端用两个堵头焊封，使磁钢、弹簧和堵头成为不可拆的整体。

两个线圈绕在非导磁性金属（无磁不锈钢）骨架上，并与壳体固连。骨架内壁固定着导向套筒。套筒与线圈骨架都起电磁阻尼作用。线圈用高强度漆包线绕制，两个线圈的连接应保证其产生的电动势为相加。为提高耐温绝缘强度，线圈上浸渍一层无机绝缘材料。

在传感器壳盖上，焊有一插座，插座上引有两根合金导电丝。插座与合金丝均选用膨胀合金4J29，并用与热膨胀系数相近的玻璃粉在高温下烧结，使之相互熔封在一起，起着良好的密封和绝缘作用。

传感器壳体用磁性材料铬钢制成，它既作为导磁体，又起磁屏蔽的作用。磁力线穿过导向套筒、骨架和线圈后，经壳体构成闭合磁路。测振时，线圈与永久磁铁之间有相对运动，传感器输出正比于振动速度的电压信号。

性能数据:工作频率45～1500Hz，固有频率15Hz左右，灵敏度400mV/cm·s^-1。

5.4.2　动圈式振动速度传感器

图5-10　动圈式振动传感器

1—插座；2—芯轴；3、10—弹簧片；4—顶杆；5—限幅块；6—球铰链；7—永久磁铁；8—线圈；9—气隙

图5-10所示为接触型动圈式振动速度传感器结构。磁钢的磁力线通过导磁的壳体支架、工作气隙构成磁回路。磁钢中孔内的芯轴与其一端固定的线圈构成质量系统。这种传感器的弹簧片弹性系数k不能太小。使用时，传感器固定在被测物上，顶杆顶在固定不动的参考面上；或传感器固定不动，顶杆顶在振动体上。但都必须给弹簧片一定的预压力，以保证顶杆在弹簧恢复力的作用下跟随振动体一起振动。因此，线圈和磁钢之间的相对运动速度等于振动体的振动速度，传感器输出正比于振动速度的电压信号。

该传感器的使用频率上限取决于弹簧片弹性系数k的大小；k值大，可测频率范围就高；反之，可测频率范围就低。而其频率下限可从零频开始，故它适用于低频振动速度的测量。

此种传感器如取消顶杆，合理选择m、k、c参数，也可设计成惯性式传感器。

磁电式传感器输出阻抗低（几十欧至几千欧），可降低对绝缘和后接测量仪器的要求，电缆的噪声干扰也大为减小，这是它突出的优点。其次，传感器的输出电压信号便于直接放大指示，如果要求指示出振动振幅或加速度，只要在放大器中附加适当的积分或微分电路就能方便地得到。

磁电式传感器也有其明显的缺点。例如，传感器中有容易磨损的活动部件，磨损导致性能变化，为此需定期检修。检修周期一般几百小时，长的3000～5000h。在强冲击振动、高温、干扰磁场大等恶劣环境下工作的传感器可能要随时检修，检修后需重新标定灵敏度、线性度等主要技术指标，从而增加了使用成本。

磁电式传感器的工作温度也不能太高，一般在120℃以下，特殊的可达425℃。这是由于其线圈、磁钢等耐温有限。此外，传感器的频响范围也有限，一般低于2000Hz。