二、传感器的基本知识
1. 振动传感器
现场振动测试采用的传感器一般有非接触式电涡流传感器、速度传感器、加速度传感器和复合传感器（它是由一个非接触传感器和一个惯性传感器组成）四种。每一种传感器都有它们固有的频响特性，其决定了各自的工作范围。如果采用的传感器在超出其线性频响区域工作时，测量得到的读数会产生较大的偏差。下表列出了振动测量中常用的一些传感器的性能和适用范围及优、缺点等。
表1－1 常用的振动传感器及其性能和适应范围 传感器频响特性
种类
电涡流0～
传感器 5000HZ
或0～
10000Hz 测量适用范围 优点 转轴相对振动 轴心轨迹 轴承油膜厚度 轴位移和胀差
转速和相位 缺点 对被测材料敏感 存在机械偏差和电气偏差的可能及影响 安装较复杂
动态范围有限
尺寸和重量大
弹簧件易失效
受高温影响较大
不易在高温环境
下使用
装配困难、成品
率低
对被测材料敏感
安装较复杂 非接触测量 测量范围宽 灵敏度高 抗干扰能力强 不受介质影响 结构简单 速度传10～ 轴承座的绝对不需电源，简单方便 感器 500Hz 或振动 灵敏度高 10～ 输出信号大、输出阻抗1000HZ 低，电气性能稳定性好，不受外部噪声干扰 加速度0.2～ 轴承座的绝对频响范围宽 传感器 10000HZ振动 体积小、重量轻 或更高 灵敏度高 复合传0～ 感器 2000HZ 转轴绝对振动 非接触测量 转轴相对振动 无磨损
轴承座的绝对牢固可靠
振动
转轴在轴承间
隙内的径向位
移
2. 电涡流振动位移传感器的工作原理
图1－4 电涡流传感器结构图 图1－5 电涡流传感器原理图
由前置放大器的高频振荡器向传感器的头部线圈供给一个高频电流，线圈所产生的交变磁场在具有铁磁性能的被测物体的表面就会产生电涡流，由该电涡流所产生的磁场在方向上与传感器的磁场相反，因而对传感器具有阻抗。当传感器与被测物体的表面间隙较小的时候，电涡流也较强，阻抗较大，传感器最终的输出电压变小；当传感器与被测物体的表面间隙变大的时候，电涡流会变弱，阻抗变小，传感器最终的输出电压变大。涡流的强弱与间隙的大小成正比，因而，传感器的输出与振动位移成正比。
3. 电动力式振动速度传感器的工作原理
图1－6 振动速度传感器的结构示意图
固定在壳体内部的永久磁铁，随着外壳与振动物体一起振动，同时，由于内部由弹簧固定着的线圈不能与磁铁同步运动，磁铁的磁力线被线圈以一定的速度切割，从而产生了电动势输出。而所输出的电动势的大小则与磁通量的大小和线圈参数（在此处均系常数）以及线圈切割磁力线的速度成正比，所以我们可以得到和磁铁的运动速度成正比的输出电动势，即：传感器的输出电压与被测物体的振动速度成正比。
⒋ 压电式加速度传感器的工作原理
压电式加速度传感器是以某些晶体元件受力后会在其两个表面产生不同电荷的压电效应为转换原理。
图1－7 压电式加速度传感器
某些晶体，当沿着一定的方向受到外力的作用的时候，其内部的晶格会发生变化，产生极化现象，同时在晶体的两个表面上便产生了符号相反的电荷；当外力去掉以后，就又恢复到原来的不带电状态；当作用力方向改变时，所产生的电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比，而力的大小与物体的运动加速度大小成正比：F＝ma，上述现象称为正压电效应。反之，如对晶体施加一交变电场，晶体本身将产生机械变形，这称为逆压电效应，亦称电致伸缩效应（应用在电声器材如喇叭、超声波探头等）。
压电加速度计的频响范围极宽，最高可达几十KHz，测量范围特大，最大可达十几万个g，多用于高频振动检测中，如齿轮、滚动轴承等的接触式测量中。一般需与电荷放大器配合使用，且电荷放大器前的连接电缆较易受到干扰。现在，有些加速度传感器（如PCB）把放大电路集成到传感器内，这样一来，外界干扰的影响极小，可靠性也得到了大幅度的提高。