振动传感器校准实验

振动传感器校准实验
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振动传感器 认知与
校准实验
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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
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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；
误差=( S测 S厂 )100%
S厂
ICP传感器型号
出厂时灵敏度 （mv/ms-2）
误差20=21(/2/S21测S厂S厂 )100%
传感器机号 测试灵敏度 （PC/ms-2）
传感器机号 测试灵敏度 （mv/ms-2）
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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。
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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
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。
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(a) 压电型
(b) ICP型
图3 加速度传感器灵敏度的校准
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加速度传 感器型号
出厂时 灵敏度 （PC/ms-2）
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图2
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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
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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
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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(0～ 10kHZ)、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、旋转机械中监测 转轴的振动测量等。
压差u（V）
位移（mm） 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
电压 （V）
压差u（V）
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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（CHபைடு நூலகம்菜单），将“耦合”选为 “直流”；“探头”为“1X”；
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）；
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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。
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。
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图1
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1. 按机械接收 ①相对式：顶杆式，非接触式 原理分 ②惯性式(绝对式)
2. 按机电变换 ①电动式(磁电式) ④电感式
原理分 ②压电式
⑤电容式
③压阻式
⑥电阻式
3. 按所测机械 量分
①位移传感器 ⑤应变传感器 ②速度传感器 ⑥扭振传感器 ③加速度传感器 ⑦扭矩传感器 ④力传感器
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（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；
2021（/2/21 4）了解力锤及力传感器的使用。4
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）力传感器的简单使用等。
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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。
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
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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。
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。
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谢谢观赏
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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 20器21/2安/21 装位置。
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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：
基于电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。
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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. 用力锤敲击某点，在数字存储示波器 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
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力传感器 序列号
电荷放大器 放大倍数
锤帽
测试电压值 换算冲击力值
（V）
（N）
灵敏度 PC / N
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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。
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图4
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线性工作段及最佳安装位置
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最佳安装位置为 2 1
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式中 1——线性工作段起点；
2——线性工作段终点。
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位 移 （mm） 0 电压 （V）
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
压差u（V）
位移（mm） 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 电压 （V）
mv / N
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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. 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。
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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；
线连接是否牢固。
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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。