振动测试及振动传感器概述

1.振动测试的提出

在工程振动测试领域中，测试手段与方法多种多样，按各种参数的测量方法及测量过程的物理性质来分，可以分成三类。

（1）机械式的测量方法 将工程振动的参量转换成机械信号，再经机械系统放大后，进行测量、记录，常用的仪器有杠杆式测振仪和盖格尔测振仪，它能测量的频率较低，精度也较差。但在现场测试时较为简单方便。

（2）光学式的测量方法 将工程振动的参量转换为光学信号，经光学系统放大后显示和记录。如读数显微镜和激光测振仪等。

（3）电测方法 将工程振动的参量转换成电信号，经电子电路放大后显示和记录。电测法的要点在于先将机械振动量转换为电量（电动势、电荷及其他电量），然后再对电量进行测量，从而得到所要测量的机械量。这是目前应用得最广泛的测量方法。

上述三种测量方法的物理性质虽然各不相同，但是组成的测量系统基本相同，它们都包含拾振、测量放大电路和显示记录3个环节。电测法测量系统示意图，如图3-42所示。

1）拾振环节：把被测的机械振动量转换为机械的、光学的或电的信号，完成这项转换工作的器件称为传感器。

2）测量线路：测量线路的种类甚多，它们都是针对各种传感器的变换原理而设计的。比如，专配压电式传感器的测量电路有电压放大器、电荷放大器等；此外，还有积分电路、微分电路、滤波电路、归一化装置等。

3）信号分析及显示、记录环节：从测量电路输出的电压信号，可按测量的要求输入给信号分析仪或输送给显示仪器（如电子电压表、示波器、相位计等）、记录设备（如光线示波器、磁带记录仪、X—Y记录仪等）等。也可在必要时记录在磁带上，然后再输入到信号分析仪进行各种分析处理，从而得到最终结果。

图3-42 电测法测量示意(www.xing528.com)

2.传感器的机械接收原理

振动传感器在测试技术中是关键部件之一，它的作用主要是将机械量接收下来，并转换为与之成比例的电量。由于它也是一种机电转换装置，所以我们有时也称它为换能器、拾振器等。

振动传感器并不是直接将原始要测的机械量转变为电量，而是将原始要测的机械量作为振动传感器的输入量M_i，然后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变换的机械量M_t，最后由机电变换部分再将M_t变换为电量E，如图3-43所示。因此一个传感器的工作性能是由机械接收部分和机电变换部分的工作性能来决定的。

图3-43 振动传感器的工作原理

3.传感器的机电变换原理

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、电荷的变化，有的是将机械振动量的变化变换为电阻、电感等电参量的变化。一般说来，这些电量并不能直接被后续的显示、记录、分析仪器所接受。因此针对不同机电变换原理的传感器，必须附以专配的测量电路。测量线路的作用是将传感器的输出电量最后变为后续显示、分析仪器所能接受的一般电压信号。因此，振动传感器按其功能可有以下几种分类方法，见表3-2。

表3-2 振动传感器的分类

由于部分电感式、电容式、电阻式等传感器已经在前面章节介绍过了，这里主要介绍的是电涡流与压电式传感器。