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测振传感器原理

2015-5-20 07:35| 编辑:电工学习网| 查看: 9670| 评论: 0

 拾振部分是振动测量仪器的最基本部分,它的性能往往决定了整个仪器或系统的性能。表1列举了部分常用的测振传感器

图1 振动测量系统的一般组成框图

表1 电测法测振常用的传感器

  各种测振传感器性能不一,在振动测量中,如何根据测试目的和实际条件,合理地选用测振传感器是十分重要的,选择不当往往会影响测量精度,甚至得出错误的结论。

  根据线性系统的叠加原理,振动的响应是振动系统拾振部分对各个简谐振动响应的叠加。

  在许多情况下,例如惯性式测振传感器,振动系统的振动是由载体的运动所引起的。如图2所示。设载体的绝对位移为Z1,检测质量块m的绝对位移Ζ0,则质量块的运动方程为

      (1)

图2 由载体运动引起的振动响应

  质量块m相对于载体的相对位移为  

                  (2)

  则上式可改写成 

       (3)

  设载体的运动为谐振动,即,则式(3)可写成

     (4)

  考虑这样几种情形下的响应特性:

  (1)Ζ01相对于载体的振动位移为Z1,此时相当于测振仪处于位移计工作状态下。此时幅频特性和相频特性分别为

  (5)

           (6)

  其幅频特性曲线和相频特性曲线分别如图3和4所示。

图3 由载体运动引起的位移响应

图4 相频特性曲线

  (2)Ζ01相对于载体振动速度,此时相当于测振仪处于速度计的工作状态下。此时幅频特性和相频特性分别为

   (7)
   (8)

  其幅频特性曲线和相频特性曲线分别如图5和图4所示。

  (3)Ζ01相对于载体的振动加速度,此时相当于测振仪处于加速度计的工作状态下。此时幅频特性和相频特性分别为

图5 由载体运动引起的速度响应

图6 由载体运动引起的加速度响应

  (9)
  (10)

  其幅频特性曲线和相频特性曲线分别如图6和图4所示。

  从图3、图4、图5、图6可以看出:

  ①测振仪在不同工作状态下,其有效工作区域是不相同的。在位移计状态下,其工作条件为ω/ωn>>1,即工作在过谐振区。对于加速度计来说,其工作条件为ω/ωn<<1,即工作在亚谐振区。而对于速度计来说,则要求其工作在ω/ωn=1,即谐振区附近。

  我们知道,当用测振仪测量被测对象的振动时,位移计敏感被测物的振幅Ζ1m,而加速度计则敏感被测物的振动加速度的幅值,即ω2Ζ1m。因此,位移计总是被用来测量低频大振幅的振动,而高频振动则选用加速度计较为合适。

  根据位移计和加速度计的工作特性和测量范围,可以看出,位移计的ωn.必须设计得很低,而加速度计的ωn则要设计得很高。因此,通常位移计的尺寸和重量较大,而加速度计的尺寸和重量很小。

  ②阻尼比ξ的取值对测振仪幅频特性和相频特性都有较大的影响,对位移计和加速度计而言,当ξ取值在0.6~0.8范围内时,幅频特性曲线有最宽广而平坦的曲线段,此时,相频特性曲线在很宽的范围内也几乎是直线。对于速度计而言,则是阻尼比越大,可测量的频率范围越宽,因此,在选用速度计测量振动速度的响应时,往往使其在很大的过阻尼状态下工作。

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