振動傳感器的應用

摘 要：振動傳感器在我國的環境監測、機械產品加工等領域有著較廣泛的使用，能夠用于檢測不同狀態下力和加速度的相應數值變化。本文基于振動傳感器的工作原理進行概述，從接收原理、所測機械量、變換原理、物理過程等因素將傳感器進行分類，挑選出典型的五類傳感器進行原理及應用的分析，希望為我國的振動傳感器領域發現新的應用形式。

關鍵詞：振動傳感器;相對式;慣性式

引言：振動傳感器可以在諸多領域內進行對力的檢測，但在機械的接收原理上，卻只有慣性式和相對式兩個方面，不過由于不同的變換方法，可將傳感器按照不同方法去進行分類。現代社會下所用到的振動測量能夠被用到的傳感器早已經不是傳統意義上的獨立機械測量形式，新時代下的表達中它更像是在整個測量系統中存在的某一個小環節，并且能夠在后續的流程中和其他環節有著緊密的關聯。

1.振動傳感器的概述及分類

1.1振動傳感器的概述

振動傳感器顧名思義是根據振動來進行相應的傳感機制，其能夠檢測到不同狀態下的力的變化，將此種變化根據一定的傳感機制轉化為一種可傳輸的信號，傳導到最終能夠接收到此信號的電子元件上，由此形成對力的檢測。當然也有利用其它材料或方式來對力和加速度進行應力采集的方法，其檢測過程中采用的設備也可被稱為傳感器。

因為傳感器的內部作用機理不同導致其形式呈現多樣化，比如因機電變換原理不同將會使傳感器輸出電量也有不同的變化趨勢，這對于傳感器的類型有著很大的促進分化作用。不過一般情況下，根據不同種類的機電變換原理下制作出的傳感器也都會有著相應的特色，在其運行中必須要搭配上專門的測量線路，否則測量數據會有較大的偏差，致使最終產品的巨大失誤。

1.2振動傳感器的分類

振動傳感器的分類可以根據不同的功能屬性進行劃分，不同功能屬性下的劃分方式能夠制作出的傳感器數量也會不相同，比如按照機械性的接收原理劃分只可分為慣性式和相對式兩種，但如果按照機電性的變換原理去做以區分則可分為壓電式、電動式、電容式、光電式等眾多類型，按照所測機械量去做以劃分則可分為速度傳感器和位移傳感器等。不同種的劃分方式對于傳感器基本的作用機理并沒有改變，只是通過不同渠道去達成了最終將變力數值進行傳輸傳感的目標[1]。

2.典型振動傳感器的具體原理及應用

2.1慣性式速度傳感器

慣性式速度傳感器測量的是絕對速度振動量，頻率下限受固有頻率限制，不能到零。頻率上限受安裝共振頻率及線圈阻抗特性限制，全部質量都附加給被測物體，慣性式速度傳感器具有靈敏度高、信噪比強的特點，且輸出阻抗小、輸出直接就是電壓量，可直接測量，而且橫向靈敏度較小，能夠測量的頻率范圍較寬。因此在振動試驗中，對中頻小位移情況，一般使用慣性式速度傳感器。

2.2相對式電動傳感器

相對式的電動傳感器在國人的日常生活中也較為常見，屬于典型的振動傳感器類型之一，它是根據電磁感應的原理研發出的一種電動傳感機制，能夠通過相應導體規律的在磁場中做切割磁感線運動時，將運動后所產生的電動勢收集起來，然后去根據電勢能的高低差來作為信號，最終傳導給接收信號的裝置，由此產生相應的動態變化。相對式電動傳感器的結構如圖1所示，其整體結構是由固定部分、拱形彈簧片部分、可動部分等三部分組成，該結構能夠對磁場中產生的電勢信號有較高的探查敏銳度。

2.3壓電式加速度傳感器

壓電式加速度傳感器可以說是生活中最為常見的一種傳感安置，鼠標、手柄、報警器中都是采用的壓電式的作用原理，其獨特的原理機制影響了眾多生產工藝，所以在工業生產中又被稱作壓電加速度計。雖然應用廣泛，但其實歸根結底也是慣性式的一種表現方式，它能夠通過將石英晶體進行壓電效應來引起加速度表針的振動，從而使壓電元件接收到力的變化信號，最終將加速度傳感到相應的反應機制裝置中，并作出反應。

具體應用中比如電腦在較為顛簸的環境下，或是不小心摔了之后造成電腦硬盤不可逆的產生損壞，壓電式加速度傳感器能夠將硬盤里的數據大部分做以保護。另外在數碼相機的內部構造中也有加速度傳感器的存在，能夠根據不同的振動去相應的自動調節聚焦[2]。

2.4電容式傳感器

電容式傳感器能夠將變化數值轉變為另一種數值，從而將自身電容進行調整，因為其本身也是存在可變化量的電容器，所以在電容量的轉化中能夠很好的將測量數值進行展現，由此作為它的作用機理。電容式傳感器在進行傳感過程中有著體積小、響應好、分辨率高等特點，在工業生產中的表現較為亮眼，因而被廣泛應用于加速度、位移、成分含量等檢測領域，對檢測領域發展起到促進作用。

2.5電渦流式傳感器

電渦流傳感器從原理上看，它是一種結合了相對式和非接觸式的傳感器，能夠通過傳感器和被測物體間的信號交流來測定出兩方之間的距離變化，該變化在裝置中生成振動，由此形成電渦流式傳感。電渦流傳感器主要應用于靜位移的測量、振動位移的測量等方面，能夠在較為復雜的環境中進行良好運作。

結論：綜上所述，對振動傳感器的應用進行分析，可得出以下結論。振動傳感器的概述、分類決定了其具體用途，幾種典型的傳感器主要包括慣性式速度傳感器、相對式電動傳感器、壓電式加速度傳感器、電容傳感器、電渦流式傳感器等，皆能夠在實際應用中為生產生活取得較好進步，有利于國人經濟的進一步發展。

參考文獻：

[1]謝妍，付宇豪，徐芬.輸電導線微風振動傳感器結構設計與應用性能研究[J].武漢輕工大學學報，2018，37（03）：90-97.

[2]楊里平，沈超，黃煒平.汽輪機振動傳感器故障診斷及校驗儀的研發與應用[J].儀表技術與傳感器，2017（06）：179-182.

作者簡介：

盧偉，1984年3月，男，浙江嘉興人，本科，工程師，環境試驗工程方向