我们通过微信、短信发信息
设备则是通过传感器来发送状态信息
那么传感器有哪些类型
又能监测什么数据呢
本期“知·课堂”为您介绍振动传感器
振动传感器基础知识（一）
我们都知道当机械设备出现故障或异常时，振动会发生明显变化。
要想清晰的捕捉到这些振动变化、发现振动中隐含的故障信息，需要依靠传感器的正确转换，今天我们来聊一聊振动领域里有哪些传感器以及它们是怎么工作的。
我们所使用的大多数振动传感器基本原理都是将振动信号转化为电压信号。但是我不能只用一种传感器，因为：
（1）设备的类型不同；
（2）设备的转速不同；
（3）设备的运行环境不同。
目前广泛使用的传感器有三类：位移传感器、速度传感器、加速度传感器，主要根据设备转速和轴承类型两个方面来选择所使用的传感器。
由于三种传感器对于振动信号的体现程度不一致，对于不同转速和轴承类型的设备采用不同的传感器，现采用三种不同的传感器采集同一次振动数据，记录的频谱如下图所示：
我们能发现加速度传感器对于高频信号更为敏感，对应高频段幅值更为明显，而位移传感器对于低频段信号更为敏感。
因此对于低转速设备（<10Hz）往往采用位移信号进行监测，高转速设备（>1000Hz）采用加速度信号进行监测，因速度信号在高低频均有较好的体现，是目前评估设备振动烈度的最常用单位。
而因轴承结构不同采用的传感器也不一样，对于滑动轴承通常采用位移传感器进行监测，而滚动轴承则采用速度或加速度传感器进行监测。
位移传感器（也称涡流传感器）对轴与传感器间的间隙大小很敏感，它们需要永久性安装 ，所以它们并不便携，通常用于滑动轴承的设备上；一般使用两个位移传感器来测试轴的位置变化，它们呈90°夹角安装，一般安装在45°和135°。
涡流传感器的组成：驱动器、探头和线缆
---探头
探头就像一个线圈，能产生高频能量并一定范围内产生一个磁场，在轴上会产生涡流，根据间隙的大小吸收产生的涡流，根据吸收的涡流量来判断间隙的大小。
---驱动器
驱动器相当于解调器和探测器并且有两个输出：
交流电压动态输出时域波形和频谱，它告诉我们轴在轴承中的运动状态；
直流电压大小对应间隙大小，它告诉我们轴在轴承中的位置。
通过成90°安装的X和Y位移传感器的直流电压和交流电压综合起来，可绘制出转子在轴承内的轴中心位置图和轴心轨迹图，同时也是振动分析中比较常用的图谱。
---传感器灵敏度
传感器的灵敏度：200 mV/mil or 7.87 V/mm；
如果轴每旋转一次产生5 mil pk-pk, 那么电压将变化为1 V pk-pk。
优点：
1）宽频响应: 0—10000 Hz；
2）可以测得轴与轴承之间真实的间隙(1 mm - 10 mm)；
3）高可靠性（正确安装后）；
4）宽的温度范围: -50°C—200°C ；
缺点：
1）安装困难，且安装成本高；
2）状态标准（输出电压与真实间隙的比率）取决于轴的材料；
3）转轴超速或轴表面受到损伤时会产生误信号；
建议：
1）用于大型滑动轴承的机组/保护系统；
2）可使用相位来分析不平衡问题。
主要使用场合：
1）大型滑动轴承设备；
2）在保护系统中；
3）作为相位。
速度传感器以前很流行，现在用的很少了。
速度传感器里面内置线圈，并在线圈中悬挂磁铁，安装于弹簧和阻尼器之间，当移动磁铁时切割磁感线产生电压，移动的速度越快产生的电压值就越大，电压输出与速度有关，当设备发生振动时，磁铁由于惯性保持静止，而线圈随传感器一起运动切割磁感线产生与振动速度成正比的电流。
---现在有许多内置电路的加速度传感器来替代速度传感器
---大多数的监控系统都需要速度值
优点：
1）不需要外部供电；
2）输出的信号是大的；
3）容易安装，对安装方式不敏感；
4）适应温度范围较广-50°C – 200°C；
缺点：
1）不适用于低频和高频，使用范围1Hz - 2000Hz；
2）校准的标准受温度影响；
3）传感器内部涉及到移动部件，长期使用产生磨损，缩短使用寿命；
4）体积较大；
5）由于低的信噪比，准确性较差；
应用：
1）有时用于机械设备动平衡；
2）有时会应用到监控系统里。
加速度传感器是目前振动分析中最常用的传感器类型，所有的便携式测振仪均配有加速度传感器，大多数情况下将加速度信号积分成速度信号，并以速度单位查看数据，普遍应用于在线监控系统里(位移传感器应用于保护系统中)。
加速度传感器有许多种类型，其中IEPE/ICP（集成的压电式传感器）最为普遍，而以前“充电式的压电传感器”最为普遍，该类型需要一个外置的放大器，可应用于高温环境下。
加速度传感器的内部是压电材料，压电材料的上面有一个质量块，加速度传感器是与设备表面接触，机组振动时就会使压电材料变形产生电荷，内置的放大器将电荷输出按照一定的比例转换成电压输出，从而在终端上显示成时域波形。
而内置放大器可由数采器进行18—30V直流偏置电压供电，则可通过检查偏置电压了解传感器和线缆是否完好。
ICP式加速度传感器在通入电源后需要几秒钟让放大器处于稳定状态的时间，因此在数据采集开始前需保证传感器已经稳定，可在数采器中设置稳定时间，如果设置的时间不够长，在频谱中会看到滑雪坡。
且ICP加速度传感器有它的低频极限，并不能用于超低频信号的采集，对低于1HZ的信号将失去响应。
最常见的有:弯曲式、压缩式和剪切式。
1）压缩式的传感器是在质量块的下面放一个感应材料；
2）剪切式的传感器使用最为广泛，因为不受温度的影响，是使用感应原件去感应剪切力的大小。
3）弯曲式的传感器目前使用的不是很广泛，里面主要是质量块和压电材料。
---灵敏度
在选择使用何种加速度传感器时首先需要考虑的是灵敏度，灵敏度为输出电压与振动水平的比值，以mV/g为单位。
目前使用最广泛的是100 mV/g，也叫做通频传感器；
在测试低频信号时需要低频传感器，我们可以选用灵敏度为500 mV/g的传感器；
而在吵杂的环境中/比较大的振动信号我们可以使用灵敏度低的传感器，比如：10 mV/g。
---三轴传感器
通常一个标准的传感器只能测量一个方向的振动，这就需要不断更换位置来测试水平、垂直和轴向的振动。
而三轴传感器集成了三个加速度传感器，数采器一次可以采集到三个方向的数据，当然三轴传感器需要特殊的安装。
优点：
1）非常宽的频率范围0.1Hz - 30kHz，更高频需要特殊的传感器；
2）能够耐高温达125°C，更高的需要特殊的传感器；
3）可靠性高；
4）可以输出速度和位移信号（通过内部积分）；
5）校准的周期长；
缺点：
1）在接近0HZ时失去响应（低频传感器可以）；
2）内部的放大器有温度限制；
应用：
1）在数采系统中应用非常广泛；
2）广泛应用于在线监控系统中。
我们都知道加速度信号可以通过二次积分成位移信号，此积分获得的位移信号与位移传感器测量出来的位移信号是什么关系呢？
如果我们将两种传感器都安装在设备轴承上，那么他们测量的是同一个东西吗？很多同学容易将两者混淆。
这两种传感器测量的是完全不同的对象，位移传感器测量的是轴与轴瓦的相对振动，而加速度传感器测量的是轴承的绝对振动，然后将其积分为位移信号；
有些情况下轴与轴承间相对运动很小，而整个轴承振动很大，位移传感器是测量不出来的，但加速度传感器是可以的。
因此许多专业的诊断专家在监测大型/关键设备时除了监控位移信号外，还会在机组表面外置一些加速度传感器，这样既可以监测轴相对于轴承的振动，也可见监测轴承相对于地面的振动。
好了，各位同学，以上就是振动传感器基础知识的第一讲，下期将继续介绍第二讲内容！
