实验二压电式传感器测量振动
一、实验目的
（1）了解压电式传感器原理和测量振动的方法。
（2）了解虚拟仪器的组成和使用。
二、基本原理
压电式传感器是一种典型的发电型传感器，其传感元件是压电材料，它以压电材料的压电效应为转换机理实现力到电量的转换。压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振动进行测量，在声学、医学、力学、导航方面都得到广泛应用。
压电加速度传感器测量振动的实验原理如图1所示。其中，电荷放大器原理如图2所示。
图1 压电加速度传感器测量振动原理图
图2 电荷放大器原理图
三、需用器件与单元
主机箱±15V直流稳压电源、低频振荡器；压电传感器、压电传感器实验模板、移相/相敏检波器/滤波器模拟板；振动源、双踪示波器。
四、实验步骤
1、按图3所示将压电传感器安装在振动台面上(与振动台面中心的磁钢吸合)，振动源的低频输入接主机箱中的低频振荡器，其它连线按图示意接线。
图3 压电传感器测量振动安装、接线示意图
2、将主机箱上的低频振荡器幅值旋钮逆时针转到底（低频输出幅值为零），调节低频振荡器的频率在6～8Hz左右。检查接线无误后合上主机箱电源开关。再调节低频振荡器的幅值使振动台明显振动（如振动不明显可调频率）。注意：振动源振动幅度合适即可，不可让其振幅过大，以免损坏设备。
3、用示波器的两个通道（正确选择双踪示波器的“触发”方式，TIME/DIV在50mS～20mS范围内选择，VOLTS/DIV在0.5～50mV范围内选择）同时观察低通滤波器输入端和输出端波形，在振动台正常振动时用手指敲击振动台同时观察输出波形变化。
4、改变低频振荡器的频率（调节主机箱低频振荡器的频率），观察输出波形变化。记录几组波形曲线。
5、将低通滤波器输入端和输出端的信号分别接到数据采集卡的A、B两个端口。运行虚拟仪器软件。用虚拟示波器替代示波器，改变低频振荡器的频率（调节主机箱低频振荡器的频率），观察输出波形的变化。（虚拟仪器软件的使用，课堂上详细讲解。）
6.改变低频振荡器的频率（调节主机箱低频振荡器的频率），利用实验软件，记录几组波形曲线。（该软件的使用，课堂上详细讲解。）
五、思考题
（1）低频振荡器的作用是什么？（2）实验中压电传感器的测量电路采样电压放大器还是电荷放大器？（3）分析所记录波形曲线。（例如：波形的频率或幅值发生什么变化，这样的变化可能是什么原因造成的？或者从中可得出什么推论或结论，等等。）
第6章 压电式传感器 1、为什么压电式传感器不能用于静态测量，只能用于动态测量中？而且是频率越高越好？ 2、什么是压电效应？试比较石英晶体和压电陶瓷的压电效应 3、设计压电式传感器检测电路的基本考虑点是什么，为什么? 4、有一压电晶体，其面积为20mm 2，厚度为10mm ，当受到压力P=10MPa 作用时，求产生的电荷量及输出电压： (1)零度X 切的纵向石英晶体； (2)利用纵向效应的BaTiO 3。 解：由题意知，压电晶体受力为 F=PS=10×106×20×10-6=200(N) （1）0°X 切割石英晶体，εr =4.5，d 11=2.31×10-12C/N 等效电容 36120101010205.41085.8---?????==d S C r a εε =7.97×10-14 (F) 受力F 产生电荷 Q=d 11F=2.31×10-12×200=462×10-2(C)=462pC 输出电压 ()V C Q U a a 3141210796.51097.710462?=??==-- （2）利用纵向效应的BaTiO 3，εr =1900，d 33=191×10-12C/N 等效电容 361201010102019001085.8---?????==d S C r a εε =33.6×10-12(F)=33.6(pF) 受力F 产生电荷 Q=d 33F=191×10-12×200=38200×10-12 (C)=3.82×10-8C 输出电压 ()V C Q U a a 312810137.1106.331082.3?=??==-- 5、某压电晶体的电容为1000pF ，k q =2.5C/cm ，电缆电容C C =3000pF ，示波器的输入阻
传感器安装方式对振动测试的影响 一、传感器的安装有方向性,传感器的外形一般是以圆柱体为主,它的轴线要与振动方向一致,否则传感器测量到的就是振动的横向分量了,采集到的数据不准确。 二、对于固定点和测量点GB/T2423-10-1995 中规定如下: 3.1 固定点fixing point 样品与夹具或与振动台点接触的部分,在使用中通常是固定样品的地方。如果实际安装结构的一部分作夹具使用,则应取安装结构和振动台点接触的部分作固定点,而不应取样品和振动台点接触的部分作固定点。 3.2 测量点measuring point 试验中采集数据的某些特定点具有两种形式,下面给出其定义。 注:为了评价样品的性能,可以在样品中的许多点上进行测量,但在本标准中,这种情况不作为测量点看待,对这方面的更详细的叙述见附录A2.1。 3.2.1 检测点check point 位于夹具、振动台或祥品上的点,并且要尽可能接近于一固定点,而且在任何情况下,都要和固定点刚性连接。 试验的要求是通过若干检测点的数据来保证的。 如果存在四个或四个以下的固定点,则每一个都用作检测点。如果存在四个以上的固定点,则有关规范中应规定四个具有代表性的固定点作检测点用。 在特殊情况下,例如对大型或复杂样品,如果要求检测点在其他地方(不紧靠固定点,则在有关规范中规定。
当大量的小样品安装在一个夹具中时,或当一个小样品具有许多固定点时,为了导出控制信号,可选用 单个检测点(即基准点,但该点应选自样品和夹具的固定点而不应选自夹具和振动台的固定点。这仅当夹具装上样品等负载后的最低共振频率充分高过试验频率的上限时才是可行的。 3.2.2 基准点reference point 是从检测点中选定的点,为了满足本标准的要求,该点上的信号是用来作控制试验之用的。 测量点加速度传感器的安装:与控制加速度计的安装类似,但测量点必须选在试件刚性较大的地方,否则测出的振动可能是局部振动并不反映测试点的总体振动情况。 三、对下图测量曲线的分析 从下图可以看到蓝色曲线是CH1控制点曲线,浅绿曲线是CH2测量点曲线。红、黄是退出和警告曲线。另两个是目标和共振曲线。 试验条件是10-100Hz,加速度是10M/S^2;此曲线是试验结束后保存的数据。 从图中可看出目标曲线、共振曲线、与控制点的曲线基本是重叠的,说明了振动试验正常,产品在振动时无大的偏差。 我们再看测量点CH2的曲线波形是断续的,不是连续的,在某些频率范围内测量值很小甚至没有信号输出了。从40Hz开始,测量逐步在增大,在60和约71-72Hz两个点出现尖峰值了。很明显测量点的输出信号是不正常,测量曲线的波形是断续的,说明测量信号时有时没有。这个原因有两种情况,一是传感器及连接线之间有虚断存在或传感器坏了。二是可能传感器安装不对了;三可能是有干扰信号。 光从一个图片,我们是很难找出问题存在的原因。
涡流传感器输出与振动位移成正比。传感器与被测物体不接触，可以测量转动部件的振动，并可进一步用于测量旋转机械振动分析中的两个关键参数：转速和相位。振动测量的频率范围较宽，能同时作静态和动态测量，适用于绝大多数旋转机械。传感器输出结果与被测物体材料有关，材料本身会影响传感器线性范围和灵敏度，必须重新标定。为了获得可靠的数据，对传感器的安装要求较严。 速度传感器输出与振动速度成正比，信号可以直接提供给分析系统。传感器安装简单，临时测量可以采用手扶方式或通过磁座与被测物体固定，长期监测可以通过螺钉与被测物体固定。速度传感器体积、质量偏大，低频特性较差，测量10Hz以下振动时，幅值和相位有误差，需要补偿。测量发电机和励磁机振动时，速度传感器可能会受到电磁干扰的影响。此时，速度传感器的输出信号会变得很不稳定，忽大忽小，没有规律。 加速度传感器输出与振动加速度成正比。体积小、质量轻是加速度传感器的突出特点，特别适用于细小和质量较轻部件的振动测试。加速度传感器结构紧凑，不易损坏。涡流、速度和加速度传感器在旋转机械振动测试中都得到了广泛应用。通常是用涡流传感器测量转轴振动，用速度或加速度传感器测量轴承座振动。另外，由位移、速度和加速度之间的关系可知，为了突出反映故障信号中高频分量或脉冲量的变化，可以选用加速度传感器，而为了突出反映故障信号中低频分且的变化，可以选用涡流传感器。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/bb14768307.html,/
实验二十一 被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验 一、实验目的： 了解电涡流传感器在实际应用中其位移特性与被测体的形状和尺寸有关。 二、基本原理： 电涡流传感器在实际应用中，由于被测体的形状，大小不同会导致被测体上涡流效应的不充分，会减弱甚至不产生涡流效应，因此影响电涡流传感器的静态特性，所以在实际测量中，往往必须针对具体的被测体进行静态特性标定。 三、需用器件与单元： 直流源、电涡流传感器、测微头、电涡流传感器实验模板、不同面积的铝被测体、数显单元。 四、实验步骤： 1．按图2-1安装电涡流传感器。 图2-1传感器安装示意图 2．在测微头端部装上铝质金属（小圆盘与小圆柱体），作为电涡
流传感器的被测体。调节测微头，使铁质金属圆盘的平面贴到电涡流传感器的探测端，固定测微头。 图2-2 电涡流传感器接线示意图 3．传感器连接按图2-2，实验模块输出端Uo与直流电压表输入端U i相接。直流电压表量程切换开关选择电压20V档，模块电源用2号导线从实验台上接入+15V电源。 4．合上实验台上电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.1mm 读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表2-1。
（1）由上图可得系统灵敏度：S=ΔV/ΔW=3.1977V/mm （2）由上图可得非线性误差： 当x=1mm时: Y=3.1977×1+2.4036=5.6013V Δm=Y-5.70=-0.0987V yFS=10.69V δf=Δm/yFS×100%=0.923% 当x=3mm时: Y=3.1977×3+2.4036=12.00V Δm=Y-11.2=0.8V yFS=10.69V δf=Δm/yFS×100%=7.48% 表2-3 铝质被测体（圆柱体）
压 电 式 加 速 度 测 试 系 统 姓名：张书峰 学号：201003140125 学院：机电学院 班级：机自101 指导教师：王玮
一设计概论 压电传感器是一种可逆性传感器，既可以将机械能转换为电能，又可以将机械能转换为电能。它是利用某些物质（如石英、钛酸钡或压电陶瓷、高分子材料等）的压电效应来工作的。在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测量的目的。因此是一种典型的自发电式传感器。压电传感器是力敏感元件，它可以测量最终能变换为力的那些非电物理量，例如，动态力、动态压力、振动加速度等 现有测试系统的各个组成部分常常以信息流的过程来划分。一般可以分为：信息的获得，信息的转换，信息的显示、信息的处理。作为一个完整的非电量电测系统，也包括了信息的获得、转换、显示和处理等几个部分。因为它首先要获得被测量的信息，把它变换成电量，然后通过信息的转换，把获得的信息变换、放大，再用指示仪或记录仪将信息显示出来，有的还需要把信息加以处理。因此非电量电测系统，具体来说，一般包括传感器(信息的获得)、测量电路(信息的转换)、放大器、指示器、记录仪(信息的显示)等几部分有时还有数据处理仪器(信息的处理)。它们间的 关系可 用右框 图来表 示。 其中传感器是一个把被测的非电物理变换成电量的装置，因此是一种获得信息的手段，它在非电量电测系统中占有重要的位 置。它获得信息 的正确与否，直 接影响到整个 测量系统的测 量效果。测量电 路的作用是把 传感器的输出
变量变成易于处理的电压或电流信号，使信号能在指示仪上显示或在记录仪中记录。测量电路的种类由传感器的类型而定。压电加速度传感器常用的测量电路是电荷放大器。常用的压电加速度传感器的动态测量系统如图1.2 二整体设计方案 1、测量的示意图 2、设计的原理 压电式加速度传感器属于惯性式传感器，工作原理是以某些物质的压电效应为基础，在加速度计受振时，加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比，可以把被测的非电物理量加速度转化为电量。由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷，而且传感器本身有很大内阻，故输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。为此，通常器信号选用电荷放大器作为电信号的测量电路。 3、方框图
实验二十一压电式传感器测振动实验 一、实验目的：了解压电传感器的原理和测量振动的方法。 二、基本原理：压电式传感器是一和典型的发电型传感器，其传感元件是压电材料，它以压电材料的压电效应为转换机理实现力到电量的转换。压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振动进行测量，在声学、医学、力学、导航方面都得到广泛的应用。 1、压电效应： 具有压电效应的材料称为压电材料，常见的压电材料有两类压电单晶体，如石英、酒石酸钾钠等；人工多晶体压电陶瓷，如钛酸钡、锆钛酸铅等。 压电材料受到外力作用时，在发生变形的同时内部产生极化现象，它表面会产生符号相反的电荷。当外力去掉时，又重新回复到原不带电状态，当作用力的方向改变后电荷的极性也随之改变，如图21—1 (a) 、(b) 、(c)所示。这种现象称为压电效应。 (a) (b) (c) 图21—1 压电效应 2、压电晶片及其等效电路 多晶体压电陶瓷的灵敏度比压电单晶体要高很多，压电传感器的压电元件是在两个工作面上蒸镀有金属膜的压电晶片，金属膜构成两个电极，如图21—2(a)所示。当压电晶片受到力的作用时，便有电荷聚集在两极上，一面为正电荷，一面为等量的负电荷。这种情况和电容器十分相似，所不同的是晶片表面上的电荷会随着时间的推移逐渐漏掉，因为压电晶片材料的绝缘电阻(也称漏电阻)虽然很大，但毕竟不是无穷大，从信号变换角度来看，压电元件相当于一个电荷发生器。从结构上看，它又是一个电容器。因此通常将压电元件等效为一个电荷源与电容相并联的电路如21—2(b)所示。其中e a=Q/C a。式中，e a为压电晶片受力后所呈现的电压，也称为极板上的开路电压；Q为压电晶片表面上的电荷；C a为压电晶片的电容。 实际的压电传感器中，往往用两片或两片以上的压电晶片进行并联或串联。压电晶片并联时如图21—2(c)所示，两晶片正极集中在中间极板上，负电极在两侧的电极上，因而电容
实验压电式传感器实验 实验项目编码： 实验项目时数：2 实验项目类型：综合性（）设计性（）验证性（√） 一、实验目的 本实验的主要目的是了压电式传感器的结构特点；熟悉压电传感器的工作原理；掌握压电传感器进行振动和加速度测量的方法。 二、实验内容及基本原理 （一）实验内容 1．压电传感器进行振动和加速度测量的方法 （二）实验原理 压电式传感器是一和典型的发电型传感器，其传感元件是压电材料，它以压电材料的压电效应为转换机理实现力到电量的转换。压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振动进行测量，在声学、医学、力学、导航方面都得到广泛的应用。 1．压电效应： 具有压电效应的材料称为压电材料，常见的压电材料有两类压电单晶体，如石英、酒石酸钾钠等；人工多晶体压电陶瓷，如钛酸钡、锆钛酸铅等。 压电材料受到外力作用时，在发生变形的同时内部产生极化现象，它表面会产生符号相反的电荷。当外力去掉时，又重新回复到原不带电状态，当作用力的方向改变后电荷的极性也随之改变，如图1 (a) 、(b) 、(c)所示。这种现象称为压电效应。 (a) (b) (c) 图1 压电效应 2．压电晶片及其等效电路 多晶体压电陶瓷的灵敏度比压电单晶体要高很多，压电传感器的压电元件是在两个工作面上蒸镀有金属膜的压电晶片，金属膜构成两个电极，如图2(a)所示。当压电晶片受到力的作用时，便有电荷聚集在两极上，一面为正电荷，一面为等量的负电荷。这种情况和电容器十分相似，所不同的是晶片表面上的电荷会随着时间的推移逐渐漏掉，因为压电晶片材料的绝缘电阻(也称漏电阻)虽然很大，但毕竟不是无穷大，从信号变换角度来看，压电元件相当于一个电荷发生器。从结构上看，它又是一个电容器。因此通常将压电元件等效为一个电荷源与电容相并联的电路如2(b)所示。其中ea=Q/Ca 。式中，ea为压电晶片受力后所呈现的
振动一般可以用以下三个单位表示：mm、mm/s、mm/(s^2)。 振幅、振动速度（振速）、振动加速度。 振幅是表象，速度和加速度是转子激振力的程度。 mm振动位移：一般用于低转速机械的振动评定； mm/s振动速度：一般用于中速转动机械的振动评定； mm/（s^2）振动加速度：一般用于高速转动机械的振动评定。 工程实用的振动速度是速度的有效值，表征的是振动的能量；加速度是用的峰值，表征振动中冲击力的大小。 振幅理解成路程，单位是mm；把振速理解成速度，单位是mm/s；振动加速度理解成运动加速度，单位mm/s2。速度描述的是运动快慢；振速就是振动快慢，一秒内能产生的振幅。振幅相同的设备，它的振动状态可能不同，所以引入了振速。 位移、速度、加速度都是振动测量的度量参数。就概念而言,位移的测量能够直接反映轴承\固定螺栓和其它固定件上的应力状况。例如:通过分析透平机上滑动轴承的位移,可以知道其轴承内轴杆的位置和摩擦情况。速度反映轴承及其它相关结构所承受的疲劳应力。而这正是导致旋转设备故障的重要原因。加速度则反映设备内部各种力的综合作用。表达上三者均为正弦曲线,分别有90度,180度的相位差。现场应用上,对于低速设备(转速小于1000RPM)来说,位移是最好的测量方法。而那些加速度很小,其位移较大的设备,一般采用折衷的
方法,即采用速度测量,对于高速度或高频设备,有时尽管位移很小,速度也适中,但其加速度却可能很高的设备采用加速度测量是非常重要的手段。另外还需要了解传感器的工作原理及应用选择,提及一点,例如采用涡流传感器测量的位移和应用加速度传感器通过两次积分输出的位移所得到的东西是完全不一样的。涡流传感器测量轴承与轴杆之间的相对运动,加速度传感器测量轴承顶部的振动,然后转换成位移。如整个轴承振动的很厉害,轴与轴承的相对运动很小,涡流传感器就不能反应出这样的状态,而加速度传感器则可以。两种传感器测量两种不同的现象。理解了这些,你就能明白为什么许多有经验的工程师将涡流传感器和加速度传感器组合应用以便既可观察轴承相对于地面的振动,又能监测到轴相对于轴承的振动了。通过这样的方式能得到更完整的机器状态 对一个单一频率的振动，速度峰值是位移峰值的2πf倍，加速度峰值又是速度峰值的2πf倍。当然要注意位移一般用的峰峰值，速度用有效值，加速度用峰值。还要注意现场测量的位移是轴和轴瓦的相对振动，速度和加速度测的是轴瓦的绝对振动。假设一个振动的速度一定，是5mm/s，大家可以自己算下如果是低频振动，其位移会很大，但加速度很小。高频振动位移则极小，加速度很大。所以一般在低频区域都用位移，中频用速度，高频区域用加速度。但使用范围也有重叠。位移值体现的是设备在空间上的振动范围，因此取其峰峰值，电力行业一般以位移为评判标准。速度的有效值和振动的能量是成比例的，其大小代表了振动能量的大小，现在出了电力行业基本上
振动传感器种类、原理及发展趋势 【摘要】振动传感器是一种能感受机械运动振动的参量(振动速度、频率，加速度等)并转换成可用输出信号的传感器。 在高度发展的现代工业中，现代测试技术向数字化、信息化方向发展已成必然发展趋势，而测试系统的最前端是传感器，它是整个测试系统的灵魂，被世界各国列为尖端技术，特别是近几年快速发展的IC技术和计算机技术，为传感器的发展提供了良好与可靠的科学技术基础。使传感器的发展日新月益，且数字化、多功能与智能化是现代传感器发展的重要特征。 【关键词】种类；原理；发展趋势 【Abstract】:Vibration transducer is atransducer that can feel the vibration of a mechanical movement parameters (frequency of the vibration velocity, acceleration, etc.) and converted into usable output signal of the sensor. At the height of the development of modern industry, modern testing technology to digitization, information management has become an inevitable trend of development, and testing system for the front end is the sensor, it is the soul of an entire test system, is listed as a leading-edge technology around the world, particularly in recent years, the rapid development of IC technology and computer technology, the development of a sensor provides a good and reliable scientific and technology base. Place the sensor development, Crescent IK, and multipurpose digital, is a modern and intelligent sensor development, an important feature. 【Keywords】:type , principle , inevitable trend of development 振动传感器的分类
振动测试是机械测量中非常重要的一项测试。而测振仪器中测振传感器又是最为重要的感受振动传输振动的重要仪器。测振传感器也叫做加速度传感器，一般情况下，测振仪器由加速度传感器，信号放大器、显示记录装置及分析设备等几部分组成。 在测振仪器中，传感器十分关键。通过它将待分析的物理量（如压力、流量以及振动位移、速度、加速度等）转化为电信号（如电压、电流）。根据振动量测的不同要求，相应发展了多种测振传感器。按被测振动参数，可分为位移式、速度式、加速度式或应变式以及测其他各种动力参数的传感器。按所采用的测量坐标系可分为相对式和绝对式传感器两大类：相对式传感器测定的是被测对象相对某一参考坐标系的振动；绝对式（也称惯性式）则是用来测定被测对象相对于大地的振动。绝对式振动传感器必须与被测振动体接触安装，删相对式传感器可以是接触式，亦可以是非接触式的。 振动测量中常用的传感器一般有电动式速度传感器，压电加速度传感器，涡流式位移传感器，应变片，力传感器等。每一种传感器在测振系统中都非常重要。电动式速度传感器是一种磁电式传感器，通过感应电动势的量测即可确定结构的振动速度。 压电式加速度传感器简称压电加速度计，当它与结构一起振动时，传感器内质量块在加速度作用下将产生惯性力而使晶体片加压，由于晶体片的压电效应而产生电荷，在一定的压力范围内，输出电荷与加速度成正比。所以通过对压电加速度计输出电荷的量测即可确定加速度的大小。这里关于测振系统中的传感器详细知识介绍今后将继续发布，测振系统传感器中传感器可以说是核心技术，没有传感器振动测量是纸上谈兵。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/bb14768307.html,/
压电式传感器测振动实验 一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。 二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验用压电加 速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感 器实验模板。双踪示波器。 四、实验步骤： 1、压电传感器装在振动台面上。 2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。 3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。将压电传感器实验模板电路输出端V o1，接R6。将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。
3、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器 波形。 4、改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。
光纤式传感器测量振动实验 一、实训目的：了解光纤传感器动态位移性能。 二、实训仪器：光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口（含上位机软件）。 三、相关原理：利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应，用合适的测量电路即可测量振动。 四、实训内容与操作步骤 1、光纤位移传感器安装如图所示，光纤探头对准振动平台的反射面，并避开振动平台中间孔。 2、根据“光纤传感器位移特性试验”的结果，找出线性段的中点，通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点（大致目测）。 3、参考“光纤传感器位移特性试验”的实验连线，Vo1与低通滤波器中的Vi相接，低通输出Vo接到示波器。 4、将低频振荡器的幅度输出旋转到零，低频信号输入到振动模块中的低频输入。
现代计量测试1997年第5期 振动测量传感器的发展现状 谷 毅 (中国计量科学研究院,北京 100013) 摘要:本文对现代振动测量传感器的发展、种类、加工工艺、结构原理及传感器的主要性能指标做了简要介绍和分析,同时对它们在现代化工业领域中的应用也做了相应的介绍。 一、引 言 进入九十年代以来,随着半导体加工工艺的日完美,微电子技术的迅速发展,微机化机械加工技术和工艺的不断更新,现代振动与冲击测量传感器正朝着更小、更轻、更价廉物美、更高可靠性和更坚固耐用的方向发展。也正是因为具有了这些优点,才使得振动传感器在更多的领域得以应用。航空、航天等尖端技术的发展促进了振动测量传感器的研制与开发,采用新的微工艺加工的振动传感器无疑是对原有传感器的一次重大变革。而与此同时,传统的压阻、压电式加速度传感器的加工水平也在不断改进提高,这就使得测振传感器的发展和应用有了更广阔的空间。 二、加速度传感器 加速度传感器的应用几乎涉及了所有现代化工业领域,其中包括航空、航天、船舶制造、建筑、交通、能源工业、化工、机械和军工,它是结构模态分析、振动性能试验、振动控制工程所必需的基础元件。 1.微电容式加速度传感器 图1 微电容式加速度传感器结构原理图 图1所示的结构是微电容式加速度传感器中最常用 的一种。这种采用差动电容式原理的设计提高了传感器 的灵敏度和抗干扰能力。将微结构的质量块沉积在牺牲 层的多晶硅膜上,并经化学蚀刻形成。两固定电极是在玻 璃板表面上测射沉积的一层金属。此外,质量块表面也需 进行金属化处理,这样它与两固定电极之间便形成了具 有公共电极的两个电容。上述所有步骤都是在微米量级 的加工下完成的。当有加速度运动时,两个电容的电容量 发生差动变化,输出一个正比于加速度的电信号,而这一 电信号经一个与之一体的厚膜放大器放大后输出。 传感器的重量仅10克左右,并且具有-55～+125℃的工作温区,测量范围<±500m /s 2,工作频率范围为0～2k Hz,灵敏度则高达1000mV /g 以上。它除了可以很方便地与计算机联机对汽车、火箭、机车等结构进行模态分析和测试外,还可以用在电梯性能方面的测试。生产这类传感器的主
压电式传感器的发展与 应用 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
HEFEI UNIVERSITY 自动检测技术报告 题目压电式传感器的应用与发展 系别 ***级自动化 班级 **班 姓名 ********************** 指导老师 ***** 完成时间 2011-11-28 前言：压电式传感器是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现非电量测量。压电传感元件是力敏感元件，所以它能测量最终能变换为力的那些物理量，例如力、压力、加速度等。压电式传感器具有响应频带宽、灵敏度高、信噪比大、结构简单、工作可靠、重量轻等优点。近年来，由于电子技术的飞速发展，随着与之配套的二次仪表以及低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现，使压电传感器的使用更为方便。因此，在工程力学、生物医学、石油勘探、声波测井、电声学等许多技术领域中获得了广泛的应用。本文重点介绍压电式传感器的工作原理，在航空发动机中的应用及发展趋势。 关键字：传感器压电效应测振 正文：压电式传感器的发展及应用 压电式传感器是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点
是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象，又称电致伸缩效应。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型 5种基本形式（见图）。压电晶体是各向异性的，并非所有晶体都 能在这 5种状态下产生压电效应。例如石英晶体就没 有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度 变形压电效应。 压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传 感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。 压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮
HEFEI UNIVERSITY 自动检测技术报告 题目压电式传感器的应用与发展 系别 ***级自动化 班级 **班 姓名 ********************** 指导老师***** 完成时间 2011-11-28 前言：压电式传感器是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现非电量测量。压电传感元件是力敏感元件，所以它能测量最终能变换为
力的那些物理量，例如力、压力、加速度等。压电式传感器具有响应频带宽、灵敏度高、信噪比大、结构简单、工作可靠、重量轻等优点。近年来，由于电子技术的飞速发展，随着与之配套的二次仪表以及低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现，使压电传感器的使用更为方便。因此，在工程力学、生物医学、石油勘探、声波测井、电声学等许多技术领域中获得了广泛的应用。本文重点介绍压电式传感器的工作原理，在航空发动机中的应用及发展趋势。 关键字：传感器压电效应测振 正文：压电式传感器的发展及应用压电式传感器是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现 象，又称电致伸缩效应。用逆压电效应制造的变送器可 用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度 变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面 切变型5种基本形式（见图）。压电晶体是各向异性的， 并非所有晶体都能在这5种状态下产生压电效应。例如 石英晶体就没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度 变形和长度变形压电效应。 压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。 压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。 压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。
压电式传感器测振动实验报告篇一：压电式传感器实验报告 一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。 二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。 三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。双踪示波器。 四、实验步骤： 1、压电传感器装在振动台面上。 2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。 3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。将压电传感器实验模板电路输出端Vo1，接R6。将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。 3、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。 4、改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。 光纤式传感器测量振动实验
一、实训目的：了解光纤传感器动态位移性能。 二、实训仪器：光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口（含上位机软件）。 三、相关原理：利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应，用合适的测量电路即可测量振动。 四、实训内容与操作步骤 1、光纤位移传感器安装如图所示，光纤探头对准振动平台的反射面，并避开振动平台中间孔。 2、根据“光纤传感器位移特性试验”的结果，找出线性段的中点，通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点（大致目测）。 3、参考“光纤传感器位移特性试验”的实验连线，Vo1与低通滤波器中的Vi相接，低通输出Vo接到示波器。 4、将低频振荡器的幅度输出旋转到零，低频信号输入到振动模块中的低频输入。 5、将频率档选在6~10Hz左右，逐步增大输出幅度，注意不能使振动台面碰到传感器。保持振动幅度不变，改变振动频率，观察示波器波形及锋-峰值。保持频率振动不变，改变振动幅度，观察示波器波形及锋-峰值。 篇二：实验六压电式传感器测振动实验 一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。 二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电陶瓷片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时
压电式传感器测振动实验报告 篇一：压电式传感器实验报告 一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。 二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。 三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。双踪示波器。 四、实验步骤： 1、压电传感器装在振动台面上。 2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。 3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。将压电传感器实验模板电路输出端 Vo1，接R6。将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。 3、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。 4、改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。 光纤式传感器测量振动实验
一、实训目的：了解光纤传感器动态位移性能。 二、实训仪器：光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口（含上位机软件）。 三、相关原理：利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应，用合适的测量电路即可测量振动。 四、实训内容与操作步骤 1、光纤位移传感器安装如图所示，光纤探头对准振动平台的反射面，并避开振动平台中间孔。 2、根据“光纤传感器位移特性试验”的结果，找出线性段的中点，通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点（大致目测）。 3、参考“光纤传感器位移特性试验”的实验连线，Vo1与低通滤波器中的Vi 相接，低通输出Vo接到示波器。 4、将低频振荡器的幅度输出旋转到零，低频信号输入到振动模块中的低频输入。 5、将频率档选在6~10Hz左右，逐步增大输出幅度，注意不能使振动台面碰到传感器。保持振动幅度不变，改变振动频率，观察示波器波形及锋-峰值。保持频率振动不变，改变振动幅度，观察示波器波形及锋-峰值。 篇二：实验六压电式传感器测振动实验 一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。
根据不同的分类标准，有不同的分类，一般来说，有三种分类标准。按机械接收原理分：相对式、惯性式;按机电变换原理分：电动式、压电式、电涡流式、电感式、电容式、电阻式、光电式;按所测机械量分：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、应变传感器、扭振传感器、扭矩传感器。下面简单介绍几种振动传感器。 电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，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的。电涡流传感器具有频率范围宽（0～10 kHZ），线性工作范围大、灵敏度高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。 电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。相对式电动传感器从机械接收原理来说，是一个位移传感器，由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律，其产生的电动势同被测振动速度成正比，所以它实际上是一个速度传感器。 依据传感器的相对式机械接收原理，电感式传感器能把被测的机械振动参数的变化转换成为电参量信号的变化。因此，电感传感器有二种形式，一是可变间隙，二是可变导磁面积。 电容式传感器一般分为两种类型。即可变间隙式和可变公共面积式。可变间隙式可以测量直线振动的位移。可变面积式可以测量扭转振动的角位移。 惯性式电动传感器由固定部分、可动部分以及支承弹簧部分所组成。为了使传感器工作在位移传感器状态，其可动部分的质量应该足够的大，而支承弹簧的刚度应该足够的小，也就是让传感器具有足够低的固有频率。 压电式加速度传感器的机械接收部分是惯性式加速度机械接收原理，机电部分利用的是压电晶体的正压电效应。其原理是某些晶体（如人工极化陶瓷、压电石英晶体等，不同的压电材料具有不同的压电系数，一般都可以在压电材料性能表中查到。）在一定方向的外力作用下或承受变形时，它的晶体面或极化面上将有电荷产生，这种从机械能（力，变形）到电能（电荷，电场）的变换称为正压电效应。而从电能（电场，电压）到机械能（变形，力）的变换称为逆压电效应。 电阻式应变式传感器是将被测的机械振动量转换成传感元件电阻的变化量。实现这种机电转换的传感元件有多种形式，其中最常见的是电阻应变式的传感器。电阻应变片的工作原理为：应变片粘贴在某试件上时，试件受力变形，应变片原长变化，从而应变片阻值变化，实验证明，在试件的弹性变化范围内，应变片电阻的相对变化和其长度的相对变化成正比。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游
实验二压电式传感器测量振动 一、实验目的 （1）了解压电式传感器原理和测量振动的方法。 （2）了解虚拟仪器的组成和使用。 二、基本原理 压电式传感器是一种典型的发电型传感器，其传感元件是压电材料，它以压电材料的压电效应为转换机理实现力到电量的转换。压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振动进行测量，在声学、医学、力学、导航方面都得到广泛应用。 压电加速度传感器测量振动的实验原理如图1所示。其中，电荷放大器原理如图2所示。 图1 压电加速度传感器测量振动原理图 图2 电荷放大器原理图 三、需用器件与单元 主机箱±15V直流稳压电源、低频振荡器；压电传感器、压电传感器实验模板、移相/相敏检波器/滤波器模拟板；振动源、双踪示波器。 四、实验步骤 1、按图3所示将压电传感器安装在振动台面上(与振动台面中心的磁钢吸合)，振动源的低频输入接主机箱中的低频振荡器，其它连线按图示意接线。
图3 压电传感器测量振动安装、接线示意图 2、将主机箱上的低频振荡器幅值旋钮逆时针转到底（低频输出幅值为零），调节低频振荡器的频率在6～8Hz左右。检查接线无误后合上主机箱电源开关。再调节低频振荡器的幅值使振动台明显振动（如振动不明显可调频率）。注意：振动源振动幅度合适即可，不可让其振幅过大，以免损坏设备。 3、用示波器的两个通道（正确选择双踪示波器的“触发”方式，TIME/DIV在50mS～20mS范围内选择，VOLTS/DIV在0.5～50mV范围内选择）同时观察低通滤波器输入端和输出端波形，在振动台正常振动时用手指敲击振动台同时观察输出波形变化。 4、改变低频振荡器的频率（调节主机箱低频振荡器的频率），观察输出波形变化。记录几组波形曲线。 5、将低通滤波器输入端和输出端的信号分别接到数据采集卡的A、B两个端口。运行虚拟仪器软件。用虚拟示波器替代示波器，改变低频振荡器的频率（调节主机箱低频振荡器的频率），观察输出波形的变化。（虚拟仪器软件的使用，课堂上详细讲解。） 6.改变低频振荡器的频率（调节主机箱低频振荡器的频率），利用实验软件，记录几组波形曲线。（该软件的使用，课堂上详细讲解。） 五、思考题 （1）低频振荡器的作用是什么？（2）实验中压电传感器的测量电路采样电压放大器还是电荷放大器？（3）分析所记录波形曲线。（例如：波形的频率或幅值发生什么变化，这样的变化可能是什么原因造成的？或者从中可得出什么推论或结论，等等。）