电信号测量方式振动传感器的简要分析
2010-05-10 00:00
一、引言
振动传感器广泛应用在航空、航天、武器装备、工业风机、煤炭机械、石油机械、化工机械、水泥装备、冶炼机械、车辆设备制造、物流运输、消防、安防等领域，几十年来，振动传感器作为世界各国的尖端技术，在大规模集成电路快速发展的支持下，获得了长足发展和进步；在现代大规模工业化生产中，对传感器的精度、稳定性也提出了更高要求。
汤姆斯公司在国内、外的研发工程师和工程技术人员的共同努力下，借鉴国内外同行业技术经验，在电信号测量方法振动传感器的研发、制造、工程方面积累了一定经验，愿与同行共同分享和交流，以期抛砖引玉，得到该领域专家、学者的指教。
二、振动传感器类别
1、按其测量方式分类：
1、按其测量方式分类：
机械测量方式：将工程振动的参量转换成机械信号，经过机械机构的放大调整后，再进行测量、记录；这种测量方式精度差；在现场测试时只能做简要估算； 光学测量方式：将工程振动的参量转换为光学信号，经过光学机构的放大后显示和记录，这种测量方式精度较高，对工作现场的温度、湿度、光照有一定要求； 电信号测量方式：将工程振动的压力变化、磁场变化，转换成电信号，电信号经电路处理后，通过微控制器做显示、记录、分析，随着高速高精度芯片的大量涌现，电信号测量方式而获得快速发展，这种测量方式精度高，对温度、湿度、光照等环境的依赖度较低；这也是目前工业生产、生活中应用得最广泛的测量方法。
2、按其功能分类：
由于传感器内部机电变换原理的不同，机械量的变化可转变为电阻值、电感量、电容量等可测量的线性电信号的变化；针对输出的电信号各不相同，必须配备专用的测量接口电路，这样才能方便显示，方便分析仪器对数据的记录与分析。按功能有以下几种分类方法：
按机械接收方式的不同分：相对式、惯性式等； 按机、电变换方式的不同分：电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式等； 按测量机械量的不同分：拉力传感器、压力传感器、扭力传感器、应变传感器、扭振传感器、扭矩传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器等。
我们针对电信号测量方式振动传感器来讨论。
三、电信号测量方式振动传感器原理
使用霍尼威尔的磁场传感器HMC1002测量磁场强度并转换为电信号，它具有精度高，稳定性好，工作温度范围宽等特点；选用这种器件可充分保证在恶劣环境下传感器的正常稳定工作；它具有两路输出，A路作为数据采集，B路采集的数据作为A路数据的校对；提高了采集数据的整体精度；也可以作为双轴采集使用，对设备在不同维度上的振动都可以监测。
使用AD公司的单电源，高精度运放对采集信号进行放大，再通过信号调整电路，将信号引入模数转换电路，我们选用TI公司的TLC2543做信号的转换，该器件是采用CMOS技术生产的12位转换器，自带时钟信号，具有三重自检功能，允许11路模拟信号输入，即可以作为同路信号的互相检验，也能方便扩展通道数量，为多维度检测提供预留接口。
使用PIC单片机接收模数转换后的信号，实现记录、分析、显示、转发等功能，该单片机具有抗干扰能力强，工作电压范围宽，程序编写简洁等特点。
以下给出部分已经调试通过的AD转换代码，供参阅：
void InitAD() //------初始化AD芯片----//
{
unsigned char i;
ADclk = 0;
ADcs = 0;
Delay10us();
for(i=0;i<ADbit;i++)
{
ADclk = 1;
ADclk = 0;
}
ADcs = 1;
dly10us(10);
}
void adconversion() //interrupt 0//----转换-----//
{
unsigned char j;
unsigned int adata;
if(adconend) return;
if(adstart == 0)
{
ADsum = 0;
InitAD();
adtime = ADnumber;
adstart = 1;
}
adtime--;
adata = 0;
ADcs = 0;
for (j=0;j<ADbit;j++)
{
ADclk = 0;
adata *= 2;
ADclk = 1;
adata = adata | ADdatain;
}
ADcs = 1;
ADsum += adata;
if(adtime == 0)
{
ADdata = ADsum / ADnumber;
adstart = 0;
adconend = 1;
}
}
四、电信号测量方式振动传感器的指标
我们的技术参数如下：
灵 敏 度：20mv/mm/s±5% ； 30mv/mm/s±5% ； 50mv/mm/s±5% ； 频率响应：5～1000Hz ； 自振频率：10Hz ； 测量范围：1、0～10mm/s 0～20mm/s 0～50mm/s ；2、0～100um 0～200um 0～500um ； 输出信号：标准电流4～20mA ； 输出阻抗：≤500Ω ； 电源：DC24V ；
最大加速度：10g ；
安装方式：垂直或水平安装于被测振动源上 ；
使用环境：温 度 -40℃～60℃ 、相对湿度≤90% 。
灵敏度、频率响应、自振频率、测量范围等参数满足大部分通用设备的需要；输出信号、输出阻抗是标准信号，这种输出接口可与PLC、DCS等系统直接连接使用；大部分工业现场能满足电源DC24V供电需求；高强度的密闭金属外壳对内部精密电子电路提供屏蔽和保护，避免电磁信号的干扰和水、雾及其他腐蚀性液体或气体对内部的侵害。
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