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第四讲 磁电式、复合式等传感器系统原理及应用 第一节 速度(磁电式)传感器系统 速度传感器属于接触式传感器，用来测量轴承座、机壳或者基础的振动。 一、工作原理 速度传感器是利用电磁感应原理，将运动速度转换成线圈中的感应电势输出。速度传感器的力学模型可以用一个由集中质量、集中弹簧和集中阻尼组成的二阶系统来表示。 质量块1通过弹簧2和阻尼器3装在传感器的基座上。测振时传感器的基座随外界被测振动物体而振动，此时质量块m 就与基座产生相对运动。 设 为振动物体的绝对位移， 为质量块的绝对位移。则质量块与振动物体之间的相对位移为 根据运动学原理得到 即 式中m、c与k分别表示振动系统的质量、阻尼系数和弹簧刚度，等式的左边表示惯性力，右边分别表示阻尼力和弹簧恢复力。上述微分方程表示了集中质量的加速度、速度与位移之间的关系。 当振动物体的频率比传感器的固有频率高得多时，质量（也称地震质量）与振动物体之间的相对位移就接近等于振动物体的绝对位移。在这种情况下，传感器的质量块可以看作是静止的，即相当于一个静止的基准，速度传感器就是基于上述原理测量振动的。这种传感器有时也称为惯性式传感器或地震传感器。 速度传感器按其支承系统工作原理可分为绝对式和相对式两种。 绝对式速度传感器的结构如图所示。 图 2 绝对式速度传感器的结构 1—簧片 2—永久磁钢 3—阻尼杯 4—导磁体 5 —连接杆 6—外壳 7—动线圈 8—引出线接头 绝对式速度传感器的结构如图所示。传感器的磁钢2与壳体6固定在一起。芯轴5穿过磁钢的中心孔，并由左右两片柔软的圆形弹簧片1支承在壳体上。芯轴的一端固定着一个线圈7；另一端固定一个圆筒形铜杯（阻尼杯3）。这种结构形式的传感器，其惯性元件（质量）是线圈组件、阻尼杯和芯轴。当振动频率远远高于传感器的固有频率时，线圈接近静止不动，而磁钢则跟随振动体一起振动。因此，线圈与磁钢之间就有相对运动，其相对运动的速度等于物体的振动速度。线圈以相对速度切割磁力线，传感器就有正比于振动速度的电势信号输出，所以这类传感器称为速度式传感器。又因为其振动的相对速度是相对于空间某一静止点而言，故又称为绝对式速度传感器，或称地震式速度传感器。 相对式速度传感器工作原理和绝对式速度传感器基本相同，不同的是动线圈采用较硬的簧片和外壳固定，与动线圈直接相连的拾振杆伸处传感器外壳，测量振动时将拾振杆直接压在物体上，传感器外壳固定在支架上，测量的振动是表示支架相对于物体的振动，所以称它为相对式速度传感器。由于拾振杆与振动物体间存在摩擦，因此这种传感器目前很少采用。 二、速度传感器的安装 速度传感器一般是用来测量轴承振动的，在少数情况下也用来测量转轴振动。 测量轴承振动时，速度传感器安装比较简单，目前在现场采用的有手扶、橡皮泥粘接、永磁吸盘固定、螺栓固定等四种方式。在临时性振动测试中，绝大多数采用手扶传感器，这种方式测试灵活、使用方便，特别是当传感器数目不足和各个传感器互换性不好时，它有突出的优点；但是测试误差较大，而且劳动强度也大。 用橡皮泥粘接传感器比较方便，测量正确性较手扶高得多，但是橡皮泥黏性不大，它不能将传感器粘接到垂直平面上，只能固定在水平面上，例如测量轴承座顶部垂直、水平、轴向振动。在粘接牢靠时，50Hz时，最大能测量300um振动。 橡皮泥粘接传感器的主要缺点是其粘接力受温度影响较大，温度较高和较低都使粘接力显著降低，因此它不适用于温度较高的汽机高中压转子和带盘车齿轮的轴承；冬季冷态启动时，轴承温度过低也不宜采用。 永磁吸盘固定传感器较橡皮泥更方便，而且目前国内也能制造出尺寸为或50mm×50mm的永磁吸盘，其吸力能达196N，用这样的吸盘固定500g以下的传感器，吸附在水平面上，最大可测量1000um振动。但是一般机组轴承座都涂有泥子和油漆，使吸盘的吸力降低，因此当吸附在垂直平面上、振幅较大时，仍需手扶，以免脱落，摔坏传感器。 用螺栓直接将传感器固定在轴承上，不仅可以牢靠地测量轴承座顶部三个方向振动，而且可以测量垂直平面上两个方向振动。这种安装方法是四种安装方法中最牢靠地一种，所以在固定式传感器安装中均采用这种方法，临时性测试中显得有些麻烦。 为了获得正确的测量结果，速度传感器的安装应注意下列几点。 1.工作温度 一般速度传感器工作温度均在以下，温度过高会使传感器绝缘损