振动测量多方案系统

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1、振动传感器的应用方案通过对振动测量的了解，下面由压电式加速度传感器组成测量系统进行测量，至于被测振动量的位移跟速度等参量可以通过积分、微分等进行转化。加速度测量系统主要功能为方便地的测量各点的加速度。它由独立的电源进行供电，方便准确，测量多方向的加速度是其主要特点之一，系统结构框如下图所示：该系统主要由5部分组成：数据接收单元、加速度测量探头（较为精确感受加速度的变化，输出模拟信号）、信号放大处理（将所需的模拟信号调整至一个适合的范围）、A／D模块（将模拟信号转换为数字信号部分）、数据处理单元（进行数据接收后的解码工作并按照规则发

2、送加速度测量信息）。方案一（压电式加速度传感器+电荷放大器+振动分析仪器）压电加速度传感器具有高输出阻抗特性，因此，同它相联的前置放大器输入阻抗的大小将对测量系统的性能产生重大影响。前置放大器的作用是：1）将压电加速度传感器的高输出阻抗转换为低输出阻抗，以便同后续仪器相匹配。1）放大加速度传感器输出的微弱信号，使电荷信号转换成电压信号。2）实现输出电压归一化，在相同的加速度值时，与不同灵敏度的加速度传感器相配合，实现相同的输出电压。目前前置放大器有两种基本设计型式。一种是前置放大器的输出电压正比于输入电压，称为电压放大器。此时，需

3、要知道的是传感器的电压灵敏度SV。另一种是前置放大器的输出电压正比于加速度传感器的输出电荷，称为电荷放大器，此时需要知道的是传感器的电荷灵敏度Sq。它们之间的主要差别是，电压放大器的输出电压大小同它的输入连接电缆分布电容有密切关系，而电荷放大器的输出电压基本上不随输入连接电缆的分布电容而变化。因此，电荷放大器测量系统适用于那些改变输入连接电缆长度的场所，特别适用于远距离测量，鉴于它们的特点这里选择电荷放大器。电荷放大器是一种输出电压与输入电荷量成正比的前置放大器。由电荷放大器、传感器和电缆组成的等效电路如图下图，图中CF为反馈电容

4、，K为运算放大器的放大倍数，qa为压电传感器产生的总电荷，Ca、Ra为传感器的电容量和绝缘电阻，Cc为传输电缆电容量，Ci、Ri为放大器的输入电容和输入电阻为讨论方便，暂不考虑Ra和Ri的影响，试看电荷放大器的输出电压与传感器发出的电荷之间的关系。电荷放大器输入端的电荷为加速度传感器发出的电荷qa与“反馈电荷”qF之差，而qF等于反馈电容CF与电容两端电位差（ui－u1）的乘积，即qF=CF（ui－u1）而电荷放大器的输入电压就是电荷差（qa－qF）在电容C=Ca+Cc+Ci两端形成的电位差。即由于放大器采用深度电压负反馈电路，即

5、u1=－Kui由以上可得所以因为电荷放大器是高增益放大器，即K>>1，因此，一般情况下（1+K）CF>>C，则有又电荷灵敏度为由此可见，电荷放大器的输出电压与加速度传感器产生的电荷成正比，与反馈电容CF成反比而且受电缆电容的影响很小，这是电荷放大器的一个主要优点。因此在长导线测量和经常要改变输入电缆长度时，采用电荷放大器是很有利的。在实际电荷放大器线路中，为使运算放大器工作稳定，一般需要在反馈电容上跨接一个电阻如下图：同时，它将对低频起抑制作用，因此实际上它起到了高通滤波器作用，有意选择不同的RF值，可得到一组具有不同低截止频率的

6、高通。电荷放大器的电路框图如下所示：电荷放大器的几个主要功能如下：（1）电路的输入级上设置了一组负反馈电容CF，改变CF值，我们可以获得不同的增益，即可得到对应于单位加速度不同的输出电压值。（2）电路上设置有低通及高通滤波环节，这些环节在测量时可以抑制所需频带以外的高频噪声信号及低频晃动信号。高通是由并联反馈电阻RF来实现；低通则由另一个低通电路来实现。（3）多数电荷放大器设置有一次积分和二次积分电路。这样，由加速度传感器输出到电荷放大器的电荷量可经一次积分转换为与速度成正比的电压信号，或经二次积分转换为与位移成正比的电压信号。（

7、4）电路上最有特点的是适调放大环节，它的作用是实现“归一化”功能。适调放大环节就是一个能按传感器的电荷灵敏度调节其放大倍数的环节。它可以不论压电式加速度传感器的电荷灵敏度为多少，各通道都能输出具有统一灵敏度的电压信号，这也就是“归一化”的含义。电荷放大器的优点很多，除上述优点外，电荷放大器的工作频率范围很大，低频能达到0.1Hz，而高频可达100kHz甚至更高。由以上分析可以通过压电式加速度传感器跟电荷放大器组成测量系统而测得振动的加速度、速度、位移等。其中涉及的计算做如下分析：电荷式加速度计灵敏度单位是pc/ms^2或pc/g。

8、电荷放大器的目的是将电荷量转化为电压量，单位是mV/pc目前有两种电荷放大器，一种是在线电荷放大器，直接给出电荷-电压的转化比另一种是多通道电荷放大器，一般有X1，X10，X100三档，实际上就是转化比为1mV/pc，10mV/pc，100mV/p