車梁加工用翻轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì),車梁加,工用,轉(zhuǎn)臺(tái),設(shè)計(jì)
對(duì)振動(dòng)偵查和測(cè)量的一種實(shí)用方法
——物理原則和偵查技術(shù)
作者：John Wilson, 動(dòng)態(tài)顧問(wèn), LLC
這篇論文論述振動(dòng)物理、彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)，阻止、位移、速度和加速度，并且查出和測(cè)量這些物產(chǎn)傳感器的操作原理。
振動(dòng)擺動(dòng)由振動(dòng)或作用在機(jī)構(gòu)的力的變化引起振動(dòng)的擺動(dòng)。振動(dòng)行動(dòng)反向。由于我們將看到，這振蕩可能是在經(jīng)過(guò)若干時(shí)間有價(jià)值的周期連續(xù)不斷的或者可能間斷的。它可能是周期性或非周期性, 那就是說(shuō)，它可能或者可能不呈現(xiàn)一規(guī)則的周期的重復(fù)。動(dòng)擺的本質(zhì)取決于力量的本質(zhì)駕駛它和結(jié)構(gòu)被駕駛。
運(yùn)動(dòng)是一個(gè)矢量，呈現(xiàn)一個(gè)方向和一個(gè)量。振動(dòng)的方向通常被描述依據(jù)一些獨(dú)立的坐標(biāo)系（典型地笛卡爾的或者直角的）其運(yùn)動(dòng)的方向被稱作坐標(biāo)軸。這些坐標(biāo)軸的正交座標(biāo)系的原點(diǎn)是被任意地被定義在一些適當(dāng)?shù)牡奈恢谩?
機(jī)構(gòu)的多數(shù)振動(dòng)的響應(yīng)可以用當(dāng)做單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)模型，并且許多振動(dòng)傳感器使用他們的一個(gè)彈簧質(zhì)量系統(tǒng)當(dāng)做轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)構(gòu)的機(jī)械部分。除外形尺寸之外，一個(gè)彈簧質(zhì)量系統(tǒng)可以用彈簧的剛度K，和質(zhì)量M，或者質(zhì)量的重量W等性能參數(shù)來(lái)阿描述。這些特征不僅決定來(lái)這機(jī)構(gòu)的靜態(tài)特性（靜變位d），而且決定來(lái)它的動(dòng)態(tài)特性。如果g 是重力的加速度:
F = MA
???W = Mg
???K = F/d = W/d
???d = F/K = W/K = Mg/K
一個(gè)彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)
一個(gè)彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)的可以被體系的特性在自由振動(dòng)及有效的振動(dòng)表示。
自由振動(dòng) 自由振動(dòng)被那情況情形哪里那彈簧是偏斜于是釋放以及允許到自由地?fù)u擺。例子包括一個(gè)跳板、一個(gè)跳簧跨接管，以及一個(gè)擺或搖擺偏斜以及留某事給自由地振動(dòng)處理。
兩個(gè)特征特性應(yīng)該注意。 第一、阻尼在那體系表示原因的那振幅的那振蕩到減少將來(lái)。 那包括市區(qū)及郊區(qū)的那阻尼、那更快的那振幅隨時(shí)間減小。（只要彈性極限不是超過(guò)），那頻率或時(shí)期的那振蕩無(wú)關(guān)原始的大小原始的偏轉(zhuǎn)的的。 那自然地發(fā)生頻率的那自由振動(dòng)被呼叫那自然頻率fn:
受迫振動(dòng) 受迫振動(dòng)當(dāng)能量是連續(xù)地被加到那彈簧質(zhì)量系統(tǒng)由申請(qǐng)振動(dòng)的力在一些受迫振動(dòng)頻率時(shí)的情形ff. 兩個(gè)二例子連續(xù)地推一個(gè)孩子上去一個(gè)搖擺和一失衡旋轉(zhuǎn)電機(jī)元件。如果提供充足的能量到克服那阻尼是，那動(dòng)作就會(huì)延續(xù)長(zhǎng)達(dá)那激勵(lì)延續(xù)之久。受迫振動(dòng)可以取自勵(lì)的或外部地激發(fā)振動(dòng)的形式。自激振動(dòng)發(fā)生在激發(fā)力是產(chǎn)生在或上去那懸掛質(zhì)量的時(shí)候；外部地激發(fā)振動(dòng)發(fā)生在激發(fā)力作用于彈簧的時(shí)候。這是那情形、例如：、當(dāng)那基礎(chǔ)對(duì)此那彈簧附屬于是移動(dòng)時(shí)。
傳導(dǎo)能力 當(dāng)基礎(chǔ)正在振動(dòng)，而且力整個(gè)彈簧被傳輸?shù)街兄沟馁|(zhì)量時(shí)候,質(zhì)量的動(dòng)作將會(huì)是來(lái)自基礎(chǔ)的動(dòng)作差積。 我們將會(huì)認(rèn)為基礎(chǔ)的動(dòng)作是輸入，I,, 和質(zhì)量的動(dòng)作響應(yīng), R. 比率半徑/我被定義為傳輸度,Tr:
Tr = R/I
共振 在力頻率好低于體系的固有頻率，RI, 和 Tr1。由于作用力的頻率接近那固有頻率，由于共振，所以傳遞率增加。共振是在機(jī)械系統(tǒng)中的量的存儲(chǔ)。在力頻率接近那固有頻率、能量是存儲(chǔ)和積聚、導(dǎo)致增加響應(yīng)振幅。阻尼也增加由于增加響應(yīng)振幅、然而，并且最后那能量為阻尼所吸收、每一周期、等于能量增加由激振力，并且平衡狀態(tài)到達(dá)。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)fffn.時(shí)最大傳遞率發(fā)生，這個(gè)情況被稱作共振。
隔振
如果激振力頻率超過(guò)fn，R降低。當(dāng)ff = 1.414 fn, R = I 或Tr = 1時(shí)，在比較高的頻率R
0.1英寸，到使他們成為現(xiàn)實(shí)的。
一束對(duì)準(zhǔn)在一個(gè)反射面上光束在強(qiáng)度或者角度的的變化能被使用當(dāng)做一距離指示從震源的角度之上方面。如果該探測(cè)儀器是足夠快的，變化的距離也可以被測(cè)定。最靈敏的、準(zhǔn)確的和精密的測(cè)定距離或位移的光學(xué)裝置是激光干擾儀。利用這個(gè)儀器，一束反射激光束間雜有原來(lái)的入射光束。這由相位差形成的干涉圖樣可以測(cè)量位移下至<100 nm。NIST及其他國(guó)家一次校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)使用激光干涉儀作為振動(dòng)測(cè)試儀的一次校準(zhǔn)在頻率直到 25 kHz。
電磁和電容傳感器。
另一個(gè)重要的無(wú)觸點(diǎn)的通信鏈路分析器系統(tǒng)，專用的位移傳感器是近程開(kāi)關(guān)式傳感器的主要種類。這是典型地檢驗(yàn)地做成機(jī)器用來(lái)測(cè)定軸內(nèi)部軸頸軸承的運(yùn)動(dòng)或者其他的機(jī)器元件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。感知器測(cè)量如一個(gè)函數(shù)的比較距離或接近或電磁的或在探針和目標(biāo)之間偶合的電容 (靜電)。 因?yàn)檫@些裝置仰賴感應(yīng)瓦特計(jì)或電容的效應(yīng),他們需要一個(gè)電傳導(dǎo)性的目標(biāo)。 在大部份的情形下，他們一定被為在探針和目標(biāo)之間的間隙一個(gè)特定的目標(biāo)和特定的物質(zhì)特性校正。
電磁感應(yīng)式接近覺(jué)傳感器經(jīng)常被叫做渦流探針，因?yàn)樽盍餍蓄愋椭晃覀儨u流產(chǎn)生在這目標(biāo)當(dāng)做它的測(cè)量裝置。更準(zhǔn)確地，這類傳感器利用由渦流造成的能量耗散。從探針到目標(biāo)的距離越大，電磁耦合越少，渦流對(duì)量度越低，他們從探針吸收的能量也就越少。其他的電磁探測(cè)器檢測(cè)一電磁場(chǎng)產(chǎn)生的變形由這探針和使用那尺寸對(duì)指出從探針到目標(biāo)的距離。
電容的接近感知器系統(tǒng)測(cè)量電容在探針和目標(biāo)之間而且被校正將電容轉(zhuǎn)換成距離。電容受材料的介電性能的影響由距離造成的間隔里，因此在一般機(jī)床環(huán)境下校準(zhǔn)可以受一潤(rùn)滑劑或者的變化污染潤(rùn)滑劑的作用。
接觸技術(shù) 各式各樣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)傳感器使用直接接觸用兩個(gè)目標(biāo)來(lái)測(cè)量在他們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者距離。這些包括線性可變差動(dòng)變壓器，電纜位置傳感器，并且線性電位計(jì)。這些全部裝置依靠機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置和機(jī)電換能器。
震動(dòng)的位移傳感器 這些裝置，隨后詳細(xì)地論述，是曾經(jīng)流行的但是現(xiàn)在是很少使用。他們傾向于是大的，重的，并且短暫的。
加速度的兩次積分法 藉由逐漸增加的有效而且減退處理的數(shù)傳信號(hào)的成本,較多的應(yīng)用程序正在以更高低不平和更多用途廣泛的加速度儀作為感知器,然后整合加速度的倍向源自位移作信號(hào)。被傾向是噪聲的和錯(cuò)誤的較舊模擬積分法技術(shù),數(shù)傳處理能相當(dāng)提供高性質(zhì),高精確度產(chǎn)生。
振動(dòng)的速度的測(cè)量
傳感器 一些最早的 " 高頻 " 振動(dòng)測(cè)量以電力學(xué)的速度被做感知器。 這些是一個(gè)合并一個(gè)磁石的地震傳動(dòng)器的型態(tài)支援了通一個(gè)軟式彈簧乳濁液系統(tǒng)造形地震的 ( 彈簧質(zhì)量) 系統(tǒng)。 磁石的構(gòu)件在一個(gè)含有一或較多線的多旋轉(zhuǎn)線圈的殼中被中止。 當(dāng)殼在好的在彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的自然頻率上面的頻率被振動(dòng)的時(shí)候,質(zhì)量 (磁石) 與殼振動(dòng)分開(kāi)。因此，磁石本質(zhì)上不動(dòng)，而且殼以它被附上到的結(jié)構(gòu)速度，藉由線圈，移動(dòng)過(guò)去它。 電的產(chǎn)量被產(chǎn)生對(duì)移動(dòng)過(guò)磁場(chǎng)的線圈速度的比例項(xiàng)。 速度轉(zhuǎn)換器從 10 赫茲直至數(shù)百赫茲。 他們通常是大的和重, 和最后磨耗而且生產(chǎn)不穩(wěn)定的產(chǎn)量。
激光測(cè)振計(jì)。激光振動(dòng)計(jì)或激光速度計(jì)是能夠提供高的靈敏度和精確度的相對(duì)新的儀器。 他們使用一個(gè)從一個(gè)振動(dòng)表面被反映的頻率調(diào)整 ( 典型地大約 44 MHz) 的激光束。 被反映的桿被與最初的桿和都普勒移頻相較用來(lái)計(jì)算振動(dòng)表面的速度。 順序和疏遠(yuǎn)距離是具決定性的。 因?yàn)樵谖恢?，順序和距離方面的幾何學(xué)的約束，他們被限制到實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用程序。 激光振動(dòng)計(jì)的一個(gè)版本掃瞄橫過(guò)一個(gè)視覺(jué)的磁場(chǎng)激光束,在每個(gè)點(diǎn)測(cè)度速度。 那然后復(fù)合能被顯示如一個(gè)等高線地圖或一個(gè)彩色的顯示裝置。 振動(dòng)映像能被重疊通一個(gè)電視的圖像為一個(gè)大的表面提供關(guān)于速度變更的最大量的資訊。
加速度的積分法 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)由于位移測(cè)量，廉價(jià)的數(shù)傳信號(hào)處理使以高低不平的，可靠的，和用途廣泛的加速度儀作為感知器而且整合他們的產(chǎn)量源自一個(gè)速度信號(hào)是實(shí)際的。
振動(dòng)加速度的測(cè)量
大多數(shù)的現(xiàn)代振動(dòng)測(cè)量被藉由測(cè)度加速度做。 如果速度或位移數(shù)據(jù)被需要, 加速度數(shù)據(jù)能被整合 (速度) 或雙重的整合 (位移). 一些加速度儀信號(hào)調(diào)節(jié)者為那一個(gè)目的有內(nèi)建的積分器。 加速度儀 (加速度感知器，傳感器或傳動(dòng)器) 是有效的在各式各樣的尺寸，形，性能特性和價(jià)格中。五基本傳感器類型是伺服系統(tǒng)測(cè)力器；晶體測(cè)定類型或者壓電的；或者硅應(yīng)變儀類型；整數(shù)的電子學(xué)壓電；和可變電容。盡管不同的電機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu),全部使用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的一種變化, 而且被歸類為地震的傳動(dòng)器。
振動(dòng)的加速度儀原理 所有的振動(dòng)加速度儀使用一些變化一振動(dòng)的或在一情況被一個(gè)彈簧結(jié)構(gòu)中止的試驗(yàn)過(guò)的質(zhì)量。當(dāng)外殼被加速的時(shí)候,試驗(yàn)過(guò)的質(zhì)量也被透過(guò)彈簧結(jié)構(gòu)被傳輸?shù)牧铀?。然后彈簧的位移，?nèi)部的位移這情形，否則武裝力量傳輸在春天是傳感乘一電信號(hào)與加速度成比例。
加速度儀。 傳動(dòng)器設(shè)計(jì)測(cè)量震動(dòng)的加速度叫做加速度儀。有包括應(yīng)變計(jì)的許多多樣性，倍力器力平衡， piezoresistive( 矽應(yīng)變計(jì)) ，壓電的 (晶體-型態(tài)) ，易變的電容和一積分電子的壓電。 每個(gè)基本的型態(tài)有許多變更和商品名。 大多數(shù)的制造業(yè)者提供優(yōu)良的應(yīng)用程序工程協(xié)助為應(yīng)用程序幫助使用者選擇最好的型態(tài),但是因?yàn)檫@些來(lái)源的大部分只賣一或二類型,他們?nèi)菀走m當(dāng)?shù)厥勾嫫?jiàn)他們的協(xié)助。
對(duì)于大多數(shù)的應(yīng)用程序，我的個(gè)人偏向是向和內(nèi)部的電子學(xué)的壓電加速計(jì)。 這些裝置的最初限制是溫度范圍。 雖然他們展現(xiàn)低周波滾降, 但是他們對(duì)至低頻能力感到有效。他們提供一個(gè)預(yù)制成的低阻抗的輸出端，單式電纜，和單頻信號(hào)工況，和通常有整個(gè)系統(tǒng)最低的代價(jià)。
對(duì)使用者重要的大部分是性能和環(huán)境的規(guī)格和價(jià)格。 什么在箱里是不恰當(dāng)?shù)娜绻麅x器符合應(yīng)用程序的需求, 但是當(dāng)增加到現(xiàn)有的儀表使用術(shù)的時(shí)候確定是重要的加速度儀是與訊號(hào)調(diào)節(jié)相容。 每個(gè)類型的加速度儀需要一個(gè)不同類型的訊號(hào)調(diào)節(jié)。
加速度儀測(cè)定類型 最通用的振動(dòng)變換器供休克和振動(dòng)測(cè)量是：
l 壓電的（聚乙烯）；高阻抗輸出端
l 整數(shù)的電子學(xué)壓電的（IEPE）；低阻抗的輸出端
l 電子學(xué)（功率）；硅應(yīng)變儀傳感器
l 可變電容（貴重貨物）；低電平的，低頻的
l 伺服系統(tǒng)測(cè)力器
壓電的（聚乙烯）傳感器使用敏感元件的壓電效應(yīng)對(duì)生產(chǎn)一電荷輸出端。因?yàn)橐粋€(gè) PE 感知器不需要為運(yùn)算一個(gè)外面的能力來(lái)源,它是考慮過(guò)的自己，自動(dòng)的意義產(chǎn)生。 " 彈簧 " 可察元件提供一個(gè)電子的給定數(shù)目比例的給應(yīng)用應(yīng)力的數(shù)量。 (piezein 是一個(gè)希臘的字組意謂壓擠)許多肉色和人造的事物,大概晶體或窯業(yè)和一些聚合物,顯示這一個(gè)特性。 這些事物有一個(gè)一般的結(jié)晶[性]的分子結(jié)構(gòu), 藉由一個(gè)凈的進(jìn)氣變更的分配當(dāng)緊張的。
壓電的事物也可能有一個(gè)雙偶體 (沿著一個(gè)特別的水晶方向正和負(fù)電荷的凈分離是哪一) 當(dāng)不重音的時(shí)候。 在這些事物中，磁場(chǎng)能被來(lái)自應(yīng)力或溫度的形變產(chǎn)生,引起壓電的或焦熱電的產(chǎn)量,分別地。焦熱電的產(chǎn)量可能是非常大的不必要的信號(hào), 通常在長(zhǎng)的時(shí)間與大多數(shù)的溫度一起關(guān)聯(lián)的期數(shù)之上發(fā)生變更 .聚合物 PE 事物有如熱擴(kuò)散的他們本來(lái)被用的高焦熱電的產(chǎn)量。 有三個(gè)熱電效應(yīng), 將會(huì)在稍后被詳細(xì)地討論。
進(jìn)氣是實(shí)際上不產(chǎn)生, 但是寧可剛剛移置。 (喜歡能量和動(dòng)量,進(jìn)氣總是被保存)。 當(dāng)一個(gè)電場(chǎng)向前被產(chǎn)生雙偶體的方向時(shí)候, 在面上的金屬電極在傾斜的生產(chǎn)品的反對(duì)極端可動(dòng)裝置電子來(lái)自一個(gè)面的移動(dòng), 經(jīng)過(guò)訊號(hào)調(diào)節(jié), 到感知器的另一邊取消被產(chǎn)生的磁場(chǎng)。電子的量仰賴被建立的電壓和在電極之間的電容 . 來(lái)自一個(gè) PE 加速度儀的進(jìn)氣通常單位的安培是微微庫(kù)倫 , 或 10-12個(gè)庫(kù)侖,是某事超過(guò) 6 × 106個(gè)電子。
在許多類型的 PE 事物之中選擇需要在進(jìn)氣靈敏度，介質(zhì)常數(shù) ( ，藉由幾何學(xué)，決定電容) 之中的一個(gè)交易,熱的系數(shù)，最大溫度，頻率特性和穩(wěn)定性。 最好的 S/ 牛頓比率通常來(lái)自最高的壓電系數(shù)。
自然地發(fā)生壓電晶體 , 像是電氣石或石英通常讓低要價(jià)靈敏度, 有關(guān)一百分之一那那更普遍使用過(guò)的鐵電材料。 (但是這些低進(jìn)氣產(chǎn)量事物典型地被用于電壓模態(tài),將會(huì)在稍后被討論)。 為一個(gè)給定的靈敏度允許較小的尺寸, 鐵電材料通常是人造的窯業(yè)在哪一結(jié)晶[性]的網(wǎng)域 (也就是, 區(qū)域在哪一雙偶體自然地被排齊) 是被人工極化的程序排齊的他們自己。
極化非常地比較高地通常在溫度發(fā)生勝于操作溫度加速網(wǎng)域的順序程序。 去極 , 或弛緩,能在較低的溫度發(fā)生, 但是以非常比較低的率, 而且也能以外放電壓和預(yù)載荷壓力發(fā)生。 去極總是造成靈敏度的暫時(shí)或長(zhǎng)備損失。 電氣石，一個(gè)不遭受去極的自然晶體,特別地是有用的在非常高的溫度。
因?yàn)樗麄兪亲约海詣?dòng)的意義產(chǎn)生,PE 傳動(dòng)器不能夠用來(lái)測(cè)量穩(wěn)定狀態(tài)加速度或力, 這會(huì)把固定量的能量放入晶體 (單向擠壓) 因此在電極的一個(gè)電子的固定數(shù)目。 傳統(tǒng)的電壓測(cè)量會(huì)電子之遠(yuǎn)流血, 如同做感知器的內(nèi)電阻。 (傳動(dòng)器的高溫度或濕度會(huì)藉由減少電阻數(shù)值惡化問(wèn)題)。 能量會(huì)被排出溝外，而且產(chǎn)量會(huì)衰退, 盡管固定的輸入加速度/ 力。
PE 傳動(dòng)器電壓產(chǎn)量的外面測(cè)量需要對(duì)高壓線的動(dòng)態(tài)行為和一前置放大器的輸入特性的特別注意。 因?yàn)楦邏壕€電容直接地感染信號(hào)振幅,高壓線的過(guò)度運(yùn)動(dòng)在測(cè)量期間能引起在它的電容方面的改變而且應(yīng)該被避免。 密切的注意也應(yīng)該被支付到前置放大器的輸入阻抗; 這應(yīng)該在 1000 M 的級(jí)上或比較高的確定充份的低周波響應(yīng)。
實(shí)際上，一個(gè)電荷放大器正常地被以一個(gè)聚乙烯傳感器方式使用。
不同于一般形式上地測(cè)量電壓，一電荷將應(yīng)達(dá)到一電荷變頻器。它是用一電容器當(dāng)做它的反饋一個(gè)高阻抗運(yùn)算放大器。它的輸出藉著傳動(dòng)器或附上的高壓線的輸入電容在輸入和回電容器與進(jìn)氣成比例, 而且?guī)缀醪怀C揉造作。 高丘狀焊痕角頻率被一個(gè)進(jìn)氣變換器, 而不是傳動(dòng)器特性的回電容器和電阻器設(shè)定。 ( 傳動(dòng)器電阻變化謠傳特性而不是頻率)。 如果時(shí)間常數(shù)夠長(zhǎng)的,錒加倍的傳動(dòng)器將會(huì)為大多數(shù)的振動(dòng)測(cè)量足夠。高阻抗產(chǎn)量 PE 傳動(dòng)器的也許最重要限制是他們一定被 " 噪音對(duì)待的 " 高壓線用; 以別的方式，高壓線的動(dòng)作能移置摩擦電進(jìn)氣, 加入被進(jìn)氣變換器測(cè)量的進(jìn)氣。 摩擦電噪音是一個(gè)在典型的同橋電纜中被發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤通常來(lái)源。
大多數(shù)的 PE 傳動(dòng)器極端高低不平。 每一個(gè)各種不同的形而且按規(guī)定尺寸制作有效的帶它自己的性能妥協(xié)受到的影響。 最通常類型的這一個(gè)傳動(dòng)器是壓縮和剪設(shè)計(jì)。 剪設(shè)計(jì)提供來(lái)自環(huán)境的效應(yīng) , 像是熱的暫態(tài)較好的離析和基本的應(yīng)變, 而且是通常更貴。橫梁測(cè)定類型設(shè)計(jì)，一個(gè)壓縮的設(shè)計(jì)新類型，由于它的較低的生產(chǎn)成本也是相當(dāng)流行的。但是橫梁設(shè)計(jì)通常更脆性的和已經(jīng)限定的頻帶寬度。
整數(shù)的電子學(xué)壓電的（IEPE）。許多壓電加速表／測(cè)力傳感器包括整數(shù)的縮影混合放大器在他們的其他的優(yōu)點(diǎn)之中，不要必須經(jīng)消音處理的電纜。多數(shù)要求一外部恒定電流電源。兩者輸入饋電電流“與”輸出信號(hào)是一樣的雙芯電纜。低阻抗的 IEPE的輸出端設(shè)計(jì)提供弱的電纜絕緣阻力影響相對(duì)免疫，摩擦電噪音，并且寄生信號(hào)拾音器。
輸出端對(duì)體重比的IEPE是比用聚乙烯傳感器高。附加功能可以是合并到電子儀器，包括過(guò)濾器在內(nèi)，過(guò)載保護(hù)，和自我識(shí)別。較低的代價(jià)電纜和條件能被使用因?yàn)檫@工況要求比聚乙烯或者PR而言是較松的。IEPE 加速度儀/力傳動(dòng)器的靈敏度,與 PR, 不是被供給變化重要地影響相反。 相反的，動(dòng)力范圍，輸出電壓的全體可能擺動(dòng), 被偏向和順從電壓影響。當(dāng)駕駛高電容載入的時(shí)候，藉由只有在目前的供給大變更會(huì)有頻率響應(yīng)的問(wèn)題。
內(nèi)建電子學(xué)的缺點(diǎn)是它通常限定對(duì)一個(gè)較狹窄的溫度范圍的傳動(dòng)器。 和一個(gè)同一的傳動(dòng)器比較起來(lái)沒(méi)有內(nèi)部的電子學(xué)的設(shè)計(jì),高阻抗版本將會(huì)總是有一個(gè)較高的平均無(wú)故障時(shí)間 (MTBF) 額定。 除此之外，放大器的必然小尺寸可能預(yù)先排除一些被一個(gè)盛開(kāi)的實(shí)驗(yàn)室放大器, 像是能力提供久驅(qū)動(dòng)高壓線的令人想要的功能。當(dāng)久駕駛線或其他的電容負(fù)載的時(shí)候，限制的回轉(zhuǎn)因此是有這些傳動(dòng)器 ( 一些設(shè)計(jì)相對(duì)地有高輸出阻抗) 的關(guān)心。 問(wèn)題能被藉由在被制造業(yè)者指定的限度里面增加磁盤電流的數(shù)量治療。
電路因?yàn)殡娙萦捎谠诟兄骱头糯笃髦g的鉛很小的和好控制，所以需要不必然地是進(jìn)氣變換器。 石英被用于電壓模態(tài),也就是, 藉由來(lái)源從動(dòng)件，因?yàn)樗男〗橘|(zhì)常數(shù)比較地提供每單位電荷高電壓。 電壓轉(zhuǎn)化也援助有的鐵電窯業(yè)那由于他們的頻率- 依賴的介質(zhì)常數(shù)在進(jìn)氣模態(tài)的頻率響應(yīng)中下垂。 電壓模態(tài)的幅度頻率響應(yīng)相當(dāng)平。
恒定電流激勵(lì)用串聯(lián)電阻沒(méi)有這些問(wèn)題。然而，PR傳感器通常被補(bǔ)償假定恒壓激勵(lì)和可能不給預(yù)期完成用恒定電流。結(jié)果PR橋梁是它的最靈敏的測(cè)量的健康，并且是通常這支配的做主要角色總數(shù)不可靠傳感器的。
矽應(yīng)變計(jì) 一個(gè)功率加速度記錄器當(dāng)應(yīng)變時(shí)，是一惠斯通電橋的電阻器合并一或多木頭支架那變化價(jià)值。因?yàn)檫@傳感器外表上地被以能量供給，這輸出端可以是所謂的直流耦合的適用趨于穩(wěn)態(tài)條件。關(guān)于定常加速度的數(shù)據(jù)達(dá)到一值。然而，這一橋梁變化的敏感性幾乎直接地用這輸入激勵(lì)電壓，要求一非常堅(jiān)定的和靜止的激勵(lì)供給。
橋式接線的輸出端是這兩個(gè)輸出端之間的區(qū)別。微分放大器被需要的安培或,二者擇一地，來(lái)自激發(fā)的兩者鉛一定飄浮允許產(chǎn)量線之一被系接地。 差別的配置提供共模拒絕的利益;如果對(duì)手,將會(huì)被放大器的減法取消，也就是說(shuō)，任何的噪音信號(hào)將在這放大器中由于減少而消除。
一條勸告的注釋按順序在這里：有著高輸出端PR傳感器，存在過(guò)一試驗(yàn)趨于無(wú)需一放大器和簡(jiǎn)單把這輸出端直接地與一示波器連接在一起。如果鏡和激發(fā)單獨(dú)地被結(jié)束，這將不作工。 示波儀時(shí)常讓單端型輸入。 (輸入的反對(duì)方面被磨) 如果激發(fā)也被將～置于地面 (與和激發(fā)相等的接地),橋的一個(gè)支架被分路，而且整個(gè)的激發(fā)電壓被放置橫過(guò)那一個(gè)橋的支架。如果你是利用交流耦合接通示波器，你可以曲解這相當(dāng)?shù)匦螤?，但是小的和嘈雜的，輸出端。
大多數(shù)的 PR 感知器使用二或四個(gè)活性元件。 電壓產(chǎn)量一二-武裝, 或半份-橋, 感知器是一半的那一四-臂, 或全部橋。穩(wěn)定性要求對(duì)一PR傳感器他們擁護(hù)IEPE比電源和它的工況頗緊的傳感器。低阻抗 PR 傳動(dòng)器共享由 IEPE 提供的噪音免蝕態(tài)的利益, 雖然 PR 的輸出阻抗時(shí)常夠大的它不能夠駕駛大的電容負(fù)載。 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)是由于IEPE 外殼,結(jié)果是在產(chǎn)量上的一個(gè)低通濾波器,限制高頻響應(yīng)。
一臺(tái)應(yīng)變儀的敏感性來(lái)自既它的結(jié)構(gòu)的彈性響應(yīng)和材料抵抗力。線和厚的或薄膜電阻器有低的規(guī)因數(shù); 那是, 電阻的比率對(duì)應(yīng)變的變化很小。 他們的響應(yīng)被有柔性響應(yīng)支配。 他們是有幾乎固定數(shù)值的電阻系數(shù)的事物有效同種范圍。 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)由于任何的電阻器，他們有對(duì)長(zhǎng)度的數(shù)值比例項(xiàng)和反的比例到橫斷面面積。 如果一個(gè)傳統(tǒng)的事物被展,當(dāng)長(zhǎng)度增加的時(shí)候，它的寬度減少。 兩者的效應(yīng)增加電阻。
泊松比定義總值一橫向尺寸是勉強(qiáng)的比擬這數(shù)量這經(jīng)度的尺寸是伸展。給予一個(gè) 0.3(一個(gè)通常的數(shù)值) 的泊松比, 因數(shù)會(huì)是 1.6; 電阻會(huì)變更 1.6 × 超過(guò)它是緊張的。 金屬制的應(yīng)變計(jì)的一個(gè)典型規(guī)因數(shù)的是2。
這反應(yīng)的應(yīng)變儀用較高的儀表靈敏度被這壓力電阻效應(yīng)支配，是應(yīng)變抵抗性的變化。半導(dǎo)體材料展覽品這一個(gè)效應(yīng),像壓電性強(qiáng)烈地是一個(gè)水晶取向的函數(shù)。 喜歡其他的半導(dǎo)體性質(zhì),它也是一個(gè)雜物濃度和溫度的強(qiáng)函數(shù)。規(guī)因數(shù)靠近 100 對(duì)矽規(guī)是通常的,和,當(dāng)和小的尺寸和各向異性地蝕刻的矽集中應(yīng)力幾何學(xué)結(jié)合的時(shí)候，硅PR傳感器的效率是非常令人印象深刻的。 小型化允許一些 PR 的自然頻率 >1 MHz 震動(dòng)加速度儀。
最現(xiàn)代的PR傳感器是用單個(gè)碎片硅制造的。一般說(shuō)來(lái)，造型整體傳感器的優(yōu)點(diǎn)從一個(gè)單一的材料塊是更好的穩(wěn)定性，較少熱量的失配在部分之間，并且較高的可靠性。欠阻尼的 PR 加速度儀容易不比 PE 裝置高低不平。 單一晶體矽能有特別的降伏強(qiáng)度,特別地以高的應(yīng)變率，但是它是然而一個(gè)脆的事物。 矽的內(nèi)磨擦非常低，因此，諧振擴(kuò)大可能是比較高的超過(guò)對(duì)于 PE 傳動(dòng)器。 兩者的這些功能成為它的比較易脆性的因素, 雖然如果適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)而且安裝他們被規(guī)律性用測(cè)量震動(dòng)很好上述的 100,000 g 。他們通常有較寬的頻帶寬度勝于 PE 傳動(dòng)器 (比較相似實(shí)物大小范圍的模型), 連同較小的非線性，零的移位和磁滯特性。 因?yàn)樗麄冇兄绷麟姺磻?yīng)，他們?cè)趯⒁a(chǎn)生長(zhǎng)期計(jì)量時(shí)才使用。
在 PR 加速度儀的一個(gè)典型獨(dú)石矽可察元件中,1 毫米角尺矽芯片合并整個(gè)的彈簧，質(zhì)量和四個(gè)臂的 PR 應(yīng)變計(jì)橋總成。 感知器經(jīng)由各向異性的浸蝕和顯微機(jī)械加工技術(shù)是利用一個(gè)單一晶體矽做成的。 應(yīng)變計(jì)被本來(lái)平的矽一個(gè)雜物的圖案造形。 溝流的后來(lái)浸蝕釋放規(guī)并且同時(shí)地定義如只是最初厚度的矽區(qū)域的質(zhì)量。
橋路可以由放置并聯(lián)補(bǔ)償電阻或者級(jí)數(shù)用任何這木頭支架平衡了，做相配的或者這阻抗值及價(jià)值的變化用溫度的修正。補(bǔ)償是一種藝術(shù); 因?yàn)?PR 傳動(dòng)器能有非線性特性, 用激發(fā)來(lái)自它被制作或校正的條件差積操作它是不受勸告的。 舉例來(lái)說(shuō)， PR 靈敏度只有大約成比例激發(fā), 通常是一個(gè)固定的電壓或, 在一些外殼, 定流中有一些性能利益。因?yàn)闊岬男阅軐?huì)大體上和激發(fā)電壓的變化,在靈敏度和激發(fā)之間沒(méi)有一個(gè)精密的比例。 另外的預(yù)防在處理電壓驅(qū)動(dòng)的橋方面, 特別地有低的電阻那些, 是確認(rèn)橋拿適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)。 輸入熔斷絲的級(jí)數(shù)電阻擔(dān)任一個(gè)分壓器。注意這輸入導(dǎo)線有低電阻，或者那一六線的大小是制成的（用讀出線在這橋梁趨于允許這激勵(lì)被校準(zhǔn)）所以這橋梁獲得這特有的激勵(lì)。
恒定電流激勵(lì)工作沒(méi)有這些用串聯(lián)電阻的問(wèn)題。然而， PR 傳動(dòng)器通常被補(bǔ)整傲慢的固定電壓激發(fā)并且不可能用定流給被需要的性能。 PR 橋的平衡是它的健康最敏感衡量, 而且通常是傳動(dòng)器的總不確定度的占優(yōu)勢(shì)的功能。 平衡,有時(shí)叫做了偏向, 零偏位 , 或 ZMO( 零可測(cè)量產(chǎn)量,和 0 g 的產(chǎn)量),能被通常是熱的特性或在內(nèi)部或外面地誘導(dǎo)了感知器的應(yīng)變變化的一些效應(yīng)改變。傳動(dòng)器外殼設(shè)計(jì)嘗試隔離來(lái)自外面的應(yīng)變 , 像是熱的暫態(tài)，基本的應(yīng)變或固定轉(zhuǎn)矩的感知器。 內(nèi)部的應(yīng)變變化,舉例來(lái)說(shuō)，環(huán)氧基樹(shù)脂蠕升,容易成為長(zhǎng)期的不穩(wěn)定的因素。所有的這些比較對(duì)于錒加倍的裝置因?yàn)樗麄冊(cè)谥绷髡呒颖秱鲃?dòng)器的較寬頻帶中更時(shí)常發(fā)生，通常低周波效應(yīng)對(duì)直流傳動(dòng)器是更重要的。
一些PR設(shè)計(jì)，尤其是高靈敏度傳感器，是設(shè)計(jì)有阻尼延長(zhǎng)頻帶和過(guò)量程的能力。。 阻尼系數(shù)0.7 是考慮過(guò)的理想。 如此的設(shè)計(jì)時(shí)常使用油或一些其他的粘滯液體。 二個(gè)特性聽(tīng)寫技術(shù)是有用的只有在相對(duì)地低周波: 阻尼軍隊(duì)成比例流過(guò)速度,而且適當(dāng)?shù)牧髁克俣缺唤逵捎么蟮奈灰票昧黧w達(dá)到。 這是在那敏感的傳動(dòng)器的一個(gè)快樂(lè)的巧合他們?cè)诘偷募铀俣阮l率操作位移足夠大哪里。粘滯阻尼可以有效地除去共振放大率，延長(zhǎng)過(guò)量程的能力，并且比加倍有效帶寬。然而，因?yàn)榫彌_液的粘性是一溫度的強(qiáng)函數(shù)，傳感器的有用的溫度范圍實(shí)質(zhì)上是受限制的。
可變電容 VC傳感器是通常平行板空隙電容器其中的設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)垂直于電鍍層。在一些設(shè)計(jì)中屏從一個(gè)邊緣被把～建成懸臂式，因此，動(dòng)作實(shí)際上是轉(zhuǎn)動(dòng); 其他的屏在圓周的周圍被支援, 當(dāng)做在一個(gè)彈網(wǎng)中。 由于加速度的在 VC 元件的電容方面的改變被一對(duì)目前檢波器感覺(jué)皈依者進(jìn)入電壓產(chǎn)量之內(nèi)的變化。許多VC傳感器是微電機(jī)一致地在一間隔一點(diǎn)點(diǎn)微米厚的趨于允許空氣減震中間插進(jìn)的腐蝕劑硅片。事實(shí)是空氣粘度變化由只有一點(diǎn)百分比在一寬的工作溫度范圍提供一頻率響應(yīng)比是可完成的用油阻尼PR設(shè)計(jì)更堅(jiān)固的上方。
在一VC加速度記錄器中，一個(gè)高頻振蕩器給VC元件提供必要的激勵(lì)。電容變化被這檢流器檢測(cè)。輸出電壓與電容變化成正比因此，趨于加速度。這結(jié)合的超程停留在這間隔可以提高高低不平的在這靈敏的方向，雖然阻力趨于過(guò)量程的在橫向必須信任單獨(dú)地靠這懸浮的力量，按現(xiàn)狀對(duì)全部的其他的傳感器設(shè)計(jì)沒(méi)有超程停止來(lái)說(shuō)是正確的。一些設(shè)計(jì)可以繼續(xù)存在極其大加速度過(guò)量程的工況是 1000倍的測(cè)量范圍。
一臺(tái)典型微電機(jī)VC加速度記錄器的傳感器是由三硅元件膠合到一起形成的密封的裝配。元件中的二個(gè)是空氣介質(zhì)，平行板積蓄器的電極。 中央的元件用化學(xué)被蝕刻造形被薄又易曲手指中止的一個(gè)硬的中央質(zhì)量。 阻尼特性被位于質(zhì)量之上的孔氣體流量控制。
VC傳感器可以提供好傳感器的特色測(cè)定類型論述初期的中許多：大的過(guò)量程的，直流電響應(yīng)，低阻抗的輸出端，和單純的外部信號(hào)工況。缺點(diǎn)是成本并且以那在板子上調(diào)節(jié)的增加錯(cuò)綜度按規(guī)定尺寸制作關(guān)聯(lián)。 同時(shí), 高頻電容檢波電路被用，而且一些高頻載波通常在產(chǎn)量信號(hào)上出現(xiàn)。它是通常連達(dá)到（即，1000倍）比輸出信號(hào)的頻率高三數(shù)量級(jí)也不被注意到。
伺服系統(tǒng)（力平衡） 雖然伺服加速度計(jì)是主要地使用在慣性制導(dǎo)系統(tǒng)，但是一些他們的工作特性必然使他們?cè)谝欢ǖ恼駝?dòng)應(yīng)用中是合乎需要的。所有的在先前被描述的加速度儀類型是開(kāi)環(huán)裝置在哪一產(chǎn)量由于可察元件的撓曲被直接地讀。在倍力器中-控制, 或閉合回路，加速度儀, 撓曲信號(hào)被用當(dāng)一個(gè)身體上地驅(qū)動(dòng)或再平衡返回平衡位的質(zhì)量電路的反饋。 倍力器加速度儀制造業(yè)者建議仰賴位移 (也就是,晶體和 piezoresistive 元件的繃皮操作) 時(shí)常生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)量信號(hào)的開(kāi)環(huán)儀器引起非線性錯(cuò)誤。在閉合回路中設(shè)計(jì),內(nèi)部的位移被試驗(yàn)過(guò)的質(zhì)量電再平衡保持極端小,將非線性減到最少。 除此之外，閉合回路設(shè)計(jì)被說(shuō)有較高的精確度勝于開(kāi)環(huán)打字。 然而，期間精確度的定義改變。以傳感器制造商校核。伺服加速度計(jì)可以使兩個(gè)基本幾何結(jié)構(gòu)的其中任何一個(gè)：線的（例如，擴(kuò)音器）和擺動(dòng)的（儀表的測(cè)量機(jī)構(gòu)）。
振動(dòng)的幾何結(jié)構(gòu)是商業(yè)的設(shè)計(jì)中應(yīng)用最廣泛的。直到最近，伺服機(jī)構(gòu)是主要地以電磁原則為基礎(chǔ)。力通常被藉由在一個(gè)磁場(chǎng)之前經(jīng)過(guò)在質(zhì)量上的線圈駕駛電流提供。 在和一個(gè)電磁的再平衡機(jī)構(gòu)的下垂倍力器加速度儀中，下垂的質(zhì)量發(fā)展對(duì)試驗(yàn)過(guò)的質(zhì)量和那應(yīng)用的加速度的產(chǎn)品轉(zhuǎn)矩比例項(xiàng)。 質(zhì)量的動(dòng)作被位感知器 ( 典型地電容的感知器) 發(fā)現(xiàn), 送一個(gè)誤差訊號(hào)給伺服系統(tǒng)。 誤差訊號(hào)引起對(duì)產(chǎn)量的倍力器放大器對(duì)轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的一個(gè)反饋電流,發(fā)展相等在量中到來(lái)自下垂的質(zhì)量加速度產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩一個(gè)反對(duì)轉(zhuǎn)矩。輸出端是激勵(lì)電流它本身（或者交叉一輸出端電阻器）作用的，與偏轉(zhuǎn)環(huán)傳感器相似，跟外加力成比例因此趨于加速度。
和開(kāi)環(huán)傳感器的高低不平的彈簧元件相反，再平衡壓入回路加速度記錄器的箱體中主要地有關(guān)電的并且只有當(dāng)有動(dòng)力提供時(shí)存在。當(dāng)能實(shí)行的和大多數(shù)的阻尼被提供透過(guò)電子學(xué)的時(shí)候，彈簧在敏感的方向中是如易壞的。不像獨(dú)自地仰賴可察元件 (s) 的特性其他的直流- 響應(yīng)加速度儀，它是閉合回路設(shè)計(jì)的反饋電子學(xué)控制使存偏見(jiàn)穩(wěn)定性。因此伺服加速度計(jì)傾向于提供較少零點(diǎn)飄移，是我們?cè)谡駝?dòng)測(cè)量中使用他們的主要的理由。一般說(shuō)來(lái)，他們有一個(gè)<1000赫茲的有效帶寬的并且被設(shè)計(jì)成以比較地低加速度級(jí)并且極低頻元件方式使用在應(yīng)用。
A Practical Approach to Vibration Detection and Measurement
——Physical Principles and Detection Techniques
By: John Wilson, the Dynamic Consultant, LLC
This tutorial addresses the physics of vibration; dynamics of a spring mass system; damping; displacement, velocity, and acceleration; and the operating principles of the sensors that detect and measure these properties.
Vibration is oscillatory motion resulting from the application of oscillatory or varying forces to a structure. Oscillatory motion reverses direction. As we shall see, the oscillation may be continuous during some time period of interest or it may be intermittent. It may be periodic or nonperiodic, i.e., it may or may not exhibit a regular period of repetition. The nature of the oscillation depends on the nature of the force driving it and on the structure being driven.
Motion is a vector quantity, exhibiting a direction as well as a magnitude. The direction of vibration is usually described in terms of some arbitrary coordinate system (typically Cartesian or orthogonal) whose directions are called axes. The origin for the orthogonal coordinate system of axes is arbitrarily defined at some convenient location.
Most vibratory responses of structures can be modeled as single-degree-of-freedom spring mass systems, and many vibration sensors use a spring mass system as the mechanical part of their transduction mechanism. In addition to physical dimensions, a spring mass system can be characterized by the stiffness of the spring, K, and the mass, M, or weight, W, of the mass. These characteristics determine not only the static behavior (static deflection, d) of the structure, but also its dynamic characteristics. If g is the acceleration of gravity:
???F = MA
???W = Mg
???K = F/d = W/d
???d = F/K = W/K = Mg/K
Dynamics of a Spring Mass System
The dynamics of a spring mass system can be expressed by the system's behavior in free vibration and/or in forced vibration.
Free Vibration. Free vibration is the case where the spring is deflected and then released and allowed to vibrate freely. Examples include a diving board, a bungee jumper, and a pendulum or swing deflected and left to freely oscillate.
Two characteristic behaviors should be noted. First, damping in the system causes the amplitude of the oscillations to decrease over time. The greater the damping, the faster the amplitude decreases. Second, the frequency or period of the oscillation is independent of the magnitude of the original deflection (as long as elastic limits are not exceeded). The naturally occurring frequency of the free oscillations is called the natural frequency, fn:
???
(1)
?? Forced Vibration. Forced vibration is the case when energy is continuously added to the spring mass system by applying oscillatory force at some forcing frequency, ff. Two examples are continuously pushing a child on a swing and an unbalanced rotating machine element. If enough energy to overcome the damping is applid, the motion will continue as long as the excitation continues. Forced vibration may take the form of self-excited or externally excited vibration. Self-excited vibration occurs when the excitation force is generated in or on the suspended mass; externally excited vibration occurs when the excitation force is applied to the spring. This is the case, for example, when the foundation to which the spring is attached is moving.
?? Transmissibility. When the foundation is oscillating, and force is transmitted through the spring to the suspended mass, the motion of the mass will be different from the motion of the foundation. We will call the motion of the foundation the input, I, and the motion of the mass the response, R. The ratio R/I is defined as the transmissibility, Tr:
???Tr = R/I
?? Resonance. At forcing frequencies well below the system's natural frequency, RI, and Tr1. As the forcing frequency approaches the natural frequency, transmissibility increases due to resonance. Resonance is the storage of energy in the mechanical system. At forcing frequencies near the natural frequency, energy is stored and builds up, resulting in increasing response amplitude. Damping also increases with increasing response amplitude, however, and eventually the energy absorbed by damping, per cycle, equals the energy added by the exciting force, and equilibrium is reached. We find the peak transmissibility occurring when fffn. This condition is called resonance.
Isolation. If the forcing frequency is increased above fn, R decreases. When ff = 1.414 fn, R = I and Tr = 1; at higher frequencies R
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