涡电流传感器在测振系统中的应用

(山东科技大学机械电子工程学院 山东 青岛 266590)

涡电流传感器在测振系统中的应用

李家成于兰浩董汉政李士煦孙超

(山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590)

在机械设备故障诊断中要做好对各振动参数的精确测量十分重要，目前用于测振系统的传感器主要是电磁式传感器，但其抗干扰能力差、灵敏度差，很难在一些特殊条件下应用，因此研发一种新型传感器对于改良现阶段的测振系统尤为重要。而对于涡电流传感器来说，这是一种非接触式传感器，其测量原理是通过被测物体和传感器端部之间的距离变化来测定振动位移及幅值，并且不受油污等介质的影响、使用方便、结构简单，因此可用涡电流传感器来检测位移和振动。

振动；位移；涡电流传感器

一、引言

振动在实际工程中普遍存在，在实际工程中大多说结构承受的动载荷都是随时间变化的。振动是动力结构所不可避免的，强烈的振动会引起构件裂纹的产生与延伸，最终导致构件疲劳损坏，如果振动加剧就会影响设备的运行精度指标、可靠性和平稳性。机械振动对于大多数工程结构、工业机械和仪器仪表来说都是有害的，它通常是导致机械结构恶性破坏和失效的直接原因。目前，振动分析和振动设计已经成为产品设计中的关键环节。

二、系统结构组成

本系统采用正弦稳态激振方法，即给被测件一个单一频率的、稳定的正弦力，

在被测件达到稳定状态后，由正弦力与振动响应的幅值比，进而获得此激振频率下的幅频特性值，其原理图如图2.1所示：

图2.1 测振系统原理图

此系统由激振装置、被测装置、测量装置及单片机系统组成。激振装置是由功率放大器、电动式激振器、信号发生器等机构组成。被测装置选的是悬臂梁，采用45号钢铸造，需经过热处理和渡锌工艺。测量装置选的是涡电流传感器，涡电流传感器具有线性工作范围大、频率范围宽、非接触式测量和灵敏度高等优点，主要应用于振动位移的测量、静位移的测量、旋转机械中监测转轴振动测量。单片机是一种小而完善的一个计算机系统，集成在电路芯片上，采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、多种I/O口以和中断系统、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上。在实际测量中，需将激振器的连杆连接在悬臂梁下方并且将涡电流传感器沿着梁方向固定，在保持稳定激振力的的情况下，由低向高调节信号发生器的频率f，当测振系统与悬臂梁都处在稳定状态时方可读数。当悬臂梁快要共振时，此时要取频率间隔尽量小一些，以便于找到准确的共振频率值。若从键盘上键入输入信号的幅值，就可以得到不同频率点的幅值比，最终由打印机打出幅频特性曲线。

三、电路结构组成

该系统电路结构组成如图3.1所示：

图3.1 电路结构图

振动信号通过传感器模块转化为电压信号，信号调理模块即仪表放大器及相关电路将由传感器转换的比较弱的电压信号进行适当的放大，以便于A/D转换，A/D转换电路模块主要功能是把模拟信号转换为数字信号，以便于单片机进行后续的数据处理。单片机的模块核心是仪表，根据设计的要求，EPROM里的监控程序具有滤波、数据处理、数据采集等功能。显示电路模块将测量结果通过显示器直观的显示出来。人机交互模块主要是指键盘，操作者通过键盘向单片机发出指令，单片机根据指令内容产生对应的功能，外扩程序存储于存储器内以便于单片机数据处理，通讯接口将数据传送至PC机以便进行后期处理，如频谱分析等。

四、结论

该系统的主要结构是涡电流传感器、表面经过镀锌后的悬臂梁、悬臂梁底座、激振器支撑座等。该系统经济实用、灵敏度高、整体结构简单紧凑，可以对悬臂梁的动态特性进行测试，同时也可推广到其它机械振动系统的测量中。

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李家成，男，汉族，山东济南人，硕士，山东科技大学机械电子工程学院，机械工程专业。