根據(jù)振動(dòng)傳感器的工作原理，介紹了幾種常用的電流振動(dòng)傳感器的基本原理和特點(diǎn)，并展望了振動(dòng)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)。振動(dòng)傳感器有多種類型，振動(dòng)傳感器通過(guò)其機(jī)械結(jié)構(gòu)檢測(cè)物體的振動(dòng)參數(shù)，通過(guò)物理效應(yīng)將振動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)非電信號(hào)向電信號(hào)的傳遞。振動(dòng)傳感器根據(jù)測(cè)量的振動(dòng)參數(shù)分為位移(振幅)傳感器、速度傳感器和加速度傳感器。由于位移的存在，速度和加速度可以通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算相互轉(zhuǎn)換，這三種傳感器有時(shí)可以通用。目前，根據(jù)不同的振動(dòng)檢測(cè)方法，發(fā)明了具有不同物理效應(yīng)的振動(dòng)傳感器，廣泛應(yīng)用于以下類別。
電感式振動(dòng)傳感器
電感應(yīng)式振動(dòng)傳感器是一種電子接近傳感器，它不接觸金屬物體就可以檢測(cè)到金屬物體。感應(yīng)式振動(dòng)傳感器是以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)，利用自感線圈或互感線圈來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)由振動(dòng)轉(zhuǎn)換而來(lái)的電信號(hào)的檢測(cè)。感應(yīng)式振動(dòng)傳感器的突出特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，具有精度高、零穩(wěn)定性好、輸出功率大等特點(diǎn)。我們的感應(yīng)傳感器能夠檢測(cè)任何黑色金屬。其缺點(diǎn)是靈敏度、線性度和范圍相互制約，不適合高頻動(dòng)態(tài)信號(hào)的測(cè)量。
壓電振動(dòng)傳感器
壓電振動(dòng)傳感器是一種典型的能自行發(fā)電的傳感器。它基于一些壓電材料的壓電效應(yīng)。當(dāng)它受到振動(dòng)時(shí)，壓電材料的表面會(huì)產(chǎn)生電荷。經(jīng)過(guò)電壓放大器或電荷放大器的放大和阻抗轉(zhuǎn)換后，這個(gè)電荷就成了與傳感器受到的外力成正比的功率輸出。實(shí)現(xiàn)了測(cè)量非電信號(hào)振動(dòng)參數(shù)的目的。壓電振動(dòng)傳感器主要用于測(cè)量動(dòng)態(tài)力和加速度。
壓電振動(dòng)傳感器的突出特點(diǎn)是無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，頻帶寬，靈敏度高，信噪比高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，重量輕。缺點(diǎn)是諧振頻率高，易受外界干擾，輸出阻抗高，輸出信號(hào)弱，需要通過(guò)放大器電路放大，檢測(cè)電路檢測(cè)。目前，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，伴隨而來(lái)的低噪聲、高絕緣電阻和小電容的二次儀表和電纜使壓電振動(dòng)傳感器的應(yīng)用更加廣泛。
磁性振動(dòng)傳感器
磁性振動(dòng)傳感器又稱電傳感器，它將振動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。它是一種將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的傳感器。磁傳感器基于電磁感應(yīng)原理。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量變化率，磁通量變化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁阻、線圈速度有關(guān)。當(dāng)振動(dòng)引起這些因素中的一個(gè)變化時(shí)，它將改變線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。通過(guò)測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量振動(dòng)的目的。
磁振動(dòng)傳感器的突出特點(diǎn)是輸出信號(hào)大，后處理電路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，比較大。目前，電路校正方法可用于降低磁振動(dòng)傳感器的測(cè)試頻率，也可用于低頻振動(dòng)測(cè)試。
電容式振動(dòng)傳感器
電容式振動(dòng)傳感器檢測(cè)任何導(dǎo)電的或具有與空氣不同的電介質(zhì)的東西。電容式振動(dòng)傳感器是利用電容器的原理，將非電量信號(hào)參數(shù)轉(zhuǎn)化為電容量，再將電容量轉(zhuǎn)化為電壓或電流的儀器。在振動(dòng)場(chǎng)中，電容式傳感器一般分為變間隙型和變面積型兩種。
電容式傳感器的突出特點(diǎn)是分辨率高、測(cè)量范圍寬、精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，適用于在線、動(dòng)態(tài)測(cè)量和非接觸測(cè)量。其缺點(diǎn)是測(cè)量范圍小，輸出阻抗高，具有寄生電容，抗干擾能力差，測(cè)量方法易受電介質(zhì)和電磁場(chǎng)的影響[8]。目前，隨著對(duì)電容式傳感器測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)的深入研究，以及新電路、新材料、新工藝的發(fā)展，其一些不足逐漸被克服。電容式傳感器的精度和穩(wěn)定性不斷提高，在非接觸測(cè)量領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
光纖振動(dòng)傳感器
一般由光纖振動(dòng)傳感器、激光器和光檢測(cè)器三部分組成的光纖傳感器。根據(jù)光纖傳感器工作原理的不同，可分為功能性和非功能性兩種。前者是利用光纖本身的特性，并利用光纖作為敏感元件。后者是利用其它敏感元件來(lái)檢測(cè)被測(cè)物理量的變化，只是利用光纖作為傳輸介質(zhì)，將光信號(hào)從遙遠(yuǎn)或不可接近的位置傳輸出去。在實(shí)際應(yīng)用中，光纖作為振動(dòng)信息的敏感元件，很難直接將變化的影響與其它物理量分開(kāi)，因此，非功能光纖振動(dòng)傳感器在振動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其基本原理是利用其它敏感檢測(cè)。被測(cè)物理量和光參數(shù)的變化由敏感元件調(diào)節(jié)
振動(dòng)物體改變信號(hào)束與參考束的相對(duì)相位，產(chǎn)生相位調(diào)制，通過(guò)解調(diào)檢測(cè)相位調(diào)制，可以得到相應(yīng)的振動(dòng)幅度。
光纖振動(dòng)傳感器的突出特點(diǎn)是具有重量輕、體積小、靈敏度高、響應(yīng)快、抗電磁干擾、耐腐蝕、電絕緣、軟彎曲、適合遠(yuǎn)距離傳輸、易于與計(jì)算機(jī)連接和遙測(cè)網(wǎng)絡(luò)等特點(diǎn)。采用光纖傳輸系統(tǒng)，特別是在惡劣的工業(yè)環(huán)境中能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離振動(dòng)。實(shí)踐證明，該方法具有較高的靈敏度和可靠性，能檢測(cè)10-12米范圍內(nèi)的振動(dòng)振幅，可用于三維振動(dòng)測(cè)量。
缺點(diǎn)是測(cè)量頻率范圍窄，成本高，對(duì)終端用戶不熟悉。因此，光纖振動(dòng)傳感器具有廣闊的研究開(kāi)發(fā)價(jià)值。
光電振動(dòng)傳感器
光電振動(dòng)傳感器***先將非功率振動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)化為光的變化，然后通過(guò)光電器件的光電效應(yīng)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，***終達(dá)到將振動(dòng)參數(shù)的變化轉(zhuǎn)化為功率變化的目的。
激光發(fā)射的激光束分為參考光束和分束器測(cè)量光束。參考光束經(jīng)平面反射鏡反射后，再經(jīng)分束器再次分束，***后直接進(jìn)入光學(xué)元件，測(cè)量光束經(jīng)透鏡聚焦后拍攝被測(cè)物體表面的垂直振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)物體沿激光束方向振動(dòng)時(shí)，由于多普勒效應(yīng)發(fā)生頻率sh。反射光的頻移的IFT是由物鏡偏轉(zhuǎn)拍攝在分束光電器件上，并與參考光束的頻移進(jìn)行干涉，在感光表面實(shí)現(xiàn)混合。光學(xué)元件將混合得到的光學(xué)頻差轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理可獲得振動(dòng)幅度和振動(dòng)頻率。
光電振動(dòng)傳感器的突出特點(diǎn)是分辨率高、精度高、響應(yīng)快、不接觸等，特別是以激光為光源的光電傳感器，利用激光干涉、衍射和高精度測(cè)量光學(xué)振動(dòng)傳感器的振動(dòng)。N場(chǎng)越來(lái)越受到關(guān)注。缺點(diǎn)是距離測(cè)量有限，光電器件特性受環(huán)境干擾影響，后續(xù)處理電路復(fù)雜，應(yīng)用難度大。目前，由于光電傳感器的精度可以達(dá)到納米級(jí)，但在工程實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用難度較大，因此光電傳感器的研究已成為當(dāng)今***際上***熱門的課題之一。