電信號測量方式振動傳感器的簡要分析
2010-05-10 00:00
一、引言
振動傳感器廣泛應(yīng)用在航空、航天、武器裝備、工業(yè)風(fēng)機(jī)、煤炭機(jī)械、石油機(jī)械、化工機(jī)械、水泥裝備、冶煉機(jī)械、車輛設(shè)備制造、物流運(yùn)輸、消防、安防等領(lǐng)域，幾十年來，振動傳感器作為世界各國的尖端技術(shù)，在大規(guī)模集成電路快速發(fā)展的支持下，獲得了長足發(fā)展和進(jìn)步；在現(xiàn)代大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中，對傳感器的精度、穩(wěn)定性也提出了更高要求。
湯姆斯公司在國內(nèi)、外的研發(fā)工程師和工程技術(shù)人員的共同努力下，借鑒國內(nèi)外同行業(yè)技術(shù)經(jīng)驗，在電信號測量方法振動傳感器的研發(fā)、制造、工程方面積累了一定經(jīng)驗，愿與同行共同分享和交流，以期拋磚引玉，得到該領(lǐng)域?qū)＜?、學(xué)者的指教。
二、振動傳感器類別
1、按其測量方式分類：
1、按其測量方式分類：
機(jī)械測量方式：將工程振動的參量轉(zhuǎn)換成機(jī)械信號，經(jīng)過機(jī)械機(jī)構(gòu)的放大調(diào)整后，再進(jìn)行測量、記錄；這種測量方式精度差；在現(xiàn)場測試時只能做簡要估算； 光學(xué)測量方式：將工程振動的參量轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號，經(jīng)過光學(xué)機(jī)構(gòu)的放大后顯示和記錄，這種測量方式精度較高，對工作現(xiàn)場的溫度、濕度、光照有一定要求； 電信號測量方式：將工程振動的壓力變化、磁場變化，轉(zhuǎn)換成電信號，電信號經(jīng)電路處理后，通過微控制器做顯示、記錄、分析，隨著高速高精度芯片的大量涌現(xiàn)，電信號測量方式而獲得快速發(fā)展，這種測量方式精度高，對溫度、濕度、光照等環(huán)境的依賴度較低；這也是目前工業(yè)生產(chǎn)、生活中應(yīng)用得最廣泛的測量方法。
2、按其功能分類：
由于傳感器內(nèi)部機(jī)電變換原理的不同，機(jī)械量的變化可轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮柚怠㈦姼辛?、電容量等可測量的線性電信號的變化；針對輸出的電信號各不相同，必須配備專用的測量接口電路，這樣才能方便顯示，方便分析儀器對數(shù)據(jù)的記錄與分析。按功能有以下幾種分類方法：
按機(jī)械接收方式的不同分：相對式、慣性式等； 按機(jī)、電變換方式的不同分：電阻式、電容式、電感式、壓電式、光電式等； 按測量機(jī)械量的不同分：拉力傳感器、壓力傳感器、扭力傳感器、應(yīng)變傳感器、扭振傳感器、扭矩傳感器、位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器等。
我們針對電信號測量方式振動傳感器來討論。
三、電信號測量方式振動傳感器原理
使用霍尼威爾的磁場傳感器HMC1002測量磁場強(qiáng)度并轉(zhuǎn)換為電信號，它具有精度高，穩(wěn)定性好，工作溫度范圍寬等特點；選用這種器件可充分保證在惡劣環(huán)境下傳感器的正常穩(wěn)定工作；它具有兩路輸出，A路作為數(shù)據(jù)采集，B路采集的數(shù)據(jù)作為A路數(shù)據(jù)的校對；提高了采集數(shù)據(jù)的整體精度；也可以作為雙軸采集使用，對設(shè)備在不同維度上的振動都可以監(jiān)測。
使用AD公司的單電源，高精度運(yùn)放對采集信號進(jìn)行放大，再通過信號調(diào)整電路，將信號引入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，我們選用TI公司的TLC2543做信號的轉(zhuǎn)換，該器件是采用CMOS技術(shù)生產(chǎn)的12位轉(zhuǎn)換器，自帶時鐘信號，具有三重自檢功能，允許11路模擬信號輸入，即可以作為同路信號的互相檢驗，也能方便擴(kuò)展通道數(shù)量，為多維度檢測提供預(yù)留接口。
使用PIC單片機(jī)接收模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號，實現(xiàn)記錄、分析、顯示、轉(zhuǎn)發(fā)等功能，該單片機(jī)具有抗干擾能力強(qiáng)，工作電壓范圍寬，程序編寫簡潔等特點。
以下給出部分已經(jīng)調(diào)試通過的AD轉(zhuǎn)換代碼，供參閱：
void InitAD() //------初始化AD芯片----//
{
unsigned char i;
ADclk = 0;
ADcs = 0;
Delay10us();
for(i=0;i<ADbit;i++)
{
ADclk = 1;
ADclk = 0;
}
ADcs = 1;
dly10us(10);
}
void adconversion() //interrupt 0//----轉(zhuǎn)換-----//
{
unsigned char j;
unsigned int adata;
if(adconend) return;
if(adstart == 0)
{
ADsum = 0;
InitAD();
adtime = ADnumber;
adstart = 1;
}
adtime--;
adata = 0;
ADcs = 0;
for (j=0;j<ADbit;j++)
{
ADclk = 0;
adata *= 2;
ADclk = 1;
adata = adata | ADdatain;
}
ADcs = 1;
ADsum += adata;
if(adtime == 0)
{
ADdata = ADsum / ADnumber;
adstart = 0;
adconend = 1;
}
}
四、電信號測量方式振動傳感器的指標(biāo)
我們的技術(shù)參數(shù)如下：
靈 敏 度：20mv/mm/s±5% ； 30mv/mm/s±5% ； 50mv/mm/s±5% ； 頻率響應(yīng)：5～1000Hz ； 自振頻率：10Hz ； 測量范圍：1、0～10mm/s 0～20mm/s 0～50mm/s ；2、0～100um 0～200um 0～500um ； 輸出信號：標(biāo)準(zhǔn)電流4～20mA ； 輸出阻抗：≤500Ω ； 電源：DC24V ；
最大加速度：10g ；
安裝方式：垂直或水平安裝于被測振動源上 ；
使用環(huán)境：溫 度 -40℃～60℃ 、相對濕度≤90% 。
靈敏度、頻率響應(yīng)、自振頻率、測量范圍等參數(shù)滿足大部分通用設(shè)備的需要；輸出信號、輸出阻抗是標(biāo)準(zhǔn)信號，這種輸出接口可與PLC、DCS等系統(tǒng)直接連接使用；大部分工業(yè)現(xiàn)場能滿足電源DC24V供電需求；高強(qiáng)度的密閉金屬外殼對內(nèi)部精密電子電路提供屏蔽和保護(hù)，避免電磁信號的干擾和水、霧及其他腐蝕性液體或氣體對內(nèi)部的侵害。
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