渦電流傳感器在測振系統中的應用

(山東科技大學機械電子工程學院 山東 青島 266590)

渦電流傳感器在測振系統中的應用

李家成于蘭浩董漢政李士煦孫超

(山東科技大學機械電子工程學院山東青島266590)

在機械設備故障診斷中要做好對各振動參數的精確測量十分重要，目前用于測振系統的傳感器主要是電磁式傳感器，但其抗干擾能力差、靈敏度差，很難在一些特殊條件下應用，因此研發一種新型傳感器對于改良現階段的測振系統尤為重要。而對于渦電流傳感器來說，這是一種非接觸式傳感器，其測量原理是通過被測物體和傳感器端部之間的距離變化來測定振動位移及幅值，并且不受油污等介質的影響、使用方便、結構簡單，因此可用渦電流傳感器來檢測位移和振動。

振動；位移；渦電流傳感器

一、引言

振動在實際工程中普遍存在，在實際工程中大多說結構承受的動載荷都是隨時間變化的。振動是動力結構所不可避免的，強烈的振動會引起構件裂紋的產生與延伸，最終導致構件疲勞損壞，如果振動加劇就會影響設備的運行精度指標、可靠性和平穩性。機械振動對于大多數工程結構、工業機械和儀器儀表來說都是有害的，它通常是導致機械結構惡性破壞和失效的直接原因。目前，振動分析和振動設計已經成為產品設計中的關鍵環節。

二、系統結構組成

本系統采用正弦穩態激振方法，即給被測件一個單一頻率的、穩定的正弦力，

在被測件達到穩定狀態后，由正弦力與振動響應的幅值比，進而獲得此激振頻率下的幅頻特性值，其原理圖如圖2.1所示：

圖2.1 測振系統原理圖

此系統由激振裝置、被測裝置、測量裝置及單片機系統組成。激振裝置是由功率放大器、電動式激振器、信號發生器等機構組成。被測裝置選的是懸臂梁，采用45號鋼鑄造，需經過熱處理和渡鋅工藝。測量裝置選的是渦電流傳感器，渦電流傳感器具有線性工作范圍大、頻率范圍寬、非接觸式測量和靈敏度高等優點，主要應用于振動位移的測量、靜位移的測量、旋轉機械中監測轉軸振動測量。單片機是一種小而完善的一個計算機系統，集成在電路芯片上，采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU、多種I/O口以和中斷系統、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、定時器/計時器等功能集成到一塊硅片上。在實際測量中，需將激振器的連桿連接在懸臂梁下方并且將渦電流傳感器沿著梁方向固定，在保持穩定激振力的的情況下，由低向高調節信號發生器的頻率f，當測振系統與懸臂梁都處在穩定狀態時方可讀數。當懸臂梁快要共振時，此時要取頻率間隔盡量小一些，以便于找到準確的共振頻率值。若從鍵盤上鍵入輸入信號的幅值，就可以得到不同頻率點的幅值比，最終由打印機打出幅頻特性曲線。

三、電路結構組成

該系統電路結構組成如圖3.1所示：

圖3.1 電路結構圖

振動信號通過傳感器模塊轉化為電壓信號，信號調理模塊即儀表放大器及相關電路將由傳感器轉換的比較弱的電壓信號進行適當的放大，以便于A/D轉換，A/D轉換電路模塊主要功能是把模擬信號轉換為數字信號，以便于單片機進行后續的數據處理。單片機的模塊核心是儀表，根據設計的要求，EPROM里的監控程序具有濾波、數據處理、數據采集等功能。顯示電路模塊將測量結果通過顯示器直觀的顯示出來。人機交互模塊主要是指鍵盤，操作者通過鍵盤向單片機發出指令，單片機根據指令內容產生對應的功能，外擴程序存儲于存儲器內以便于單片機數據處理，通訊接口將數據傳送至PC機以便進行后期處理，如頻譜分析等。

四、結論

該系統的主要結構是渦電流傳感器、表面經過鍍鋅后的懸臂梁、懸臂梁底座、激振器支撐座等。該系統經濟實用、靈敏度高、整體結構簡單緊湊，可以對懸臂梁的動態特性進行測試，同時也可推廣到其它機械振動系統的測量中。

[1]胡海巖.機械振動基礎[M]. 北京: 北京航空航天大學出版社, 2005. 5:20-25

[2]鄭偉中.機床的振動及其防治[J]. 北京: 科學出版社, 2003.10:10-23

[3]陳宇東, 結構振動分析[M]. 吉林大學出版社,2008.11:18-21

[4]張義民, 機械振動[M]. 清華大學出版社,2007.9:55-57

[5]李其朋, 丁凡.新型耐高壓電渦流位移傳感器的研究[J],機床與液壓[M]. 2006.6:34-36

[6]黃長藝, 嚴普強.機械工程測試技術基礎[M].1996.8:66-67

李家成，男，漢族，山東濟南人，碩士，山東科技大學機械電子工程學院，機械工程專業。