電信號(hào)測量方式振動(dòng)傳感器的簡要分析

  一、引言
  振動(dòng)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(dòng)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(duì)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(yàn),在電信號(hào)測量方法振動(dòng)傳感器的研發(fā)、制造、工程方面積累了一定經(jīng)驗(yàn),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(dòng)傳感器類別
  1、
按其測量方式分類:
   機(jī)械測量方式:將工程振動(dòng)的參量轉(zhuǎn)換成機(jī)械信號(hào),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(shí)只能做簡要估算;
 
   光學(xué)測量方式:將工程振動(dòng)的參量轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號(hào),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(duì)工作現(xiàn)場的溫度、濕度、光照有一定要求;
 
   電信號(hào)測量方式:將工程振動(dòng)的壓力變化、磁場變化,轉(zhuǎn)換成電信號(hào),電信號(hào)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(hào)測量方式而獲得快速發(fā)展,這種測量方式精度高,對(duì)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?、電感量、電容量等可測量的線性電信號(hào)的變化;針對(duì)輸出的電信號(hào)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(duì)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(duì)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(duì)電信號(hào)測量方式振動(dòng)傳感器來討論。
 
  三、電信號(hào)測量方式振動(dòng)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(hào),它具有精度高,穩(wěn)定性好,工作溫度范圍寬等特點(diǎn);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(duì);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(duì)設(shè)備在不同維度上的振動(dòng)都可以監(jiān)測。

  使用AD公司的單電源,高精度運(yùn)放對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行放大,再通過信號(hào)調(diào)整電路,將信號(hào)引入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,我們選用TI公司的TLC2543做信號(hào)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(shí)鐘信號(hào),具有三重自檢功能,允許11路模擬信號(hào)輸入,即可以作為同路信號(hào)的互相檢驗(yàn),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(hào),實(shí)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(diǎn)。
 
 

  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(hào)測量方式振動(dòng)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(hào):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(dòng)源上 ;
  使用環(huán)境:溫 度 -40℃~60℃ 、相對(duì)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(hào)、輸出阻抗是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),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(duì)內(nèi)部精密電子電路提供屏蔽和保護(hù),避免電磁信號(hào)的干擾和水、霧及其他腐蝕性液體或氣體對(duì)內(nèi)部的侵害。



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