(山東科技大學(xué)機械電子工程學(xué)院 山東 青島 266590)

渦電流傳感器在測振系統(tǒng)中的應(yīng)用

李家成于蘭浩董漢政李士煦孫超

(山東科技大學(xué)機械電子工程學(xué)院山東青島266590)

在機械設(shè)備故障診斷中要做好對各振動參數(shù)的精確測量十分重要，目前用于測振系統(tǒng)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(yīng)用，因此研發(fā)一種新型傳感器對于改良現(xiàn)階段的測振系統(tǒng)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(zhì)的影響、使用方便、結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)承受的動載荷都是隨時間變化的。振動是動力結(jié)構(gòu)所不可避免的，強烈的振動會引起構(gòu)件裂紋的產(chǎn)生與延伸，最終導(dǎo)致構(gòu)件疲勞損壞，如果振動加劇就會影響設(shè)備的運行精度指標(biāo)、可靠性和平穩(wěn)性。機械振動對于大多數(shù)工程結(jié)構(gòu)、工業(yè)機械和儀器儀表來說都是有害的，它通常是導(dǎo)致機械結(jié)構(gòu)惡性破壞和失效的直接原因。目前，振動分析和振動設(shè)計已經(jīng)成為產(chǎn)品設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

本系統(tǒng)采用正弦穩(wěn)態(tài)激振方法，即給被測件一個單一頻率的、穩(wěn)定的正弦力，

在被測件達到穩(wěn)定狀態(tài)后，由正弦力與振動響應(yīng)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(tǒng)原理圖

此系統(tǒng)由激振裝置、被測裝置、測量裝置及單片機系統(tǒng)組成。激振裝置是由功率放大器、電動式激振器、信號發(fā)生器等機構(gòu)組成。被測裝置選的是懸臂梁，采用45號鋼鑄造，需經(jīng)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(yōu)點，主要應(yīng)用于振動位移的測量、靜位移的測量、旋轉(zhuǎn)機械中監(jiān)測轉(zhuǎn)軸振動測量。單片機是一種小而完善的一個計算機系統(tǒng)，集成在電路芯片上，采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、多種I/O口以和中斷系統(tǒng)、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(wěn)定激振力的的情況下，由低向高調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的頻率f，當(dāng)測振系統(tǒng)與懸臂梁都處在穩(wěn)定狀態(tài)時方可讀數(shù)。當(dāng)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(zhǔn)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(jié)構(gòu)組成

該系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)組成如圖3.1所示：

圖3.1 電路結(jié)構(gòu)圖

振動信號通過傳感器模塊轉(zhuǎn)化為電壓信號，信號調(diào)理模塊即儀表放大器及相關(guān)電路將由傳感器轉(zhuǎn)換的比較弱的電壓信號進行適當(dāng)?shù)姆糯?，以便于A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換電路模塊主要功能是把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便于單片機進行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。單片機的模塊核心是儀表，根據(jù)設(shè)計的要求，EPROM里的監(jiān)控程序具有濾波、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)采集等功能。顯示電路模塊將測量結(jié)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(fā)出指令，單片機根據(jù)指令內(nèi)容產(chǎn)生對應(yīng)的功能，外擴程序存儲于存儲器內(nèi)以便于單片機數(shù)據(jù)處理，通訊接口將數(shù)據(jù)傳送至PC機以便進行后期處理，如頻譜分析等。

四、結(jié)論

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

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李家成，男，漢族，山東濟南人，碩士，山東科技大學(xué)機械電子工程學(xué)院，機械工程專業(yè)。