振动传感器

中文名称：

振动传感器

英文名称：

vibration transducer

定义：

能感受机械运动振动的参量(振动速度、频率，加速度等)并转换成可用输出信号的传感器。

所属学科：

机械工程（一级学科）；传感器（二级学科）；物理量传感器（三级学科）

在高度发展的现代工业中，现代测试技术向数字化、信息化方向发展已成必然发展趋势，而测试系统的最前端是传感器，它是整个测试系统的灵魂，被世界各国列为尖端技术，特别是近几年快速发展的IC技术和计算机技术，为传感器的发展提供了良好与可靠的科学技术基础。使传感器的发展日新月益，且数字化、多功能与智能化是现代传感器发展的重要特征。

　　在工程振动测试领域中，测试手段与方法多种多样，但是按各种参数的测量方法及测量过程的物理性质来分，可以分成三类。

　　 将工程振动的参量转换成机械信号，再经机械系统放大后，进行测量、记录，常用的仪器有杠杆式测振仪和盖格尔测振仪，它能测量的频率较低，精度也较差。但在现场测试时较为简单方便。

　　将工程振动的参量转换为光学信号，经光学系统放大后显示和记录。如读数显微镜和激光测振仪等。

　　将工程振动的参量转换成电信号，经电子线路放大后显示和记录。电测法的要点在于先将机械振动量转换为电量（电动势、电荷、及其它电量），然后再对电量进行测量，从而得到所要测量的机械量。这是目前应用得最广泛的测量方法。

　　上述三种测量方法的物理性质虽然各不相同，但是，组成的测量系统基本相同，它们都包含拾振、测量放大线路和显示记录三个环节。

　　1、拾振环节。把被测的机械振动量转换为机械的、光学的或电的信号，完成这项转换工作的器件叫传感器。

　　2、测量线路。测量线路的种类甚多，它们都是针对各种传感器的变换原理而设计的。比如，专配压电式传感器的测量线路有电压放大器、电荷放大器等；此外，还有积分线路、微分线路、滤波线路、归一化装置等等。

　　3、信号分析及显示、记录环节。从测量线路输出的电压信号，可按测量的要求输入给信号分析仪或输送给显示仪器（如电子电压表、示波器、相位计等）、记录设备（如光线示波器、磁带记录仪、X—Y 记录仪等）等。也可在必要时记录在磁带上，然后再输入到信号分析仪进行各种分析处理，从而得到最终结果。

　　振动传感器在测试技术中是关键部件之一，它的作用主要是将机械量接收下来，并转换为与之成比例的电量。由于它也是一种机电转换装置。所以我们有时也称它为换能器、拾振器等。

　　振动传感器并不是直接将原始要测的机械量转变为电量，而是将原始要测的机械量做为振动传感器的输入量，然后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变换的机械量，最后由机电变换部分再将变换为电量。因此一个传感器的工作性能是由机械接收部分和机电变换部分的工作性能来决定的。

　　1、相对式机械接收原理

　　由于机械运动是物质运动的最简单的形式，因此人们最先想到的是用机械方法测量振动，从而制造出了机械式测振仪（如盖格尔测振仪等）。传感器的机械接收原理就是建立在此基础上的。相对式测振仪的工作接收原理是在测量时，把仪器固定在不动的支架上，使触杆与被测物体的振动方向一致，并借弹簧的弹性力与被测物体表面相接触，当物体振动时，触杆就跟随它一起运动，并推动记录笔杆在移动的纸带上描绘出振动物体的位移随时间的变化曲线，根据这个记录曲线可以计算出位移的大小及频率等参数。

　　由此可知，相对式机械接收部分所测得的结果是被测物体相对于参考体的相对振动，只有当参考体绝对不动时，才能测得被测物体的绝对振动。这样，就发生一个问题，当需要测的是绝对振动，但又找不到不动的参考点时，这类仪器就无用武之地。例如：在行驶的内燃机车上测试内燃机车的振动，在地震时测量地面及楼房的振动……，都不存在一个不动的参考点。在这种情况下，我们必须用另一种测量方式的测振仪进行测量，即利用惯性式测振仪。

　　2、惯性式机械接收原理

　　惯性式机械测振仪测振时，是将测振仪直接固定在被测振动物体的测点上，当传感器外壳随被测振动物体运动时，由弹性支承的惯性质量块将与外壳发生相对运动，则装在质量块上的记录笔就可记录下质量元件与外壳的相对振动位移幅值，然后利用惯性质量块与外壳的相对振动位移的关系式，即可求出被测物体的绝对振动位移波形。

　　一般来说，振动传感器在机械接收原理方面，只有相对式、惯性式两种，但在机电变换方面，由于变换方法和性质不同，其种类繁多，应用范围也极其广泛。

　　在现代振动测量中所用的传感器，已不是传统概念上独立的机械测量装置，它仅是整个测量系统中的一个环节，且与后续的电子线路紧密相关。

　　由于传感器内部机电变换原理的不同，输出的电量也各不相同。有的是将机械量的变化变换为电动势、电荷的变化，有的是将机械振动量的变化变换为电阻、电感等电参量的变化。一般说来，这些电量并不能直接被后续的显示、记录、分析仪器所接受。因此针对不同机电变换原理的传感器，必须附以专配的测量线路。测量线路的作用是将传感器的输出电量最后变为后续显示、分析仪器所能接受的一般电压信号。因此，振动传感器按其功能可有以下几种分类方法：

　　按机械接收原理分：相对式、惯性式；

　　以上三种分类法中的传感器是相容的。

　　电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。

　　相对式电动传感器从机械接收原理来说，是一个位移传感器，由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律，其产生的电动势同被测振动速度成正比，所以它实际上是一个速度传感器。

　　电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的。电涡流传感器具有频率范围宽（0～10 kHZ），线性工作范围大、灵敏度高以及非接触式测量等优点，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中监测转轴的振动测量。

　　依据传感器的相对式机械接收原理，电感式传感器能把被测的机械振动参数的变化转换成为电参量信号的变化。因此，电感传感器有二种形式，一是可变间隙，二是可变导磁面积。

　　电容式传感器一般分为两种类型。即可变间隙式和可变公共面积式。可变间隙式可以测量直线振动的位移。可变面积式可以测量扭转振动的角位移。

　　惯性式电动传感器由固定部分、可动部分以及支承弹簧部分所组成。为了使传感器工作在位移传感器状态，其可动部分的质量应该足够的大，而支承弹簧的刚度应该足够的小，也就是让传感器具有足够低的固有频率。

　　根据电磁感应定律，感应电动势为：u=Blx&r

　　式中B为磁通密度，l为线圈在磁场内的有效长度， r x&为线圈在磁场中的相对速度。

　　从传感器的结构上来说，惯性式电动传感器是一个位移传感器。然而由于其输出的电信号是由电磁感应产生，根据电磁感应电律，当线圈在磁场中作相对运动时，所感生的电动势与线圈切割磁力线的速度成正比。因此就传感器的输出信号来说，感应电动势是同被测振动速度成正比的，所以它实际上是一个速度传感器。

　　压电式加速度传感器的机械接收部分是惯性式加速度机械接收原理，机电部分利用的是压电晶体的正压电效应。其原理是某些晶体（如人工极化陶瓷、压电石英晶体等，不同的压电材料具有不同的压电系数，一般都可以在压电材料性能表中查到。）在一定方向的外力作用下或承受变形时，它的晶体面或极化面上将有电荷产生，这种从机械能（力，变形）到电能（电荷，电场）的变换称为正压电效应。而从电能（电场，电压）到机械能（变形，力）的变换称为逆压电效应。

　　因此利用晶体的压电效应，可以制成测力传感器，在振动测量中，由于压电晶体所受的力是惯性质量块的牵连惯性力，所产生的电荷数与加速度大小成正比，所以压电式传感器是加速度传感器。

　　在振动试验中，除了测量振动，还经常需要测量对试件施加的动态激振力。压电式力传感器具有频率范围宽、动态范围大、体积小和重量轻等优点，因而获得广泛应用。压电式力传感器的工作原理是利用压电晶体的压电效应，即压电式力传感器的输出电荷信号与外力成正比。

　　阻抗头是一种综合性传感器。它集压电式力传感器和压电式加速度传感器于一体，其作用是在力传递点测量激振力的同时测量该点的运动响应。因此阻抗头由两部分组成，一部分是力传感器，另一部分是加速度传感器，它的优点是，保证测量点的响应就是激振点的响应。使用时将小头（测力端）连向结构，大头（测量加速度）与激振器的施力杆相连。从“力信号输出端”测量激振力的信号，从“加速度信号输出端”测量加速度的响应信号。

　　注意，阻抗头一般只能承受轻载荷，因而只可以用于轻型的结构、机械部件以及材料试样的测量。无论是力传感器还是阻抗头，其信号转换元件都是压电晶体，因而其测量线路均应是电压放大器或电荷放大器。

　　电阻式应变式传感器是将被测的机械振动量转换成传感元件电阻的变化量。实现这种机电转换的传感元件有多种形式，其中最常见的是电阻应变式的传感器。

　　电阻应变片的工作原理为：应变片粘贴在某试件上时，试件受力变形，应变片原长变化，从而应变片阻值变化，实验证明，在试件的弹性变化范围内，应变片电阻的相对变化和其长度的相对变化成正比。

　　ATM专用系列震动传感器YT-JB3 震动探测器YT-JB3振动入侵探测器通过公安部门权威检验,CCC认证，EMC认证是银行入围产品，行业领先,质量保证。 自动取款机ATM震动探测器YT-JB3开关亮信号，全向探测，探测灵敏度可调，报警时间、距离可设置，探测方向可调。输出周期为2秒-180秒可设置，具有多种输出方式，包含开关量输出、电压输出、以及常开和常闭输出选择。可直接带动警号、警灯或联动灯光、电话拔号器。并且可以调节灵敏度和延迟时间，使用非常方便。输出2组信号，第一组：可实现远程报警，（可与报警主机或报警控制器、硬盘录像机、监控主机、110连接）。第二组：本地现场报警（可与警号，警笛，喇叭，声光报警器等设备连接）YT-JB3系列振动传感器,是一种集振动和位移检测于一身的全方信固态控制器件,是目前作为震动报警和状态检测的最佳选择,传感部分采用目前最先进固态加速度检测器件,既对振动有很高的检测灵敏度,又对周围环境的声音信号抑制,具有很强的搞干扰能力,可广泛应用于各种墙体、ATM取款机、基站、玻璃、保险柜、金库、库房门窗、驾校电子桩碰撞振动、机动车等场合的防盗装置中防撬防砸 防破坏。特别适用于ATM监控系统中。YT-JB3系列振动传感器，内部含有专用的控制芯片,及震动分析电路。具有多种输出方式，包含开关量输出、电压输出、以及常开和常闭输出选择。可直接带动警号、警灯或联动灯光、电话拔号器。并且可以调节灵敏度和延迟时间，使用非常方便。

　　微处理器控制，探测和分析处理一体化，灵敏度高低两档设置并连续可调，振动脉冲计数分析0，2，4，6次可调

　　适用各种砖、混凝土、木头、金属墙体和玻璃等，防护半径：0.5-4米，可多只串联使用增大防护面积，

　　可用于墙振动入侵探测器、ATM机振动入侵探测器、地音振动入侵探测器、报警控制器银行ATM、金库、仓库、保险柜、展品柜等防护，常闭输出，自动复位或锁存，防拆本产品适用于各种结构的银行金库、部队的武器库、国家炸药库、毒品库、贵重物资库等的安全防护。

　　由于YT-JB3系列器件工作在固态检测方式,故不存在机械疲劳,灵敏度降低,误触发和受环境湿度温度影响等不良现象,具有很好的一致性。它相比之于无源的振动传感器，具有极高的可靠性。

　　防护范围：砖墙3.5米、钢板3米、木板3.5米、混凝土1.5米、复合板4米、石膏板2.5米、玻璃3.5米；

　　产品说明

　　智能震动探测器采用最新科技piezo压电式技术传感器与数字信号处理相结合，对震动信号的频率、震幅强弱和持续时间进行精密的震动信号分析和处理，以区分处理真正的攻击行为和自然环境的震动干扰,确保快速可靠的最佳探测性能和超强的抗误报功能，特别适合用于保护ATM取款机、自动柜员机、保险箱、金库和门窗等防敲击物体。

　　本产品安装简易,无须连接震动分析仪, 独立的报警信号直接输出与报警主机连接(当破坏者进行破坏时,震动探测器会向报警主机传输信号直接到110报警中心);双重可调节探测灵敏度（灵敏度的高低或强弱可调）,用户可以根据现场的保护环境进行设置调节灵敏度，从而达到最佳的探测效果。对于屋外的风、雨或路过汽车等引起的干扰不会产生误报,但对入侵者在室外对被防护的物体对像进行推、打、钻孔或者用电锯进行破坏等敲击震荡却有极高的灵敏度!

　　目前国内销量最大、性能最稳定、价格最具优势的智能震动探测器。

　　震动探测器是以探测入侵者走动或破坏活动时产生的震动信号来触发报警的探测器。震动传感器是震动探测器的核心部件。常用的震动探测器有位移式传感器（机械式）、速度传感器（电动式）、加速度传感器（压电晶体式）等，震动探测器基本上属于面控制型探测器。

　　常见的有水银式、重锤式、钢球式。当直接或间接受到机械冲击震动时，水银珠、钢珠、重锤都会离开原来的位置而出发报警。这种传感器灵敏度低、控制范围小，只适合小范围控制，如门窗、保险柜、局部的墙体。钢珠式虽然可以用于建筑物，但只有4m2左右，很少使用。

　　解速度传感器一般选用电动式传感器，由永久磁铁、线圈、弹簧、阻尼器和壳体组成。这种传感器灵敏度高，探测范围大，稳定性好，但加工工艺较高，价格较高。

　　加速度传感器一般是压电式加速度计，是利用压电材料因震动产生的机械形变而产生电荷，由此电荷的大小来判断震动的幅度，同时籍此电路来调整灵敏度。

　　震动探测器应该与探测面安装牢固，否则不易感受到震动，应该远离震动干扰源。

　　产品使用说

　　一、YT-JB3A震动传感器应用：特别设计作金属和水泥墙防破坏用，适用于保险箱、金属门、密室、钱箱和银行水泥墙、自动柜员机、ATM取款机、保险箱等防击防敲物体等保护防盗保险柜

　　是针对ATM/自助银行系统而设计研发的一种新型高灵敏度全向振动传感器，具有全向检测、灵敏度可调、高抗干扰能力、产品一致性和互换性好、体积小、可靠性高、价格低等特点。

　　二YT-JB3振动传感器主要性能：

　　灵敏度： 高低可调

　　一致性及互换性： 好

　　可靠性及抗干扰： 无误触发、抗干扰强

　　自动复位： 自动复位性强

　　信号的后期处理： 简单

　　输出信号： 开关信号，外观小巧，安装调试方便。

　　无需外接振动分析板： 产品内部设计振动分析放大电路

　　三、YT-JB3主要性能参数：

　　1、工作电压：12VDC（红线V+ 屏蔽线V-）；

　　2、灵敏度：大于等于0.2g；

　　3、频率范围：0.5HZ～20HZ；

　　4、工作温度范围：-10℃～50℃；

　　5、体积： 6.0㎝×4.5㎝×2.1㎝

　　6、检测方向：全向。

　　7、信号输出：开关信号（黄/白线）；

　　8、输出脉冲宽度：与振动信号幅度成正比；

　　

　四、使用中注意的问题：

　　YT-JB3振动传感器与其他的振动传感器一样，安装时使用粘结胶固定，以减小振动源至传感器之间的信号衰减。