振動在許多應用中造成嚴重破壞。從機器軸和軸承到硬盤性能，振動會導致機器損壞，提前更換，性能低下，并嚴重影響精度。

　　使用振動分析作為確定機械問題的具體原因和位置的工具可以加快維修并***大限度地降低成本。振動傳感器可以測量和分析位移，線速度和加速度。這些參數(shù)在數(shù)學上是相關的，并且可以從各種傳感器導出。選擇與位移，速度或加速度成比例的傳感器取決于感興趣的頻率和所涉及的信號電平。

　　區(qū)分振動傳感器的三個主要因素：固有頻率，阻尼系數(shù)和比例因子。比例因子將輸出與加速度輸入相關聯(lián)，并與靈敏度相關聯(lián)。固有頻率和阻尼系數(shù)一起決定了振動傳感器的精度水平。在由彈簧和附著質量組成的系統(tǒng)中，如果你要將質量拉回平衡并釋放質量，質量將向前振動(超過平衡)并向后振動直至其停止。使質量靜止的摩擦力由阻尼系數(shù)確定，質量向前和向后振動的速率是其固有頻率。

　　目前用于振動傳感器的兩種基本壓電材料是合成壓電陶瓷和石英。在壓電傳感器或加速度計中，傳感元件是在受到壓縮時發(fā)射電荷的晶體。晶體與質量結合，使得當它受到“g”力時，質量壓縮晶體并發(fā)出信號。信號值相對于施加的力。

　　晶體連接在中心柱和地震質量之間。壓縮環(huán)或螺柱將預加載力施加到元件組件上，以確保剛性結構和線性行為。在加速度下，質量對傳感晶體產(chǎn)生剪切應力，導致壓電材料產(chǎn)生成比例的電輸出。輸出由電極收集并通過輕質引線傳輸?shù)狡渌娐坊蛑苯觽鬏數(shù)竭B接器。

　　該小加速度信號可以被放大用于加速度測量或者在傳感器內被轉換成速度或位移信號。今天用于振動監(jiān)測的大多數(shù)壓電傳感器包含內部放大器 運算放大器可用于將這些傳感器連接到A / D轉換器，無論是分立的還是微控制器。小心選擇高輸入阻抗運算放大器以***小化電流。

　　記錄后，可以分析振動數(shù)據(jù)以便立即診斷或保存以供以后或更深入的評估，例如，記錄機器運行狀況中涉及的趨勢和歷史，金融和零售環(huán)境中的資產(chǎn)保護，或區(qū)分環(huán)境振動和在ATM，自動售貨機和售票機等應用中的真實攻擊。

　　可以容納傳感元件以承受存在的任何環(huán)境條件。堅固耐用的工業(yè)壓電傳感器固態(tài)結構使其能夠在***惡劣的環(huán)境條件下運行。它們不受污垢，油和大多數(shù)化學氣氛的影響。它們在很寬的溫度范圍內表現(xiàn)良好，并且可以抵抗嚴重沖擊造成的損壞。

　　壓電陶瓷

　　雖然石英和陶瓷都適合成功的振動傳感器設計，但其性能的差異允許設計靈活性。例如，與現(xiàn)代“定制”壓電陶瓷材料相比，天然壓電石英具有較低的電荷靈敏度并且表現(xiàn)出較高的本底噪聲。然而，大多數(shù)振動傳感器制造商現(xiàn)在使用專為傳感器應用開發(fā)的壓電陶瓷材料。特殊配方產(chǎn)生優(yōu)化的特性，可在極端操作環(huán)境中提供準確的數(shù)據(jù) 與石英相比，壓電陶瓷材料極高的輸出靈敏??度使得傳感器的設計具有更高的頻率響應。

　　壓電陶瓷振動傳感器可用于沖擊測量(爆炸和失效測試)，高頻測量和較慢的低頻振動測量。這通過高于平均固有頻率來顯示。然而，該傳感器通常具有毫伏范圍的輸出，并且需要高輸入阻抗，低噪聲檢測器來解釋來自其壓電晶體的電壓。

　　另一個重要的應用是振動能量收集。這將由于機械振動而浪費的能量轉換成可用的電能。該酰胺 Volture例如，振動能量收集器(圖1)使用通常脆性的壓電材料并采用壓電換能器封裝技術。Volture將壓電材料封裝在保護性皮膚中，并帶有預先連接的電引線和無焊線。它外形小巧，可在惡劣環(huán)境中使用，有多種尺寸可供選擇，可與多種應用相媲美，并直接與COTS產(chǎn)品集成。應用包括健康監(jiān)測網(wǎng)絡傳感器，基于狀態(tài)的維護傳感器，無線HVAC傳感器，移動資產(chǎn)跟蹤，輪胎壓力和油氣傳感器，空氣，陸地和海上車輛傳感器，以及電池和硬線電源更換。

　　圖1：Volture能量采集器的典型應用。

　　用于這些應用的加速度計的性能正在急劇增加。例如，ADXL001由ADI公司(圖2)提供高性能和寬的帶寬用于工業(yè)監(jiān)控，醫(yī)療儀器，體育診斷設備，并且其中寬的帶寬，小形狀因數(shù)，低功耗，和高的性能是軍事應用危急。

　　圖2：傳感器頻率響應 - ADI公司的ADXL001。(由Analog Devices提供。)

　　ADXL001的特性包括±70 g，±250 g和±500 g寬帶可用性，22 kHz諧振頻率結構，0.2%滿量程時的高線性度，4 mg /√Hz時的低噪聲，平面內的敏感軸芯片，頻率響應低至DC，全差分信號處理，以及高EMI / RFI阻抗。它還具有低功耗(典型值為2.5 mA)，采用8端子密封陶瓷LCC封裝。

　　另一個有趣的部分是Measurement Specialties 0-1002794-0懸臂壓電薄膜傳感器。該傳感器可以硬安裝在表面上，漂浮在慣性軸上，或者加載質量以預偏置和校準。輸出電壓擺幅可以直接觸發(fā)FET或CMOS輸入，并且可以通過偏移質心獲得多軸響應。當壓電薄膜從機械中性軸偏移時，彎曲在壓電聚合物內產(chǎn)生非常高的應變，因此產(chǎn)生高電壓。當組件通過直接接觸偏轉時，該器件充當靈活的“開關”，并且所產(chǎn)生的輸出足以直接觸發(fā)MOSFET或CMOS級。

　　如果組件由其觸點支撐并且留在“自由空間”中振動(由于夾緊/自由梁的慣性產(chǎn)生彎曲應力)，該裝置將表現(xiàn)為加速度計或振動傳感器。通過夾緊來增加質量或改變元件的自由長度可以改變傳感器的諧振頻率和靈敏度以適應特定應用。

　　振動傳感器的未來使用可能遠遠落后于當今的應用。例如，在美***宇航局的艾姆斯研究中心，工程師正在研究光纖壓力和振動傳感器。在這項研究中，傳感器使用通過暴露于外部場的光纖傳播的光的相位調制。檢索和處理相位調制以確定特定的場特性，通過光纖以高速中繼數(shù)據(jù)。應變，壓力，溫度，聲學和振動等外部干擾會導致光信號中可測量的相位變化，這些變化由光纖的電氣單元測量。潛在的商業(yè)用途包括醫(yī)療應用，例如人工語音盒，其中植入光纖聲學傳感器以放大患者喉嚨的振動，

　　總結

　　全球競爭和企業(yè)績效壓力使生產(chǎn)力成為任何企業(yè)的***要關注點。因此，通過充當機械健康指標，降低工業(yè)設備總體運營成本的一個好方法是機械振動監(jiān)測計劃。用于發(fā)現(xiàn)旋轉部件的不平衡，機器軸，磨損部件或松動軸承的對中問題，振動分析可以揭示即將發(fā)生的機械故障的所有這些明顯因素。

　　利用當今的振動傳感器，數(shù)據(jù)采集和分析技術，振動分析比以往更便宜，更為主流。振動監(jiān)測系統(tǒng)的核心是壓電陶瓷傳感器。本文研究了該傳感器的基本特性和優(yōu)點，并提供了當前可用部件的代表性樣品。有關所討論產(chǎn)品的更多信息，請使用提供的鏈接訪問Digi-Key網(wǎng)站上的產(chǎn)品信息頁面。