基于压电式加速度传感器的船用振动测量仪设计.pdf

2013年第32卷第5期
传感器与微系统( Transducer and Microsystem Technologies
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设计与制造
基于压电式加速度传感器的船用振动测量仪设计
孙倩,尹菲,尚晶
(中船重工第703研究所无锡分部,江苏无锡214151)
摘要:振动测量在提高船舶动力设备的使用寿命和可靠性方面已经成为船舶工程测试的一项重要课
题。为了诊断船舶动力设备的机械故障并监测其运行时振动状态,设计了一种基于压电式加速度传感器,
采用差分运算电路与电压并联负反馈电路实现信号的稳定转换,由巴特沃斯滤波电路等进行信号调理的
船用振动测量仪。该船用振动测量仪输出的电压信号稳定,满足机械设备振动测量的精度要求,且与市面
上大多数的振动分析仪匹配,已在工程中得到了大量应用
关键词:振动;加速度传感器;电压并联负反馈;巴特沃斯滤波
中图分类号:TH86
文献标识码:A
文章编号:10009787(2013)050071-03
Design of marine vibration measuring instrument based on
piezoelectric acceleration transducer
SUN Qian, YIN Fei, SHANG Jing
Wuxi Division of No 703 Research Institute of China Shipbuilding Industry Corporation
Wuxi 214151, China)
Abstract: In the field of improving reliability and prolonging work time of marine power plant, vibration
measuring has been an important subject of marine engineering testing. In order to diagnose mechanical fault and
monitor vibration state of marine power plant, a marine vibration measuring instrument based on piezoelectric
acceleration transducer is designed. Signal is converted stably by differential operational circuit and voltage shunt
negative feedback circuit, Butterworth filtering circuit and other circuits are used to modulate signal. The voltage
signal output of instrument is stable which meets precision requirement for mechanical vibration measuring and
matches most vibration analyzer on market, and has been widely used in engineering
Key words vibration; acceleration transducer; voltage shunt negative feedback; Butterworth filtering
引言
体情况,本文设计了一种基于压电式加速度传感器,量程为
随着现代化工业的发展,船舶动力设备越来越大型、高0~70mm/s,频率为30~300Hz的振动测量仪,用于船舶动
速和复杂,由此产生的振动与噪声问题也越来越突出。机力设备的机械故障诊断和状态监测。
械振动在大多数情况下是有害的,往往会降低机器性能,破
1振动测量仪的工作原理
坏其正常工作,缩短使用寿命,甚至导致事故山。船舶动
振动测量仪一般由振动传感器、转换电路、放大电路、
力设备的剧烈振动将导致轴承等的摩擦磨损,构件的疲劳积分电路和滤波电路等组成。振动测量仪通过振动传感器
破坏等问题。振动测量属于动态传感测试技术2,能够反
将采集到的振动信号转换成对应的电荷量,通过调理电路
映出设备在运行过程的实际振动状态,设计出一种针对船
将电荷量转换成标准模拟量信号,输人振动采集仪或上位
舶动力设备的振动测量仪对日益壮大的船舶事业有着现实
意义。随着振动测试技术的完善,测量精度也越来越受到
机进行显示、分析和处理。振动测量仪的工作原理如图1
人们的重视。船舶动力设备振动测量的条件比较恶劣,测
所示
量环境温度髙,湿度高,因此,对传感器和振动测量仪的稳
振动俏号电荷量
定性与测量准确性要求较高。目前市面上大多数振动分析
仪器的输入信号为交流电压0~5V,而船舶动力设备所关
图1振动測量仪工作原理
心的振动频率范围一般集中在30~300Hz,针对这些具
Working principle of vibration measuring instrument
收稿日期:2013-02-26