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传感器、速度传感器和加速度传感器的区别?-toc" style="margin-left:0px;">一、位移传感器、速度传感器和加速度传感器的区别

二、一般的振动评价（国标中说明用于监测与验收）

变送器（振动速度）-toc" style="margin-left:0px;">三、振动变送器(振动速度)

振动传感器（加速度传感器）-toc" style="margin-left:0px;">四、振动传感器(加速度传感器)

5.是否有必要将加速度传感器收集的加速度值转换为位移

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一、位移传感器、速度传感器和加速度传感器的区别

1, 按频率范围分 , 可分为低频振动 :f<10Hz 中频振动 :f=10~1000Hz 高频振动 :f>1000Hz

2, 振动位移具体反映了间隙的大小 , 振动速度反映了能量的大小 , 振动加速反映了冲击的大小。也可以认为 , 在低频范围内 , 振动强度与位移成正比 ; 在中频范围内 , 振动强度与速度成正比 ; 在高频范围内 , 振动强度与加速度成正比。正是因为上述原因 , 在工厂的实际应用中 , 通常情况下 , 大机组转子的振动用振动位移的峰峰值 [μm] 表示 , 用安装在轴承上的非接触式涡流位移传感器测量转子轴颈的振动 ; 大机组轴承箱、缸体、中小型泵振动振动速度的有效值 [mm/s] 表示 , 测量安装在机器外壳上的磁电速度传感器或压电加速度传感器 ; 振动加速的单峰值 [g] 表示 , 用加速传感器测量。

需要说明的是 , 时域波形的峰值位置因三种传感器而异 , 因为峰值在三个传感器中具有不同的物理意义。就加速传感器而言 , 峰值反映了该点的最大间隙 ; 就速度传感器而言 , 峰值反映了该点的最大能量 ; 就加速传感器而言 , 峰值反映了该点的最大冲击力

二、一般振动评价(国家标准规定用于监测验收)

当评估旋转机的宽带振动时，振动速度的均方根通常会根据经验来考虑，因为这个值与振动能有关。也可以选择其他量，如位移、加速度和取代均方根的峰值。在这种情况下，需要另一个标准，它们可能与基于均方根的标准没有简单的联系。

均方根振动速度：

三、振动变送器(振动速度)

振动变送器的原理，通过积分放大，真正有效的转换，获得振动速度均方根，

真有效值RMS如何准确测量？

RMS是什么

RMS即真有效值是交流信号范围的基本量度，可以从实用的角度和数学的角度来定义。

从实际角度来看，交流信号的真实有效值等于在同一电阻负载上产生相同热量所需的直流。例如，1V真实有效的交流信号和1V直流信号在同一电阻上产生相同的热量。

从数学的角度来看，真正的有效值相当于零平均统计信号的标准偏差。这包括寻找信号的平方，取平均值，然后获得其平方根。取平均时间与信号的特性有关。对于周期信号，可以使用完整的周期进行平均值，但对于非周期信号，平均值必须足够长，以便在所需的最低近似工作频率进行过滤。

数学定义推导

按照RMS交流信号的定义RMS值等于在同一电阻负载上产生相同热量所需的直流。因此，真正的有效值是从热量的角度定义的。根据热量的定义，有以下公式：

真正有效的数学定义

推导获得真实有效值的数学定义，相当于平方和平均被测信号的实时采样值，然后开方。寻求平均值是一个稳定变化信号的操作。对于周期信号，由于其周期变化，只要评估其完整周期，其结果就是一个稳定值，因此平均时间t可以周期信号的n个完整周期T。对于非周期信号，由于其变化不规则，只能在保证测量结果输出的前提下尽可能长时间平均。

对于周期信号，当Δt我们可以得到无限的小时RMS值得积分表达形式：

模拟测量简介

热真有效值转换

理论上，热转换是最简单、最直接的方法，但实际上，它是最难实现、最昂贵的方法。该方法涉及将未知交流信号的热值与已知校准直流基准电压的热值进行比较，测量框图如图1所示。基准电阻R2和信号电阻R1的等效参数模型必须完全相似，并且类似于纯电阻。S1和S2.两个性能完全相同的热电转换器，将R1和R2产生的热量转换为电形式，热隔离带用于阻断R1和R2之间的热传递，所以最终A2将调整直流输出值，使基准电阻R2与信号电阻R1之间的温差为零，这两个匹配电阻的功耗完全相同。因此，根据真实有效值的基本定义，直流基准电压值将等于未知信号电压的真实有效值。

模型很简单，也很容易理解，但每个热单元都必须含有稳定的低温系数电阻R1和R2.电阻和线性温度电压转换器S1和S发生热接触，并保证热传递性能一致。

图1所示的电路框图对设备和系统有严格的要求，但通常误差小，宽带宽优点大。然而，热转换单元R1和 S1、R2和S2有一定的固定时间常数，所以稳定频率过低的信号需要很长时间，温度波动会很大，所以这个真正有效的值计算方案的低频性能不好。

显式计算

显式计算是根据真实有效值的数学定义计算每一步。除了热角的定义外，还有一个数学定义，包括寻求信号的平方、取平均值和获取平方根。显然，显示计算是利用乘法器和操作放大器直接计算平方、平均和平方根。平方可以用乘法器完成，平均可以用低通滤波器完成，开方可以使用运放和乘法器完成。

显式计算法框图如图2所示，因为是连续的模拟测量，所以选择性能优秀的乘法器和运放可以实现相对不错的精度和带宽。但是因为经过平方器后的信号振幅范围会变得更大，为保证后级电路能够进一步处理，必须限制信号的动态范围，因此显式计算方法的动态范围有限。例如，如果输入信号的动态变化范围为20dB（1V至10V的输入），那么平方器输出信号的动态范围将达到40dB（平方器输出=1V至100V）。因此这类方法如果是单级运算则输入动态范围最大约为10:1，则最大可以实现20dB的动态范围。

图2 显式计算框图

隐式计算

另外一种更好的计算方案是利用反馈在电路输入处隐式或间接地进行求平方根计算，如图3所示。平均值信号除以输出的平均值后，将与输入的真有效值呈线性变化，而非平方关系。与显式真有效值电路相比，这种隐式电路明显扩大了输入的动态范围。隐式计算的公式如下：

 

隐式真有效值计算与其它方法相比具有器件较少、动态范围较大、成本通常较低的优点。它的缺点是带宽一般比热真有效值计算或显式计算法要窄。隐式计算方案可以使用直接乘法和除法，或者使用一种对数-反对数电路技术。

图3 隐式计算框图

数字测量简介

模拟测量可以连续进行测量，给出测量结果，但是一般带宽和精度相对较低，因为其使用了低通滤波器进行平均运算，如果实现测量结果稳定，则必须使用极低的截止频率，而截止频率低这会导致测量速度非常慢。

一种更高精度、更高带宽、更快速度的测试方法就是使用数字方法进行测量。数字测量使用前面推导的数字定义的公式，将模拟信号离散化，离散过程就是ADC对模拟信号采样的过程，如图4所示示意了一个3位分辨率的ADC对正弦信号离散化的过程。当采样率远远高于被测信号的频率时，即ADC的两个采样结果之间的时间间隔Δt非常短，这时我们可以近似认为在Δt时间内被测信号的值没有变化，就是ADC的采样值。然后我们利用真有效值的数学定义进行运算即可得出真有效值。对于周期信号，我们可以使用一个或者多种周期进行运算，对于没有明显周期的信号，我们可以规定一定时间计算一次真有效值。

图4 ADC采样示意图

四、振动传感器（加速度传感器）

加速度传感器IEPE，IPC压电式传感器，需要恒流源供电并消除电压偏置电压，才能变成标准的电压信号（0-10V）。

 

五、加速度传感器采集的加速度值有没有必要转换为位移量 

加速度信号转换为位移量可以通过两种方法 : 时域积分和频域积分。在时域中积分 , 方法简单 , 但由于测试上原因 , 所测得的加速度信号均值不为零 , 经二次积分后 , 位移振幅值将产生严重偏移趋势项 , 极大影响测量的准确程度。理论上加速度在时域上进行两次积分可以得到位移 , 但实际的结果却不一定如想象中的那么理想。我曾经将测得的加速度经过两次积分后想获得速度 , 但积分的结果却与现实有很大的偏差 ( 如图 1 。经分析并请教高手后个人认为用加速度在时域上进行积分获得位移存在以下问题 :

1 、测试获得的加速度中存在很多成分 , 在进行积分前必须对信号进行处理 , 否则积分的结果肯定会出现问题 ;

2 、无论是硬件积分还是软件积分均存在低频放大高频截止的特性。在用加速度进行二次积分得到位移的过程中因存在误差放大 , 积分结果误差较大。建议不进行二次积分。

3 、如果真的可以用加速度进行积分可以获得速度和加速度的话 , 那厂家也就不需要再花昂贵的代价去生产速度及位移传感器。

从现场采集的信号 , 比如加速度信号 , 实质上是连续信号 , 是不定积分的范畴。而目前很多积分算法 , 都是定积分的算法 , 当然积分出来的结果不理想了 ! 积分中 , 特别对于信号中的低频 , 是很难积分的 , 因为积分一下 , 就要出现一个转频 , 还是在分母上 , 频率很低时 , 其倒数接近无穷大。如何很好处理低频 , 是积分的关键。有人会想到滤波 , 那就要涉及滤波器的设计了 , 选择什么样的滤波器 , 把那些频率滤掉 , 是一个很关键的问题 , 只要有滤波 , 就预示着原信号的能量被滤掉一部分 , 直接影响到积分后的振动幅值的大小 , 如果再滤波滤的不太合理的话 , 那误差就更大 , 失去了积分的意义了 !

积分低频问题有两种 , 一种是所谓的零位 , 这一般是由仪器或传感器产生的 , 真实振动不会有直流成分 , 所以积分前可以将直流成分去掉 ( 去均值 , 还有一种我称为趋势项 , 这个也不是振动信号 , 主要是由传感器或仪器的温漂或零漂引起的 , 用一般方法很难去掉 , 当然也不是完全没办法 , 可用 EMD 分解求得趋势项然后去掉 , 这个又比较麻烦 , 所以最快捷有效的方法还是高通滤波 , 设计尽可能好的滤波器 , 截止频率尽可能低以减少能量损失 , 衰减尽可能陡 , 一般能满足工程要求 , 当然如果考虑相位的话 , 就要选择零相位或线性相位滤波了。至于频域积分 , 主要是丢失了相位信息 , 其实对于旋转机械信号来说 , 两者差别并不是很大 , 都可以接受 , 相位除外。

第二 , 频域积分。频域积分据说相对稳定一些 , 不过存在相位误差的问题。但是本人没有试验成功 , 也没有找到理论根据 ,