盛竟茹　李振　樊雅麗

摘 要：本文以某型機發(fā)動機振動加速度監(jiān)測系統(tǒng)為研究對象，通過對傳統(tǒng)電磁感應(yīng)測振和壓電效應(yīng)測振原理進行比較，介紹了一種新型振動加速度監(jiān)測系統(tǒng)，可以代替原系統(tǒng)，使發(fā)動機振動參數(shù)輸出更加穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：振動監(jiān)測；壓電效應(yīng)；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.138

1 引言

發(fā)動機振動是衡量發(fā)動機工作品質(zhì)的一個重要參數(shù)，振動過大會加速機件的疲勞損壞，降低發(fā)動機工作壽命。振動加速度監(jiān)測系統(tǒng)是采集測量發(fā)動機振動參數(shù)重要系統(tǒng)。某型飛機在用戶使用過程中，頻繁暴露出發(fā)動機振動參數(shù)采集顯示不穩(wěn)定問題，進一步分析發(fā)現(xiàn)主要原因為發(fā)動機振動速度傳感器故障所致，由于振動速度傳感器為機械振子式結(jié)構(gòu)，受材料和振動環(huán)境影響，隨著使用時間增長，產(chǎn)品可靠性逐漸降低。本文通過原理分析，介紹了一種基于壓電效應(yīng)的振動加速度檢測系統(tǒng)。

2 發(fā)動機振動加速度監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 發(fā)動機振動加速度監(jiān)測系統(tǒng)組成

發(fā)動機振動監(jiān)測系統(tǒng)包含振動速度傳感器和加速度放大器兩部分。振動速度傳感器感受垂直方向的振動加速度（基于電磁感應(yīng)原理，傳感器輸出的交流信號電壓值與發(fā)動機的垂直振動速度成正比），交流信號經(jīng)振動放大器轉(zhuǎn)換成線性電壓信號，直接供發(fā)參系統(tǒng)采集顯示。發(fā)動機的早期機械故障都可以通過振動值驟增表現(xiàn)出來，通過對發(fā)動機振動值的監(jiān)測，可以提前發(fā)現(xiàn)故障并防止事故發(fā)生， 達到延長發(fā)動機使用壽命。

2.2 振動速度傳感器

傳感器為電動式傳感器，是一種測量機械振動的地震式拾振器。當(dāng)傳感器殼體隨發(fā)動機一起振動時，其內(nèi)部活動系統(tǒng)則保持在相對靜止的位置上，能確切地反映出發(fā)動機的實際振動。傳感器的電氣工作原理是基于電磁感應(yīng)法則。當(dāng)永久磁鐵的磁力線經(jīng)過兩個空氣隙傳感器的殼體所閉合，并被在空氣隙中的與殼體剛性聯(lián)結(jié)的線圈相切割時，在線圈中感應(yīng)出與兩者相對速度成正比的電動勢。

2.3 振動加速度放大器

放大器是系統(tǒng)的電子部件，它將來自傳感器的交流電壓信號通過濾波，放大，檢波等處理后傳送給指示器進行指示，同時還有一路送給記錄裝置進行記錄。放大器的結(jié)構(gòu)為按功能單元級連接組成，每個功能單元由一個至多個運算放大器和必要的外圍電路構(gòu)成，組成電路的功能單元有同相跟隨器、選頻放大器、比例放大器、全波檢波器、延遲電壓比較器、多諧振蕩器和直流穩(wěn)壓器等組成。

3 發(fā)動機振動加速度監(jiān)測系統(tǒng)故障分析

由于振動加速度傳感器自身固有振動頻率與發(fā)動機工作區(qū)振動中心頻帶接近，導(dǎo)致振動傳感器與發(fā)動機發(fā)生諧振，造成振動指示值偏大且指示不穩(wěn)定。另外，振動速度傳感器在受到小于20Hz的低頻振動（振動加速度大于1.5g）時，傳感器內(nèi)部的振子組件會撞擊殼體，致使其輸出信號的波形發(fā)生畸變（正常情況為正弦波）從而導(dǎo)致整個振動加速度監(jiān)測系統(tǒng)的指示值變大。

雖然可以通過更換振子材料（降低傳感器固有頻率）、增大振子組件與殼體間隙等措施解決上述問題，但研制更加可靠的產(chǎn)品從功能和性能上替代原產(chǎn)品已經(jīng)刻不容緩。

4 基于壓電效應(yīng)的發(fā)動機振動加速度監(jiān)測系統(tǒng)

4.1 壓電效應(yīng)原理

壓電效應(yīng)原理是某些晶體（如人工極化陶瓷、壓電石英晶體等，不同的壓電材料具有不同的壓電系數(shù)，一般都可以在壓電材料性能表中查到）在一定方向的外力作用下或承受變形時，它的晶體面或極化面上有電荷產(chǎn)生[1]。

4.2 新型振動速度傳感器

新型振動傳感器可以利用壓電材料的壓電效應(yīng)原理制作。在壓電材料的特定極化方向上加上質(zhì)量塊，并進行一定量值的預(yù)緊以達到剛性連接的要求。當(dāng)壓電材料受到加速度作用時，在壓電材料表面會產(chǎn)生與之成比例的電荷信號，通過對電荷信號的采集可以獲得振動加速度的大小，從而實現(xiàn)測量目的。

4.3 新型振動加速度放大器

振動加速度放大器主要完成來自振動傳感器交流信號的放大、RMS交直流轉(zhuǎn)換、信號的濾波、直流電壓的比較，最終輸出0～5V DC和告警信號，并為振動傳感器提供工作電流。要實現(xiàn)該功能，硬件電路主要由交流信號放大電路、RMS交直流轉(zhuǎn)換電路、濾波電路、比較電路、直流信號輸出接口電路、告警信號輸出接口電路、DC/DC轉(zhuǎn)換電路、恒流源發(fā)生電路八部分組成。

5 結(jié)論

新型振動加速度監(jiān)測系統(tǒng)與原系統(tǒng)相比，功能相同，工作更加穩(wěn)定可靠，安裝時可以進行原位替換，滿足發(fā)動機振動參數(shù)的采集測量要求，在該型機上有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]李莉，劉威.振動傳感器的原理及應(yīng)用[J].電子元件與材料，2014（04）：81-82.