一文深度瞭解振動感測器的應用場景

文 | 感測器技術（WW_CGQJS）

振動感測器是一種目前廣泛應用的報警檢測感測器，它透過內部的壓電陶瓷片加彈簧重錘結構感受機械運動振動的參量(如振動速度、頻率、加速度等)並轉換成可用輸出訊號，然後經過LM358等運放放大並輸出控制訊號。

振動感測器可用於機械中的振動和位移、轉子與機殼的熱膨脹量的長期監測；生產線的線上自動檢測和自動控制；科學研究中的多種微小距離和微小運動的測量等。

振動感測器在測試技術中是關鍵部件之一，它具有成本低、靈敏度高、工作穩定可靠，振動檢測可調節範圍大的優點，廣泛應用於能源、化工、醫學、汽車、冶金，機器製造，軍工，科研教學等諸多領域。

振動感測器在汽車防盜領域應用廣泛

振動感測器能夠對車體特殊頻段的振動進行監測，在車體被外力破壞的情況可以產生警報。如果有人擊打、撞擊或移動您的汽車，感測器就會向控制器傳送訊號，指示震動強度。

根據震動的強度，控制器會發出表示警告的“嗶嗶聲”或者全面拉響警報。許多先進的報警系統都將震動感測器作為首選防盜裝置，不過通常還要配合其他裝置一起使用。目前，汽車、摩托車防盜系統上，百分之八十的車輛報警器都用這類感測器。

振動感測器在泵房機組裝置中的應用

隨著科學技術的迅猛發展，機械工業化的程度也飛速提高，現代工業生產的機械裝置正逐步走向複雜化、高速化、自動化。為了掌握裝置執行狀態、避免發生事故，對生產中的關鍵機組實行線上監測和故障診斷，也越來越引起人們的重視。振動感測器就承擔了這一重要任務，保證了裝置的正常執行。

當泵房或機組發生振動時，應針對具體情況，用振動感測器測量逐一分析可能造成振動原因，找出問題的癥結後，再採取有效的技術措施加以消除。

工業振動分析技術是確定、預測和預防旋轉型裝置故障的一種檢測工具。實施裝置振動分析將會提高裝置的可靠性和工作效率，減少停機時間，消除機電故障。振動分析技術是全球通用的工具用於確定裝置故障，設定裝置維修計劃，使裝置儘可能長時間地正常工作。

這些裝置的旋轉元件都有各自特定的振動頻率。而其振動幅度則代表該裝置的工作情況或工作質量。振幅的擴大直接表示旋轉元件例如軸承或齒輪發生了故障。

對於旋轉機械來說，目前主要的分析訊號來自振動訊號。對於泵來說，泵發生重要故障的重要特徵是機器伴有異常的振動和噪音。其振動訊號能實時的反應水泵故障資訊，應用振動感測器可以實時監測泵的執行狀態，以便第一時間檢測到故障資訊，通知檢修人員採取措施，保證泵的正常工作，提高工作效率，同時消除安全隱患。

振動感測器在現代工業生產線領域中的應用

精密的工業生產過程越來越依賴於電機和相關機械裝置高效可靠、始終如一的運作。機器裝置的不平衡、缺陷、緊韌體鬆動和其它異常現象往往會轉化為振動，導致精度下降，並且引發安全問題。如果置之不理，除了效能和安全問題外，若導致裝置停機修理，也必然會帶來生產率損失。即使裝置效能發生微小的改變，這通常很難及時預測，也會迅速轉化為重大的生產率損失。

眾所周知，過程監控和基於狀態的預見性維護是一種行之有效的避免生產率損失的方法，但這種方法的複雜性與其價值不相上下。現有方法存在侷限性，特別是涉及到分析振動資料(無論以何種方式獲得)和確定誤差源時。

典型資料採集方法包括安裝在機器上的簡單壓電感測器和手持式資料採集工具等。這些方法存在多種侷限性，特別是與理想的全面檢測與分析系統解決方案相比較，後者可以嵌入機器上或機器中，並能自治工作。下面深入討論這些侷限性及其與理想解決方案——自治無線嵌入式感測器——的對比。對完全嵌入式自治檢測元件的複雜系統目標的選項分析可以分為十個不同方面，包括實現高重複度的測量、精確評估採集到的資料、適當的文件記錄和可追溯性等。

目前，手持式振動探頭在實現方法上具備一些優勢，包括不需要對終端裝置做任何修改，而且其整合度相對較高，尺寸較大，可提供充足的處理能力和儲存空間。然而，它的一個主要侷限是測量結果不可重複。探頭位置或角度稍有改變，就會產生不一致的振動剖面，從而難以進行精確的時間比較。

因此，維護技術人員首先需要弄清所觀察到的振動偏移是由機器內部的實際變化所致，還是僅僅因為測量技術的變化所致。理想情況下，感測器應當結構緊湊並且充分整合，能夠直接永久性地嵌入目標裝置內部，從而消除測量位置偏移問題，並且可以完全靈活地安排測量時間。

振動感測器在城市道路維護領域中的應用

近日，有國家為公交車加裝一套檢測系統，隨時收集路面狀況等資料資訊，以便及時維護道路破損，保證城市交通的安全狀況。

研究人員將一種名為“G感知”的振動感測器安裝在公交車底盤下方，公交車在路面行駛過程中一旦發生點播或晃動，感測器受到感應，就會立即將資訊傳送給中央系統，中央系統中裝有GPS模組定位資訊和畫面傳輸接受器，兩者同時作用，透過分析就能找出道路中央坑陷的具體所在位置。透過在公交車上安裝路面探測器，進行24小時監控，如果發現坑陷道路，會立即派出維修隊進行維修。

振動感測技術在長距離管道安全防範領域的應用

分散式光纖振動感測技術隨著光纖通訊技術的發展而逐步發展起來的一種新型振動感測技術，該系統能夠實現長距離的輸油輸氣管道安全防範，有效保障油氣管線安全。

系統是基於相位敏感OTDR技術的原理而設計。將光纖作為相位調製元件，當外界入侵引起光纖振動時，光纖中散射光的相位會變化，透過探測光纖後向返回的瑞利散射訊號的變化，對不同時刻訊號特徵進行分析，實現整段光纜振動資訊進行實時監測。

可探測人工開挖、機械挖掘、鑽孔等入侵行為：

系統具有分散式測量、本徵無源防爆、抗電磁干擾、抗腐蝕、測量距離遠、維護成本低等優點，可廣泛應用於原油、成品油、天然氣管線、地下管網等領域的入侵破壞監測。

振動感測技術安防領域的應用

分散式光纖周界入侵報警系統克服了傳統安防裝置普遍存在的監測距離短、功耗大、誤報率高等問題，成為新一代周界安防監測系統。

光纖振動時，會引起光纖中光波相位的變化，透過對光波相位的變化來檢測是否有擾動訊號產生。對採集到的訊號進行分析處理，判斷是否有入侵行為。

可監測行為有：

振動感測器在公路建設領域的應用

壓路機是具有壓實路面、填方壓實作用的道路施工機械。在壓實作業中，壓路機碾壓路面，是如何來評判壓實度是否達標呢？是壓實不足，還是碾壓過度，如何來控制壓路機的壓實力度呢？

壓路機在壓實作業中，往往採用振動壓實技術，能夠快速、有效的達到壓實效果。我們可以透過振動感測器來測量、控制壓路機的振動狀況，它可以監控壓路機振動機輪的加速度情況，並能夠透過安裝在控制室內的LCD/LED顯示屏把加速度訊號顯示出來，方便操作人員實時檢視和掌控。

振動感測器，幫助新手快速掌握滑雪技巧

透過佩戴在胳膊和腿上的振動感測器，滑雪新手可以獲得實時的指導，從而更準確的知道應該如何控制身體姿態。

振動裝置在舞蹈教學和體育運動的訓練中已得到一些應用。在這些場合中，受訓者需要有精確的姿勢或姿態。隨著運動員和舞蹈者四肢的運動，感測器能感知運動狀態，並利用震動提醒他們採用正確的技術。振動感測器對滑雪尤為有用，因為與網球等其他運動不同，在滑雪時教練不可能手把手地指導。

滑雪板上安裝的感測器能感知滑雪者正在向什麼方向滑行。當滑行方向錯誤時，感測器將會發出提示，告知滑雪者應當怎樣扭動身體，或是如何進行平衡。

美國研究振動感測器技術以識別入侵車輛

研究人員正在向汽車行業尋求開發振動感測器和數字訊號處理技術的方法，僅根據車輛的振動便可以識別和自動瞄準目標車輛。透過使用測振感測器收集的來自內部反介入區和禁入區車輛的振動資料實現戰鬥識別和自動目標識別。

據相關研究人員稱，當今，鐳射測振技術已比較成熟，完全具備自動目標識別能力。利用微多普勒技術的測振感測器已被用於測量軍用和民用車輛的發動機振動。該技術能夠在傳統光電感測器的感知能力範圍外提供非影象識別，以發現潛在的入侵者或攻擊者。

此外，測振技術還可以為探詢設施、電廠評估、模糊目標和戰鬥損傷評估（BDA）的振動訊號特徵評估。

開發振動訊號的自動數字訊號處理過程是將使該技術服役於作戰人員的關鍵一步。

從檢測到的遠處車輛振動訊號可以幫助作戰人員分析並確定發動機型別、發動機轉速、氣缸數量、車輛型別或一個目標的指紋圖譜，以用於目標辨認和識別。

研究人員先前已練習了相同的車輛振動檢測演算法，並推定出即使相同車輛的相關引數，如感測位置、發動機退化和調整狀態、發動機的工作條件和結構載荷等的測量值也可以改變。

最新仿生振動感測器讓你成為蜘蛛俠

韓國科學家正在開發一種強大的聲音和運動感測器，可以在未來的某一天讓人類、建築以及其他物體擁有“蜘蛛俠的感覺”。

這種新型感測器叫作“裂縫感測器”(又名“奈米級裂縫感覺系統”),它源於蜘蛛裂縫感覺器官的啟發，該感測器可以佩戴在人身上或者放置在其他物體上。

蜘蛛的腿部散佈著裂縫感覺器官，這些器官由蜘蛛身體表面的硬外骨骼和肢體裂縫中的一種柔性墊組成，直接連線到蜘蛛的神經系統。

蜘蛛裂縫感覺器官中的柔性墊是高度敏感的聲音和振動感應器官，也是蜘蛛身上的早期預警系統。

這就是為什麼蜘蛛幾乎能在你要撲打它前就預感到危險，並在你完成動作前逃脫。換句話說，你最微小的動作都可能引發蜘蛛的內建感覺預警系統。

奈米級裂縫感覺系統是基於蜘蛛腿部裂紋預警系統原理：即在柔軟的材料上覆蓋堅硬的物質。感測器的延伸和變形的程度越大，兩層物質的間隙就更大，從而獲得更高的靈敏度。

科學家們認為這項新技身有無限可能的應用——比如錄音，語音識別，運動感應，以級在地震發生前感應最微妙的震動，以及作為可穿戴式血壓感測器用於醫療監控領域。

在一項比較聲音識別能力的測試中，機械蜘蛛裂縫感測器完勝麥克風 ——機械蜘蛛感測器能準確地捕捉到了92分貝環境下的聲音，而麥克風則不能清晰地錄製聲音。科學家們還將感測器連線小提琴上，結果顯示它能準確地記錄音符，然後將其轉換成數字訊號製作成曲子。他們還將感測器佩戴到手腕上，能夠精確地測量心跳。

轉載來源：感測器技術（平臺原創）