振动传感器选型，锁定这5个指标

工欲善其事，必先利其器。为了精准有效开展振动测量工作，北交振安技术团队高度重视检测装置选型。振动传感器作为试验系统中最前端的敏感装置，其稳定性和精确度对整个试验结果具有至关重要的影响。

想做好振动传感器选型，需要重点关注与振动信号的频率及幅值密切相关的参数，即根据频率范围、量程、灵敏度、噪声与分辨率、环境影响等关键指标进行精准选型。

01 频率范围

选择加速度传感器的频率范围应高于被测试件的振动频率，有倍频分析要求的加速度传感器频率响应要更高。

常见的压电型（亦称为ICP或IEPE型）加速度传感器需要输入24V、4~24mA的激励才能正常工作。这种传感器由于其内置IC电路，低频特性很难做到极低。一般情况下，其低频下限是0.5Hz左右。如果特别关注振动的低频成分，电容型零频加速度传感器是一个不错的选择，因为其低频下限可低至0Hz。

此外，加速度传感器的质量、灵敏度与使用频率成反比，灵敏度高，质量大，使用频率低，这也是选择的技巧。

02 量程

振动加速度传感器的量程或测量范围，即传感器所能检测的振动加速度的最大值与最小值。为确保传感器覆盖测试信号的全程范围，其测量最大值应大于振动信号的最大值，而测量最小值应小于振动信号的最小值。

若被测对象的振动信号超过传感器的测量最大值，将导致传感器信号输出超负荷。为避免此类情况，通常会选择根据振动量级的最大值进行传感器选型，并保留一定的冗余量。例如，传感器最大量程应为振动最大值的2倍以上。

分析传感器测量最大值的目的是防止超负荷，而分析最小值则是旨在获取有效的振动加速度信号，避免真实的振动信号被传感器的输出噪声所掩盖。

03 灵敏度

加速度传感器的灵敏度，是指传感器输出信号与振动加速度之间的比例关系。

压电加速度传感器的灵敏度，根据传感器输出类型分为：电荷灵敏度和电压灵敏度。制造商在产品介绍或说明书中一般都给出传感器的灵敏度和参考量程范围，目的是让用户在选择不同灵敏度的加速度传感器时，能便捷地选出合适的产品。

最小加速度测量值亦称最小分辨率，考虑到后级放大电路噪声的问题，应尽量远离最小可用值，以确保最佳信噪比。

最大测量极限要考虑加速度传感器自身的非线性影响，以及后续仪器的最大输出电压。一般信号电压值/测试系统本底噪声电压值，至少要达到10倍以上，才能获得比较好的信噪比。

04 噪声与分辨率

振动加速度传感器的噪声水平，是指传感器输出信号中所包含的噪声信号的级别。噪声通常决定了传感器能够测量的最小值，分辨率则确定了传感器所能测量的最小变化量。在明确了量程、频率范围的上下限和灵敏度之后，可以进一步通过分辨率来挑选适宜的传感器。

根据参数可知，灵敏度与量程、分辨率呈反比关系，即灵敏度越大，量程与分辨率越小。在满足量程、频响范围、信噪比适宜的前提下，可以选择分辨率较低的传感器，用以提高测试精度。

05 环境影响

某些测试现场的环境较为恶劣，要考虑防水、高温、强磁电场及地电回路等诸多要素，这些均会给测量带来较大的影响。

有人可能会问，能否选用常规非隔离型传感器，并在安装过程中采取抗干扰或绝缘措施？事实上，这种做法也是可行的。但在短期检测场景中，我们需要考虑到现场安装和部署的工作量。

显然，采用隔离型传感器可以缩短试验准备时间，提高试验效率。在长期监测的场景中，我们需要重点关注传感器的长期工作稳定性，因而隔离型传感器同样是更为合适的选择。

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工业振动传感器选型九问九答

预测性维修中选择一个加速度传感器是一项艰巨的任务，即使是经验丰富工程师。这个过程通常可以过滤为九个问题。找出以下九个问题的答案，根据自己的实际情况应用，你就能够找到的振动监测解决方案。

问题1：你想要测量什么？

这似乎是显而易见的，但请三思。什么是你真正要测量的？换句话说，你想做什么？你希望得到什么？你打算怎么处理数据？加速度传感器可以监测振动，提供原始振动数据，而振动变送器提供均方根（RMS）值。分析原始振动数据是有用的，因为它包含了所有振动信号的信息，真实的峰值振幅和振动频率。因为RMS总值或峰值是连续4-20 mA信号，在如PLC，DCS，SCADA系统和PI控制系统中非常有用。一些应用程序同时使用两种信号。通过确定应用程序所需的各种信号，可以大大缩小搜索范围。另外，你测量振动是用加速度还是速度或位移？你有没有考虑一些工业传感器可以同时输出振动和温度？后，一些现场应用，如立式泵，好监测一个以上的轴振动。您的现场应用是否需要单轴，双轴或三轴测量？

问题2：振幅有多大？

被测振动的振幅或范围，决定使用哪种范围的传感器。典型的加速度传感器灵敏度100 mV/ g,标准应用（50g范围）和500 mV/ g的低频率或低幅值的应用（10g范围）。一般工业应用的4-20 mA变送器通常使用0-1 in/ s或0-2in/s的范围。

问题3：振动频率是多少？

对于不同的激励频率，物理结构和动力系统的反应不同。振动传感器是没有什么不同。压电材料的性质，就像高通滤波器，因此，即使是好的压电式传感器，也有约0.2Hz的低频率的限制。传感器作为一个单自由度的动态系统，具有自然共振频率。信号在自然共振频率时被大大放大，导致灵敏度显着的变化，很可能超量程。大多数工业加速度计有单或双RC滤波器抵消激发的共振频率。选择传感器可用的频率范围，其范围包括你感兴趣的频率，这是很关键的。

问题4：环境温度是多少？

对于ICP加速度传感器和4-20mA变送器，极高的环境温度对内部电子构成威胁。充电模式的加速传感器可以在非常高的环境温度下使用，其没有内置电子，而是使用远程电荷放大器。充电模式加速传感器配有一体硬线电缆，可以应用在温度超过260°℃环境下，例如燃气轮机振动监测等。

问题5: 是否会浸没在液体中？

配有一体聚氨酯电缆的工业加速度传感器可以进入液体安装。对于高压的应用，好传感器进行一小时的压力测试。完全淹没的应用需要一体电缆。在喷洒而非完全淹没的场合上一体电缆也是需求的，如机床切削液。

问题6: 是否会暴露在潜在有害的化学物质或碎片中？

工业加速度传感器可以使用耐腐蚀和耐化学腐蚀的不锈钢进行构造。在有害化学物质的环境中，传感器考虑使用聚四氟乙烯耐腐蚀的连接电缆。强烈建议检查任何可疑化学物质的化学兼容性图表。对于能接触到切屑的环境，一体铠装电缆能提供良好的保护。

问题7:你是否需要顶出，偏出，小巧的链接？

终端传感器都需要在设备的可用空间上安装。传感器的形状对其性能影响不大，但需考虑现场安全安装和维修操作。配有锁紧螺母设计的小巧加速度传感器，能够在任何方向固定，但配有一体电缆时，很方便。

问题8:你是使用高精度的还是低成本的传感器？

低成本和高精度加速度传感器有两个主要区别。首先，精度单位通常完整标定，这是指在可用频率范围内进行灵敏度响应测量绘图。低成本加速度传感器是单点标定，只在一个频率进行灵敏度测量。第二，高精度加速度传感器在某些规格有严格的公差如灵敏度和频率范围。

例如，一个高精度的加速度传感器标称灵敏度为100 mV/ g±5％（95 mV/g至105mV/g），而一个低成本加速度传感器标称灵敏度100mV/g± 10％（90 mV/g至110mV/g）。客户可以在数据采集系统设置为传感器的标定灵敏度，这样低成本的传感器也能提供准确，可重复的数据。至于频率，高精度加速度传感器通常偏差是5％，而低成本的传感器，可以提供3 dB的频率范围。尽管如此，一个低成本的传感器可以提供优异的频率响应。

问题9: 你需求特殊的认证吗？

得到CSA和ATEX认证的加速度传感器和4-20 mA变送器都可以在危险区域使用。比较传感器的认证，以确保它符合您的需求。

九个问题的答案，可以大大缩小您的搜索，以寻找应用的解决方案。牢记，组合在一起的答案可能是相互排斥的，也就是说，解决方案满足每个标准不存在的。例如，在危险区域使用的特定模式可能没有的ATEX认证。此外，专门的现场应用可能有其他方面的考虑。

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