振动在许多应用中造成严重破坏。从机器轴和轴承到硬盘性能，振动会导致机器损坏，提前更换，性能低下，并严重影响精度。

　　使用振动分析作为确定机械问题的具体原因和位置的工具可以加快维修并***大限度地降低成本。振动传感器可以测量和分析位移，线速度和加速度。这些参数在数学上是相关的，并且可以从各种传感器导出。选择与位移，速度或加速度成比例的传感器取决于感兴趣的频率和所涉及的信号电平。

　　区分振动传感器的三个主要因素：固有频率，阻尼系数和比例因子。比例因子将输出与加速度输入相关联，并与灵敏度相关联。固有频率和阻尼系数一起决定了振动传感器的精度水平。在由弹簧和附着质量组成的系统中，如果你要将质量拉回平衡并释放质量，质量将向前振动(超过平衡)并向后振动直至其停止。使质量静止的摩擦力由阻尼系数确定，质量向前和向后振动的速率是其固有频率。

　　目前用于振动传感器的两种基本压电材料是合成压电陶瓷和石英。在压电传感器或加速度计中，传感元件是在受到压缩时发射电荷的晶体。晶体与质量结合，使得当它受到“g”力时，质量压缩晶体并发出信号。信号值相对于施加的力。

　　晶体连接在中心柱和地震质量之间。压缩环或螺柱将预加载力施加到元件组件上，以确保刚性结构和线性行为。在加速度下，质量对传感晶体产生剪切应力，导致压电材料产生成比例的电输出。输出由电极收集并通过轻质引线传输到其他电路或直接传输到连接器。

　　该小加速度信号可以被放大用于加速度测量或者在传感器内被转换成速度或位移信号。今天用于振动监测的大多数压电传感器包含内部放大器 运算放大器可用于将这些传感器连接到A / D转换器，无论是分立的还是微控制器。小心选择高输入阻抗运算放大器以较小电流。

　　记录后，可以分析振动数据以便立即诊断或保存以供以后或更深入的评估，例如，记录机器运行状况中涉及的趋势和历史，金融和零售环境中的资产保护，或区分环境振动和在ATM，自动售货机和售票机等应用中的真实攻击。

　　可以容纳传感元件以承受存在的任何环境条件。坚固耐用的工业压电传感器固态结构使其能够在***恶劣的环境条件下运行。它们不受污垢，油和大多数化学气氛的影响。它们在很宽的温度范围内表现良好，并且可以抵抗严重冲击造成的损坏。

　　压电陶瓷

　　虽然石英和陶瓷都适合成功的振动传感器设计，但其性能的差异允许设计灵活性。例如，与现代“定制”压电陶瓷材料相比，天然压电石英具有较低的电荷灵敏度并且表现出较高的本底噪声。然而，大多数振动传感器制造商现在使用专为传感器应用开发的压电陶瓷材料。特殊配方产生优化的特性，可在极端操作环境中提供准确的数据 与石英相比，压电陶瓷材料极高的输出灵敏度使得传感器的设计具有更高的频率响应。

　　压电陶瓷振动传感器可用于冲击测量(爆炸和失效测试)，高频测量和较慢的低频振动测量。这通过高于平均固有频率来显示。然而，该传感器通常具有毫伏范围的输出，并且需要高输入阻抗，低噪声检测器来解释来自其压电晶体的电压。

　　另一个重要的应用是振动能量收集。这将由于机械振动而浪费的能量转换成可用的电能。该酰胺 Volture例如，振动能量收集器(图1)使用通常脆性的压电材料并采用压电换能器封装技术。Volture将压电材料封装在保护性皮肤中，并带有预先连接的电引线和无焊线。它外形小巧，可在恶劣环境中使用，有多种尺寸可供选择，可与多种应用相媲美，并直接与COTS产品集成。应用包括健康监测网络传感器，基于状态的维护传感器，无线HVAC传感器，移动资产跟踪，轮胎压力和油气传感器，空气，陆地和海上车辆传感器，以及电池和硬线电源更换。

　　图1：Volture能量采集器的典型应用。

　　用于这些应用的加速度计的性能正在急剧增加。例如，ADXL001由ADI公司(图2)提供高性能和宽的带宽用于工业监控，医疗仪器，体育诊断设备，并且其中宽的带宽，小形状因数，低功耗，和高的性能是军事应用危急。

　　图2：传感器频率响应 - ADI公司的ADXL001。(由Analog Devices提供。)

　　ADXL001的特性包括±70 g，±250 g和±500 g宽带可用性，22 kHz谐振频率结构，0.2%满量程时的高线性度，4 mg /√Hz时的低噪声，平面内的敏感轴芯片，频率响应低至DC，全差分信号处理，以及高EMI / RFI阻抗。它还具有低功耗(典型值为2.5 mA)，采用8端子密封陶瓷LCC封装。

　　另一个有趣的部分是Measurement Specialties 0-1002794-0悬臂压电薄膜传感器。该传感器可以硬安装在表面上，漂浮在惯性轴上，或者加载质量以预偏置和校准。输出电压摆幅可以直接触发FET或CMOS输入，并且可以通过偏移质心获得多轴响应。当压电薄膜从机械中性轴偏移时，弯曲在压电聚合物内产生非常高的应变，因此产生高电压。当组件通过直接接触偏转时，该器件充当灵活的“开关”，并且所产生的输出足以直接触发MOSFET或CMOS级。

　　如果组件由其触点支撑并且留在“自由空间”中振动(由于夹紧/自由梁的惯性产生弯曲应力)，该装置将表现为加速度计或振动传感器。通过夹紧来增加质量或改变元件的自由长度可以改变传感器的谐振频率和灵敏度以适应特定应用。

　　振动传感器的未来使用可能远远落后于当今的应用。例如，在美宇航局的艾姆斯研究中心，工程师正在研究光纤压力和振动传感器。在这项研究中，传感器使用通过暴露于外部场的光纤传播的光的相位调制。检索和处理相位调制以确定特定的场特性，通过光纤以高速中继数据。应变，压力，温度，声学和振动等外部干扰会导致光信号中可测量的相位变化，这些变化由光纤的电气单元测量。潜在的商业用途包括医疗应用，例如人工语音盒，其中植入光纤声学传感器以放大患者喉咙的振动，

　　总结

　　全球竞争和企业绩效压力使生产力成为任何企业的首要关注点。因此，通过充当机械健康指标，降低工业设备总体运营成本的一个好方法是机械振动监测计划。用于发现旋转部件的不平衡，机器轴，磨损部件或松动轴承的对中问题，振动分析可以揭示即将发生的机械故障的所有这些明显因素。

　　利用当今的振动传感器，数据采集和分析技术，振动分析比以往更便宜，更为主流。振动监测系统的核心是压电陶瓷传感器。本文研究了该传感器的基本特性和优点，并提供了当前可用部件的代表性样品。有关所讨论产品的更多信息，请使用提供的链接访问Digi-Key网站上的产品信息页面。