在系統(tǒng)日益復(fù)雜的工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)中，各種軸承、電機(jī)、泵體的溫度與振動(dòng)狀態(tài)，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在影響著整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備健康與使用效率。龐大的工業(yè)產(chǎn)業(yè)醞釀催生出了巨大的傳感器需求。長(zhǎng)期以來(lái)這些高端工業(yè)級(jí)振動(dòng)與溫度傳感器的技術(shù)與市場(chǎng)多為歐美企業(yè)把持， 伴隨著中國(guó)龐大的工業(yè)制造業(yè)崛起，國(guó)產(chǎn)傳感器企業(yè)正在向這一領(lǐng)域發(fā)起沖擊！

基于國(guó)內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)的需求增長(zhǎng)與傳感器技術(shù)的高速發(fā)展，振動(dòng)與溫度的測(cè)量從分立逐漸走向復(fù)合。 有幸在某工業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室了解到幾款國(guó)產(chǎn)溫度振動(dòng)一體化傳感器，并參與了部分工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方案的選型，就這幾款傳感器的體驗(yàn)和測(cè)試性能進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)和剖析，記錄并分享給行業(yè)內(nèi)的用戶與讀者，希望能對(duì)各位有所裨益，不吝褒貶。

什么是溫度振動(dòng)一體傳感器？

溫度振動(dòng)一體傳感器是指通過(guò)集成振動(dòng)傳感芯片和溫度傳感器芯片，按應(yīng)用需求進(jìn)行封裝和信號(hào)輸出的一種復(fù)合型傳感器變送器。

體驗(yàn)測(cè)試產(chǎn)品

關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)

線性度（傳感器在受到不同的G值振動(dòng)時(shí)，其輸出的線性度，該數(shù)值越小越好）

橫向靈敏度（橫向靈敏度決定了傳感器在受非主軸方向振動(dòng)或者沖擊時(shí)，其受干擾的程度，越小越好，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)＜5%）

諧振頻率（振動(dòng)測(cè)量的使用上限頻率取決于幅頻曲線中的諧振頻率）

頻響特性（振動(dòng)測(cè)量的頻率上限稍高于被測(cè)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率即可）

溫度測(cè)量精度（測(cè)溫精度數(shù)值越小越好）

溫度測(cè)量響應(yīng)時(shí)間（溫度響應(yīng)的時(shí)間越短越好）

環(huán)境與儀器

環(huán)境：22℃/51%RH

儀器：加速度校準(zhǔn)系統(tǒng)（含高、中、低頻激振器）、恒流源、恒壓源、高絕緣電阻測(cè)試儀、高低溫循環(huán)爐、臺(tái)式萬(wàn)用表、接觸式高精度測(cè)溫儀

測(cè)試參考數(shù)據(jù)（此測(cè)試數(shù)據(jù)僅針對(duì)在本次測(cè)試實(shí)驗(yàn)中在市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)到的產(chǎn)品，僅供參考）

振動(dòng)測(cè)量主要參考線性度與橫向靈敏度作為傳感器準(zhǔn)確性的考量依據(jù)。

1. 線性度

基于傳感器測(cè)量時(shí)輸入單一靈敏度，用于描述在一定的頻響范圍內(nèi)，傳感器的靈敏度是否滿足實(shí)際的靈敏度的指標(biāo)就是線性度。相對(duì)來(lái)看，在低頻段，傳感器的靈敏度會(huì)少于實(shí)際的靈敏度，而在高頻段，則靈敏度會(huì)大于實(shí)際的靈敏度。只有在中間頻段，靈敏度滿足線性關(guān)系。如果傳感器不在線性區(qū)間，所以測(cè)量得到的幅值會(huì)誤差較大，一般來(lái)說(shuō)要求傳感器非線性《1%。 從本次測(cè)試的數(shù)據(jù)可以看出乃爾CAYD275-10和西人馬PYDV00-100在線性度測(cè)試中表現(xiàn)上佳。

2. 橫向靈敏度

在測(cè)量某個(gè)方向的振動(dòng)時(shí)，理論上信號(hào)輸出應(yīng)為振動(dòng)感知方向，但實(shí)際上在與該方向垂直的方向也有信號(hào)輸出，從而形成了一種干擾，這種效應(yīng)稱為橫向效應(yīng)。橫向效應(yīng)靈敏度越低，傳感器性能越好，但通常，傳感器都存在一定的橫向效應(yīng)，國(guó)標(biāo)的要求是橫向靈敏度應(yīng)《5%。

在此項(xiàng)測(cè)試中，西人馬PYDV00-100為2.68%。我一度懷疑我哪里操作錯(cuò)了，因?yàn)槠渌鼛卓町a(chǎn)品的平均結(jié)果都在4.9~5%之間。 重復(fù)了幾次，但西人馬平均結(jié)果還是在2.4~2.5%左右，謹(jǐn)慎起見(jiàn)，取一個(gè)相對(duì)高一點(diǎn)的值2.68%，在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，減少橫向效應(yīng)的影響，是準(zhǔn)確測(cè)量的基本保障，不得不說(shuō)西人馬這項(xiàng)指標(biāo)真的非常不錯(cuò)！

3. 諧振頻率

由于傳感器自身也屬于一種結(jié)構(gòu)，所以也有它的固有頻率。一般把傳感器的第一階固有頻率叫做諧振頻率。傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸越小，諧振頻率越高。振動(dòng)傳感器的使用上限頻率取決于幅頻曲線中的諧振頻率。一般要求＞20kHz，從這項(xiàng)數(shù)據(jù)中可以看出，在諧振頻率的測(cè)試中，乃爾CAYD275V-10與西人馬PYDV00-100的都能滿足要求，另外兩款產(chǎn)品在這項(xiàng)測(cè)試中還存在一定的提高空間。

4. 頻響特性

頻響特性是指?jìng)鞲衅髟谑艿讲煌l率振動(dòng)時(shí)（1.0~7000Hz-±5%、0.5~10000Hz-±10%、0.3~15000Hz-±3dB），其靈敏度現(xiàn)對(duì)于參考點(diǎn)的誤差，理論上誤差越小，帶寬越大越好。

在此項(xiàng)測(cè)試中西人馬PYDV00-100、江蘇聯(lián)能CA-YD-170、安徽容知RH103均在正常的頻響靈敏度的范圍內(nèi)。乃爾的CAYD275-10在1.0-7000Hz的頻響靈敏度誤差為±5.2%，在0.5~10000Hz的測(cè)試中誤差為±11.2%，稍高于參考標(biāo)準(zhǔn)值。

5. 溫度測(cè)量精度與溫度響應(yīng)時(shí)間

這幾款傳感器都含有溫度測(cè)量功能，無(wú)疑溫度測(cè)量的精度和響應(yīng)時(shí)間是最關(guān)鍵指標(biāo)，溫度測(cè)量精度與響應(yīng)時(shí)間不用多說(shuō)，精度數(shù)值越小越好。

經(jīng)過(guò)對(duì)比測(cè)試四款產(chǎn)品在測(cè)量精度上差異不大，基本都在實(shí)際應(yīng)用中的溫度冗余范圍內(nèi)，但在溫度響應(yīng)時(shí)間上，西人馬PYDV00-100 3.5min的響應(yīng)時(shí)間表現(xiàn)更為出色。

6. 綜合體驗(yàn)

在本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，實(shí)際上包括電氣參數(shù)、連接性能等測(cè)試進(jìn)行了18項(xiàng)測(cè)試內(nèi)容，從技術(shù)指標(biāo)的重要性和產(chǎn)品應(yīng)用選型參考主要依據(jù)的角度出發(fā)，在眾多的測(cè)試項(xiàng)和數(shù)據(jù)中，揀選了六項(xiàng)筆者認(rèn)為比較有代表性的數(shù)據(jù)，進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單剖析。從本次測(cè)試的這幾項(xiàng)測(cè)試結(jié)果來(lái)看，綜合性能表現(xiàn)較好的溫度振動(dòng)一體傳感器是西人馬PYDV00-100和乃爾CAYD275V-10這兩款產(chǎn)品，其余兩款產(chǎn)品在主要性能上還存在較大的提升空間。

作為ICP傳感器的核心電荷轉(zhuǎn)換芯片，是溫度振動(dòng)一體傳感器的核心。筆者認(rèn)為，西人馬的傳感器之所以表現(xiàn)比較優(yōu)異，很有可能是西人馬擁有自己的核心芯片設(shè)計(jì)與制造能力，而其它幾家不具備相應(yīng)能力，很有可能是外采芯片，或者購(gòu)買(mǎi)國(guó)外的器件封裝而成，在自主國(guó)產(chǎn)化的今天，上述操作能走多遠(yuǎn)就不得而知了。

隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能制造水平的提升，希望能涌現(xiàn)出更多的優(yōu)秀國(guó)產(chǎn)化傳感器。

知識(shí)點(diǎn)分享——關(guān)于振動(dòng)傳感器的選型的幾點(diǎn)建議：

1. 根據(jù)數(shù)采和頻譜分析儀器的類型來(lái)選擇，如ICP型調(diào)理設(shè)備選擇ICP型傳感器，電荷調(diào)理設(shè)備選擇壓電式傳感器。

2. 在工作狀態(tài)下的待測(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，最好使用帶有“隔離”的傳感器。如果傳感器本身不具備隔離，可在傳感器底部增加絕緣材料充當(dāng)隔離器件。3. 聚焦位置的振動(dòng)測(cè)量最好選擇傳感器量程的60-80%，這樣能獲得高信噪比，且不會(huì)過(guò)載。

4. 應(yīng)用的傳感器的工作頻率區(qū)間，稍高于實(shí)際測(cè)量的帶寬較為適宜

5. 根據(jù)行業(yè)應(yīng)用選擇傳感器，如重工業(yè)、電力、石化推薦選用振動(dòng)量程大，頻率寬的傳感器，反觀建筑行業(yè)宜選用小量程，高靈敏度，低頻、或超低頻性能好的傳感器。
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