刘林

（卓微科技）

基于振动加速度传感器的监测系统(通常叫做状态监测系统），简称CMS(Condition Monitor System）可以对机械设备进行振动信号监测，以验证机械设备是否正确的安装和运行。测试方法确保了数据的完整性，并可以识别大多数机械相关问题。

本文所讨论的振动加速度传感器是专指内嵌电路（ICP或IEPE）的压电式加速度传感器，此类传感器可能是机械状态监测领域商业应用中Z重要Z常用的传感器（另一类是用于监测振动位移的电涡流传感器）。

本文涉及的故障排除技术非常简单实用，大多数监控系统、数据采集仪或简单的振动测试设备都可以应用。通过测量传感器的偏置电压，可以检测到许多安装问题和传感器问题。偏置电压将指示电缆线路不良和传感器故障。许多在线系统都提供传感器偏置电压的趋势监测图。其他的一些问题也可以通过分析时间波形和FFT（快速傅里叶变换）频谱图来检测到。下一节将解释传感器的使用以及它与偏置电压、时间波形（也叫时域波形）和FFT响应的关系。以下章节将根据不同的故障表现进行分类，Z后给出了一个故障排查图。

振动加速度传感器的运行和响应

大多数振动加速度传感器故障都可以通过测量传感器放大器的偏置电压来诊断。如果偏置电压在正确的范围内，则传感器很大可能是正常工作的。大多数布线故障也可以通过测量偏置电压来区分。检查偏置电压后，时间波形和FFT频谱图将进一步验证故障诊断或确认是否正常。

交流耦合和直流偏置电压 

传感器的输出是与振动成正比的交流信号。该交流信号叠加在直流偏置电压上，此偏置电压也称为偏压输出电压(BOV)或有时称为静止电压。信号的直流分量由电源中的2mA恒流二极管产生。该直流电压需要被测量设备中的耦合电容所隔离，从而留下交流输出信号。大多数振动数据采集器、监视器和传感器电源单元都包含一个用于交流耦合的内部隔直流电容器。如果不包括在内，则必须在现场安装隔直流电容器。

偏置电压是多少？

大多数振动加速度传感器、压电式速度传感器和许多压力传感器都有偏置输出。偏置输出是用于测量动态交流信号的双线传感器的特征。振动和压力是动态信号随时间变化的例子。

BOV可以解释如下：外部电源为振动加速度传感器提供一个直流电压。此电源电压通常为18至30伏直流电。振动加速度传感器放大器电路设计将此电压（或“偏差”电压）建立到预设电平。这个BOV通常是12VDC，当然它可能根据传感器制造商和设计而不同。振动加速度传感器的规格表将提供每种振动加速度传感器型号的BOV信息。BOV由放大器设计决定，不可调。

只要输入电源在的范围内，无论对振动加速度传感器的输入功率如何，BOV都将保持不变。例如，如果BOV为12VDC，输入电源为18至30V，则如果输入功率为18VDC，BOV将为12VDC。如果输入功率增加到30VDC，BOV将保持在12VDC。BOV是由振动加速度传感器中的放大器电路与来自独立电源或分析仪或数据采集器的恒流源的相互作用来设置的。

图1是一个表示电路原理的图。由“仪器电源”和BOV表示的线路是一个具有两个功能的导体。因此，即使电源提供了更高的输入电压，BOV也是在连接振动加速度传感器到数据采集器或分析仪的电缆上测量的输出电压电平。

BOV将动态振动信号传送到分析仪。交流信号以BOV电平为中心线开始高低波动，并受到电源电平和电源地的限制。例如，如果电源电平为24伏，则交流信号的摆动将被限制在不超过24V，且不小于接地（0V）。这些都是理论上的极限。实际应用中，这种摆动的限制发生在电源地上方1.5V左右以及电源水平以下1.5V，如图2所示。

大多数便携式数据采集器和在线系统向传感器提供24V电源。所选传感器的标称BOV应约为电源电压的一半，以Z大限度地增加在正负方向上的摆动量。大多数双线传感器会产生8-14V的偏置。当振动信号幅度超过电源电压和电源地的限制范围(超量程)时，就会发生截断。截断振动信号会扭曲波形。换句话说，截断的信号不再是传感器试图测量的振动的真实信号。

测量BOV

恒流二极管(CCD)限制了提供?传感器的电流。它为传感器提供恒定电流而不受供电电压的影响。因为使用不受限的电源电流将损坏大多数具有内部放大电路的传感器，因此，大多数商业上可用的数据采集?和振动监测器都有包括一个CCD，以调节提供给传感器的电源。

大多数电池电源都包含一个2mA的CCD，以确保足够长的电池使用时间。电缆线供电的电源（这里不考虑能耗）应包含6∽10mA的CCD，这使他们能够驱动长电缆。100°C以上的环境情况，将电流限制在6mA以下，以减少自身的发热。大多数数据