三维机械差动压电式加速度传感器设计研究.pdfVIP

54 传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies) 2013年 第32卷 第1O期 三维机械差动压电式加速度传感器设计研究 邵毅敏 ，鲜 敏 (重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆 400030) 摘 要 ：针对 目前轴承振动监测存在的问题，基于单惯性质量块，提出了一种应用于轴承振动监测和故障 诊断的三维机械差动压电式加速度传感器。建立了该传感器的质量一弹簧一阻尼的动力学模型，获得传感 器的性能指标和动态响应曲线。同时利用有限元方法对该模型的特性进行了仿真分析，仿真结果表明：三 维机械差动压电式加速度传感器具有固有频率高、输出灵敏度高和测量频率范围宽的特性 ，可用于轴承振 动信号的获取。同时具有结构简单 、尺寸小等优点。 关键词：轴承振动监测；三维；压电；机械差动；加速度传感器 中图分类号 ：TP212．1 文献标识码：A 文章编号：1000-9787(2013)10-0054-03 Design andresearch 0n3D mechanicaldifferential ● ■ 』 ● 1 J ● DleZ0eleCtrlC acceleratlOn sensor SHA0 Yi—min．XIAN Min (StateKcyLaboratoryofMechanicalTransmission，ChongqingUniversity，Chongqing400030，China) Abstract：Aiming atproblems in bearing vibration monitoring，a3D mechanicaldifferential piezoelectric accelerationsensorisproposedtobeappliedinbearingvibrationmonitoringandfaultdiagnosisbased on single inertialmass．Mass—spring—damperdynamic modelofthesensorisbuih and performance indexesand dynamic responsecurvesareobtained．Meanwhile，themodelissimulatedwithFEM ，thesimulationresultsshow thatthe3D mechanicaldifferentialpiezoelectricacceleration sensorisabletoacquirethebearingvibration singalwithhigh natural ~equencyandhighoutputsensitivityandwidemeasurement~equencyrange．Meanwhile，ithasadvantages ofsimplestructureandsmallsizes． Keywords：bearingvibrationmonitoring；3D；piezoelectric；mechanical differential；accelerationsensor 0 引 言 出灵敏度低和测量频率范围低等缺点，普通三维压 电式加 轴承作为现代机械设备中的关键部件 ，广泛用于能源 、 速度计存在结构和工艺复杂、输出灵敏度低和环境条件要 机械、航 空航天、航海等领域，并发挥着至关重要 的作 求高等不足 。 用 J。据统计 ，旋转机械设备中的很多故障均与滚动轴 基于上述问题 ，本文提出一种新型三维机械差动压电 承有着密切的联系。其中，7O％的机械故障