了解速度传感器
A 速度传感器 — also called a 速度计、地震传感器或动圈式传感器——是一种自发电式 振动 产生与振动成正比输出电压的传感器 速度，无需外部供电，无需信号调理。其工作原理为电磁感应：悬挂在软弹簧上的磁铁在壳体振动时相对线圈运动，该相对运动产生与速度成正比的电压。作为 地震传感器 传感器族（利用弹性悬挂的内部质量块作为惯性参考）的一员，它测量所固定表面的绝对运动。
速度传感器是20世纪50年代至80年代的主流振动传感器，至今仍用于在线监测装置和部分便携式仪器。然而在新设计中，它们已在很大程度上被 加速度计所取代——后者体积更小，频率范围更宽，能达到轴承缺陷检测所需的高频段。
1. 工作原理
Electromagnetic induction
该机制是法拉第’定律的直接应用：
- 永久磁铁通过弹簧悬挂在线圈内部。
- 振动带动壳体及线圈一同运动。
- 在高于传感器’谐振频率时，磁铁由于惯性在空间中几乎保持静止。
- 由此在线圈与磁铁之间产生相对运动。
- 该运动在线圈中感应出电压（V ∝ 速度）。
- 因此，输出电压与振动速度成正比。
Self-generating operation
由于传感器自身产生信号，无需外部供电——这是一种无源双线换能方式，本质上具有故障安全特性，不存在电源失效的风险。正是这一特点使速度传感器在特定细分领域中至今仍保有一席之地。
2. Characteristics
频率响应
- 低频下限： 由传感器’的 固有频率，通常为8–15 Hz。
- 使用范围 高于固有频率约2倍，即最低16–30 Hz。
- 高频限制： 通常为1–2 kHz。
- Flat response: 在可用频率范围内呈宽且平坦的响应区域。
- 最适合 10–1000 Hz — 大多数通用机械故障所在的频带。
敏感性
- Typically 10–500 mV per inch/sec (about 400–20,000 mV per mm/s).
- 常见值为100 mV/in/s（≈ 4000 mV/mm/s）。
- Higher sensitivity suits low-vibration applications; lower sensitivity suits high-vibration measurements.
Size and weight
- 体积较大——长度约50–100 mm，直径约25–40 mm。
- 重量较重，通常为100–500 g。
- 体积远大于加速度传感器。
- That mass can mass-load 并使轻型结构的响应产生失真。
3.优势
Direct velocity output
传感器直接测量振动速度，无需 整合 转换步骤。这与机械振动标准表达限值的方式一致—— ISO 20816 （ISO 10816的后续标准）采用 均方根速度 ——信号处理简单，使其天然适合基于速度的 振动严重程度 assessment.
自发电且故障安全
- No power required.
- Simple two-wire connection.
- 不会因断电而发生故障。
- 系统成本较低，无需配置电源。
Good low-frequency response
- 可用下限低至10–15 Hz，优于许多加速度传感器。
- 适用于转速低至约600 RPM的低速机械。
- 天然适合工作在其频率范围内的应用场合。
4. Disadvantages
Limited high-frequency response
尺寸、重量与易损性
- 体积大、重量重，难以安装于小型机器，且容易对轻型结构造成附加质量影响。
- Less portable than an accelerometer.
- 内部弹簧和运动磁铁可能因冲击或跌落而损坏，因此该传感器对粗暴操作较为敏感，需要比固态器件更为细心的维护。
Temperature limitations
- Magnet strength falls as temperature rises.
- 通常限制在约 120 °C 以下。
- Less high-temperature capability than a charge-mode accelerometer.
5. 速度传感器仍在使用的场合
- Legacy permanent installations: older turbomachinery monitoring 系统，其中同型号替换可保持与现有线缆和机架的兼容性。
- Low-frequency applications: 极低速设备（低于 300 RPM）以及任何 10–1000 Hz 频段已足够、无需覆盖高频的场合。
- Specific requirements: 确实需要自发电传感器的场合、本质安全要求（不允许使用有源电子器件）的工况，或有直接速度输出需求的偏好。
6. Mounting
由于传感器较重，安装牢固性至关重要——安装不良的速度传感器会将自身共振引入测量数据。
- 方法： 螺柱安装（拧入攻丝孔，最可靠）、带适配板的支架安装，或在表面具有磁性且传感器不太重的情况下使用磁性安装。
- Considerations: 刚性安装至关重要，传感器必须牢固拧紧以防止独立振动，安装面必须平整清洁，电缆需做应变消除处理以防脱出。
7. 现代替代方案与现场实践
在大多数新应用中，加速度计已占据主导地位：体积更小、重量更轻，频率范围更宽（约 0.5 Hz 至 50 kHz），更适合轴承缺陷检测，更加坚固耐用，且成本更低。因此，现代标准做法是测量加速度，并 integrate 积分转换为速度，从而获得标准所要求的速度读数，同时保留加速度计的所有优势——现代仪器可使该积分过程对用户完全透明。
便携式平衡分析仪正是以这种方式工作的。 平衡仪-1a 在轴承座处使用加速度计，并在内部积分为速度，因此工程师可获得速度传感器针对 ISO 20816 振动烈度检测所提供的直接速度数值——同时兼具高频覆盖能力和 1× 振幅和相位 所需 实地平衡，这些均是 1–2 kHz 速度传感器所无法实现的。
8. 校准与维护
- 校准： 在振动台上验证灵敏度（mV/in/s 或 mV/mm/s）及频率响应，并每年进行 校准 typical for critical applications.
- 维护： 小心搬运，避免跌落和冲击；检查电缆状况，确认安装牢固，定期测试输出信号；若传感器的灵敏度或响应出现漂移，应及时更换。
速度传感器在新安装项目中虽日趋减少，但在现有永久性监测系统以及某些低频、自供电或本质安全场合中仍发挥着重要作用。深入了解其工作原理、优势与局限，对于维持遗留系统的正常运行以及做出明智的 sensor selection 速度传感器依然是正确选择的场合。
