第2章：传感器选型——加速度计、速度传感器、位移传感器的原理与适用场景

做振动诊断这么多年，我见过太多人一上来就问：「用哪种传感器好？」

其实这个问题没法直接回答。你得先搞清楚——你要测什么？

是测轴承的高频冲击？还是测转子的低频摆动？不同的故障特征，对应不同的传感器。选错了，数据再漂亮也是白搭。

2.1 三种传感器的基本原理

先简单过一遍原理。这部分我尽量不绕弯子。

2.1.1 加速度计

加速度计的核心是压电晶体。振动时，晶体受力产生电荷，电荷量正比于加速度。说白了，它是个「力-电」转换器。

我习惯把加速度计比作「高频侦探」。它对高频振动特别敏感，比如齿轮啮合频率、轴承故障频率。低频反而表现一般。

2.1.2 速度传感器

速度传感器本质上是线圈加磁铁。振动时线圈切割磁感线，产生感应电压。电压正比于振动速度。

速度传感器是「中频选手」。它覆盖的频率范围大概在10Hz到1kHz左右。很多旋转机械的1倍频、2倍频都在这个区间，所以它很实用。

2.1.3 位移传感器

位移传感器（尤其是电涡流式）是非接触测量的代表。它利用高频电磁场，测量探头与被测表面之间的间隙变化。

位移传感器是「低频专家」。它擅长捕捉轴心轨迹、轴位移、轴弯曲这类低频大位移信号。我在汽轮机上用得最多。

2.2 适用场景对比

光讲原理不够，咱们直接上场景。我按故障类型来分，这样你对照着用就行。

故障类型	推荐传感器	原因
轴承早期故障（高频冲击）	加速度计	高频响应好，能捕捉到微弱的冲击信号
齿轮啮合故障	加速度计	啮合频率通常较高，加速度计最合适
转子不平衡	速度传感器	1倍频信号，速度传感器信噪比高
转子不对中	速度传感器	2倍频特征明显，速度传感器表现稳定
轴弯曲/轴位移	位移传感器	需要测量静态位移和低频摆动
油膜涡动/振荡	位移传感器	频率低于1倍频，位移传感器最敏感
结构共振	加速度计	需要宽频带分析，加速度计最全面

2.3 频率范围与幅值范围

选传感器，频率范围是第一道坎。我直接给数据，你记一下。

传感器类型	典型频率范围	典型幅值范围	输出信号
加速度计	0.5 Hz ~ 10 kHz	±50 g	电荷/电压
速度传感器	10 Hz ~ 1 kHz	0 ~ 50 mm/s	电压
位移传感器（电涡流）	0 Hz ~ 10 kHz	0 ~ 2 mm	电压（含直流）

注意看位移传感器的频率范围——它从0Hz开始。这意味着它能测静态位移。加速度计做不到这一点。

2.4 安装方式的影响

传感器装不好，数据全废。我踩过这个坑。

加速度计有三种常见安装方式：

• 磁吸安装：方便，但高频响应会下降。磁吸的共振频率一般在2 kHz左右，超过这个频率数据就不准了。
• 胶粘安装：比磁吸好一些，但胶层厚度会影响高频传递。我建议用氰基丙烯酸酯胶，薄薄一层就行。
• 螺柱安装：最好的方式。直接拧在设备上，频率响应最真实。但需要加工螺纹孔，现场不一定方便。

速度传感器和位移传感器也有讲究。速度传感器内部有活动部件，安装方向要避开重力影响。位移传感器则要注意探头与目标面的间隙，一般控制在1 mm左右。

2.5 知识体系总览

下面这张图，我把传感器选型的核心逻辑画出来了。你一看就明白。

2.6 避坑指南

最后，我把自己踩过的坑总结一下。你记住这几条，能少走很多弯路。

• 不要用加速度计测低频大位移。我曾经在风机上试过，积分后的位移波形全是漂移，根本没法用。
• 速度传感器要注意方向。它内部有弹簧质量系统，水平安装和垂直安装的频响特性不一样。我建议按设备的主振动方向来装。
• 位移传感器要远离磁场。电涡流探头对铁磁性材料敏感，安装位置附近不能有强磁场干扰。我在电机旁边吃过亏。
• 电缆要固定好。传感器电缆晃动会产生「电缆噪声」，尤其在低频段。用扎带固定住，别让它随风飘。