0引言
　　近(jin)年來，振(zhen)動測量(liang)技術得(de)以在航(hang)空、航天(tian)、電子、船(chuan)舶🌐等多(duo)🏃🏻‍♂️領域發(fa)展和應(ying)用，呈現(xian)出良好(hao)的發展(zhan)态勢，也(ye)因此🔴成(cheng)爲🆚了學(xue)者們🛀🏻争(zheng)相研究(jiu)的熱點(dian)話題。振(zhen)動測量(liang)技術是(shi)運用現(xian)代檢測(ce)手段實(shi)現對機(ji)械結構(gou)振動的(de)檢測🌂，測(ce)量其流(liu)體的振(zhen)動頻率(lü)，進而☀️确(que)定流體(ti)在管道(dao)中流速(su)與流量(liang)，而渦街(jie)流量計(ji)正是一(yi)種基于(yu)振動測(ce)量原理(li)的流量(liang)測量儀(yi)表，其☂️主(zhu)要用來(lai)測量渦(wo)街流體(ti)在管道(dao)中産生(sheng)的旋渦(wo)頻❗率，是(shi)㊙️依據⛹🏻‍♀️流(liu)體振動(dong)頻率與(yu)流速之(zhi)間的比(bi)例關系(xi)的原理(li)來工作(zuo)的。渦街(jie)流量計(ji)💃🏻應用過(guo)程中需(xu)要利用(yong)振動檢(jian)測技術(shu)，将振動(dong)量轉‼️化(hua)爲相對(dui)應的電(dian)荷量，并(bing)将電荷(he)量轉化(hua)爲電壓(ya)量，而電(dian)荷放大(da)器在這(zhe)👨‍❤️‍👨其中起(qi)了關鍵(jian)性作用(yong)，由此也(ye)成了本(ben)文的研(yan)究重點(dian)，爲了提(ti)升渦街(jie)流量計(ji)的測量(liang)精度。
1振(zhen)動測量(liang)内容介(jie)紹
　　振動(dong)測量技(ji)術是一(yi)種現代(dai)常用的(de)流量測(ce)量方法(fa)之一🌈，其(qi)♌依據振(zhen)動測量(liang)基本原(yuan)理對機(ji)械結構(gou)振動進(jin)行檢測(ce)，并将🍉振(zhen)動運動(dong)量轉化(hua)爲與之(zhi)成一定(ding)比例的(de)電🐕學或(huo)是其它(ta)易👄于觀(guan)察、分析(xi)和處理(li)的物理(li)👅信号，最(zui)後通過(guo)對該信(xin)号頻率(lü)的計算(suan)分析，獲(huo)取機械(xie)振動結(jie)構的振(zhen)動特性(xing)，從而實(shi)現對機(ji)械設備(bei)振動的(de)測量。
　　振(zhen)動測量(liang)可根據(ju)結構振(zhen)動的類(lei)型，将儀(yi)器設備(bei)的振💯動(dong)信🐆号分(fen)爲兩類(lei):确定性(xing)振動和(he)随機振(zhen)動，本文(wen)所研究(jiu)渦街流(liu)量計中(zhong)流體所(suo)引起的(de)振動，是(shi)其中的(de)确定性(xing)振動，利(li)用振動(dong)傳感器(qi)實現振(zhen)動信号(hao)的🏒采集(ji)，對流體(ti)的振動(dong)頻率進(jin)行測量(liang)，從而可(ke)以推算(suan)出流體(ti)的流量(liang)與速度(du)。該基于(yu)振動測(ce)量技術(shu)原理🤟的(de)渦街流(liu)量計目(mu)前已經(jing)被廣泛(fan)用于氣(qi)體、液💞體(ti)和蒸汽(qi)流量的(de)測量。同(tong)時，渦街(jie)流量計(ji)對于振(zhen)動測量(liang)🌏來說是(shi)檢測流(liu)體振🏒動(dong)的特征(zheng)參數，在(zai)具🌂體的(de)測量過(guo)程中可(ke)采用的(de)方法有(you)三類:機(ji)械量法(fa)、光測法(fa)和電測(ce)法，本文(wen)所研究(jiu)的渦街(jie)流量計(ji)中的🏃‍♂️振(zhen)動測量(liang)🔴技術采(cai)用的是(shi)電測法(fa)，運用振(zhen)動測量(liang)傳感器(qi)獲取🧑🏾‍🤝‍🧑🏼機(ji)械振動(dong)信号,并(bing)将其轉(zhuan)☁️化成⭕電(dian)信号，通(tong)過電荷(he)放大器(qi)進行調(diao)理放大(da)，進而确(que)定流體(ti)在管道(dao)中流速(su)與流量(liang)。
2振動測(ce)量系統(tong)的構成(cheng)
　　根據上(shang)述内容(rong)可知，本(ben)文振動(dong)測量系(xi)統研究(jiu)中采用(yong)☁️的是😘電(dian)測法，這(zhe)是振動(dong)測量中(zhong)常用方(fang)法，與光(guang)測法和(he)機械法(fa)比較而(er)言，該方(fang)法具有(you)使用頻(pin)率範圍(wei)寬，動态(tai)🐉範圍廣(guang)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，測量靈(ling)敏度高(gao)等優勢(shi)㊙️，而且電(dian)測法能(neng)夠适用(yong)于不同(tong)的測振(zhen)傳感器(qi)，而信号(hao)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻也便于(yu)被記錄(lu)、處理和(he)🍓傳送。由(you)此，本文(wen)中的振(zhen)動💯測量(liang)系統主(zhu)要由:振(zhen)動傳感(gan)器、電荷(he)放大器(qi)、信号分(fen)析儀等(deng)🤞構成，如(ru)圖1所示(shi)。

2．1振動測(ce)量傳感(gan)器
　　振動(dong)測量傳(chuan)感器是(shi)獲取振(zhen)動信息(xi)的重要(yao)裝置，是(shi)✏️振動測(ce)量系統(tong)的核心(xin)部分，其(qi)種類很(hen)多，在具(ju)體的應(ying)用測量(liang)中應結(jie)合💰不同(tong)的測量(liang)方法和(he)目的選(xuan)用不同(tong)的傳感(gan)器，以保(bao)證測量(liang)效果。現(xian)代振動(dong)測量傳(chuan)感器完(wan)全♍改變(bian)了傳統(tong)的獨立(li)🔅機械測(ce)量裝置(zhi)，已經成(cheng)爲整個(ge)振動測(ce)量系統(tong)的一個(ge)重要組(zu)成部分(fen)，用來檢(jian)測位移(yi)、速度、加(jia)速度、頻(pin)率和相(xiang)位，而且(qie)還與電(dian)荷放大(da)器等相(xiang)關電子(zi)線路存(cun)在密♈切(qie)相關性(xing)。
　　同時，振(zhen)動測量(liang)傳感其(qi)在機電(dian)變換原(yuan)理方面(mian)存在差(cha)異性，輸(shu)出的電(dian)量形式(shi)并不相(xiang)同，一般(ban)會将機(ji)械量的(de)振動信(xin)号轉化(hua)♻️爲電阻(zu)、電感等(deng)電參數(shu)的變化(hua)，而且要(yao)設置專(zhuan)有的測(ce)量路線(xian)以便針(zhen)對不同(tong)的機電(dian)變化原(yuan)🐆理，将傳(chuan)感器的(de)輸出電(dian)量轉化(hua)成爲後(hou)續顯示(shi)、記錄、分(fen)析儀所(suo)接受的(de)電信号(hao)形🐪式。
2．2電(dian)荷放大(da)器
　　電荷(he)放大器(qi)能夠将(jiang)傳感器(qi)輸出的(de)微弱電(dian)荷信号(hao)轉💃化🔞爲(wei)放大的(de)電壓信(xin)号，同時(shi)又能夠(gou)将傳感(gan)器的⭕高(gao)阻抗輸(shu)出轉換(huan)成低阻(zu)抗輸出(chu)，并成功(gong)驅動後(hou)續電路(lu)。同時，在(zai)振動測(ce)量中，鑒(jian)于振動(dong)傳感器(qi)在特性(xing)上呈現(xian)出的差(cha)異性，測(ce)量參數(shu)🐆涉及位(wei)移、速度(du)以及加(jia)速度，而(er)且這些(xie)被測振(zhen)動量的(de)峰值、振(zhen)動頻率(lü)、周期和(he)相位差(cha)等相關(guan)參數也(ye)應該包(bao)含其中(zhong)，由此，爲(wei)了使測(ce)量參數(shu)能夠以(yi)最佳的(de)方式獲(huo)得，在振(zhen)動傳感(gan)⛷️器與信(xin)号分析(xi)儀🔞之間(jian)需要設(she)置電荷(he)放大器(qi)以🍓實現(xian)對位移(yi)、速度和(he)加速度(du)等不同(tong)電荷量(liang)信号的(de)🛀🏻放大，并(bing)将其轉(zhuan)化成電(dian)壓或是(shi)電流信(xin)号。
2．3振動(dong)信号分(fen)析儀
　　振(zhen)動信号(hao)分析儀(yi)能夠顯(xian)示振動(dong)的測量(liang)參數“加(jia)速🍓度，速(su)🤞度，位移(yi)值”，現場(chang)數據采(cai)集及分(fen)析功能(neng)，還可以(yi)正确診(zhen)斷(如:不(bu)平衡，不(bu)對中，機(ji)械松動(dong)，軸承故(gu)障，齒輪(lun)箱故☁️障(zhang))引起的(de)振動過(guo)大，指出(chu)故障發(fa)生的位(wei)置及損(sun)壞程度(du)，從而全(quan)面的掌(zhang)握機器(qi)設備的(de)運行狀(zhuang)況及發(fa)展趨勢(shi)。
3渦街流(liu)量計的(de)工作原(yuan)理
　　本文(wen)渦街流(liu)量計是(shi)基于”卡(ka)門渦街(jie)“原理而(er)發展而(er)來的一(yi)種流量(liang)測量儀(yi)器，其利(li)用流體(ti)振動原(yuan)理實👈現(xian)流量的(de)測量。渦(wo)街流量(liang)計是在(zai)流體的(de)垂直流(liu)向上安(an)裝一根(gen)或是多(duo)跟非流(liu)線型旋(xuan)渦發生(sheng)體，在流(liu)體的流(liu)速達到(dao)特定📐比(bi)值時，會(hui)在阻流(liu)體的兩(liang)側各🍓自(zi)釋放分(fen)離出兩(liang)串規則(ze)的旋轉(zhuan)方向相(xiang)反的旋(xuan)渦，而且(qie)在一定(ding)的一定(ding)雷諾數(shu)範圍内(nei)流體的(de)振動頻(pin)率與流(liu)速成相(xiang)關性，運(yun)用振動(dong)檢測技(ji)術檢測(ce)旋渦分(fen)離頻率(lü)就能夠(gou)推☔算出(chu)流體的(de)平均流(liu)速和流(liu)量，具體(ti)的工💛作(zuo)原理如(ru)圖2所示(shi)。

　　當前(qian)，渦街流(liu)量計已(yi)經成爲(wei)主要流(liu)量測量(liang)儀器之(zhi)💰一，因其(qi)🆚測量可(ke)靠性好(hao)，測量範(fan)圍寬而(er)被廣泛(fan)應用于(yu)石油、化(hua)工、發電(dian)等💃領域(yu)，在對液(ye)體、氣體(ti)、蒸汽的(de)流量計(ji)量及檢(jian)測和控(kong)制💘方面(mian)呈現良(liang)好🌈的利(li)用價值(zhi)。然而，因(yin)爲渦街(jie)流量計(ji)是利用(yong)振動測(ce)量🐅技術(shu)實現🌂流(liu)體測量(liang)的☀️，其較(jiao)易受到(dao)🔴外界的(de)幹擾，影(ying)響了其(qi)測量精(jing)度;同時(shi)，由于渦(wo)街傳感(gan)器傳輸(shu)的信号(hao)微弱，在(zai)🚩噪聲的(de)影響下(xia)小流量(liang)測量受(shou)限。爲了(le)保證渦(wo)街流☀️量(liang)計的測(ce)量精度(du)，應❌充分(fen)地利用(yong)振動檢(jian)測技術(shu)，并減小(xiao)電荷☎️放(fang)大電路(lu)的噪聲(sheng)，從👌而提(ti)高其應(ying)用性能(neng)。
4振動檢(jian)測技術(shu)在渦街(jie)流量計(ji)中的應(ying)用
4．1渦街(jie)流量計(ji)流體振(zhen)動檢測(ce)
　　渦街流(liu)量計采(cai)用的是(shi)上述振(zhen)動測量(liang)技術實(shi)現流體(ti)檢測的(de)，對于渦(wo)街流量(liang)計的振(zhen)動檢測(ce)而言，其(qi)隻需檢(jian)測流🐇體(ti)振動的(de)特征參(can)數，也即(ji)流體在(zai)具體應(ying)🔞用管道(dao)☎️中産生(sheng)的旋渦(wo)頻率即(ji)可實現(xian)振動測(ce)量獲✍️取(qu)振動測(ce)量信号(hao)。當前，渦(wo)街流量(liang)計中應(ying)用的振(zhen)動檢測(ce)方式可(ke)采用:壓(ya)電式和(he)電容式(shi)，壓電式(shi)是通過(guo)交替旋(xuan)渦導緻(zhi)的壓力(li)脈動使(shi)其檢測(ce)元件壓(ya)電晶🏃🏻‍♂️體(ti)産生電(dian)脈沖來(lai)進行檢(jian)測的，而(er)電容式(shi)的檢測(ce)元件是(shi)電容，其(qi)通過旋(xuan)渦産生(sheng)的壓差(cha)促使電(dian)容量改(gai)⭐變差值(zhi)來實現(xian)振動測(ce)量，其中(zhong)壓電元(yuan)件在響(xiang)應速♊度(du)，以及其(qi)不易受(shou)流體密(mi)度、粘度(du)和溫度(du)💋的影響(xiang)，具有良(liang)好的穩(wen)定性，由(you)此得🚶‍♀️以(yi)在渦街(jie)流量計(ji)中廣泛(fan)應用。渦(wo)街流量(liang)計流體(ti)振動檢(jian)測具體(ti)如圖3所(suo)示。

　　本文渦(wo)街流量(liang)計振動(dong)測量系(xi)統中的(de)壓電式(shi)傳感器(qi)🙇‍♀️的🔞輸出(chu)的微弱(ruo)電信号(hao)，同上述(shu)振動測(ce)量系統(tong)一樣需(xu)要将🔱電(dian)荷信号(hao)經過高(gao)輸入阻(zu)抗的前(qian)置放大(da)器的阻(zu)抗交換(huan)之後，才(cai)能夠将(jiang)借助于(yu)放大檢(jian)波電路(lu)将傳感(gan)器信号(hao)傳輸到(dao)顯示儀(yi)表或實(shi)現遠程(cheng)傳💰輸，這(zhe)一過程(cheng)都是依(yi)據振動(dong)檢測的(de)相關原(yuan)理和技(ji)術來完(wan)成的🐆。
4．2渦(wo)街流量(liang)計傳感(gan)器
　　渦街(jie)流量計(ji)傳感器(qi)采用壓(ya)電傳感(gan)器，該傳(chuan)感器測(ce)量效率(lü)高🥵，可不(bu)用直接(jie)接觸測(ce)量介質(zhi)就能實(shi)現流🤞體(ti)測量，通(tong)常運用(yong)壓電元(yuan)件的應(ying)力檢測(ce)方法來(lai)進行振(zhen)動頻率(lü)的測量(liang)，具體操(cao)作💔過程(cheng)是将有(you)漩渦産(chan)生的交(jiao)替💋變化(hua)的壓力(li)轉化爲(wei)壓電傳(chuan)感器電(dian)荷信🚩号(hao)，電荷信(xin)号的變(bian)化頻率(lü)與旋渦(wo)脫落頻(pin)率相同(tong)，經過電(dian)子線路(lu)處理後(hou)的交變(bian)電荷轉(zhuan)化成旋(xuan)渦頻率(lü)，因旋渦(wo)頻率與(yu)流體流(liu)量☂️成正(zheng)相關性(xing)，由此也(ye)就得到(dao)了流體(ti)流量。利(li)用壓電(dian)晶體元(yuan)件進🐪行(hang)旋渦分(fen)離頻率(lü)的檢測(ce)，在柱體(ti)後部兩(liang)側實現(xian)旋渦的(de)交替分(fen)離，從而(er)促使壓(ya)力脈動(dong)的産生(sheng)，經安裝(zhuang)在主體(ti)候補🔞尾(wei)流中順(shun)的探頭(tou)檢測到(dao)交變力(li)，并使得(de)位于探(tan)頭🌈内部(bu)🏒的壓電(dian)晶體元(yuan)件在交(jiao)變力的(de)壓力作(zuo)用下産(chan)生變電(dian)荷♊，交變(bian)電荷信(xin)号在被(bei)檢測放(fang)⚽大器處(chu)理或數(shu)字信号(hao)處理後(hou)，輸出頻(pin)率信号(hao)，或是轉(zhuan)化成與(yu)流🐅量成(cheng)比例的(de)4～20mA直流标(biao)準信号(hao)輸出。
4．3渦(wo)街流量(liang)計放大(da)電路
　　渦(wo)街流量(liang)計中傳(chuan)感器所(suo)輸出的(de)電壓信(xin)号，需要(yao)放大電(dian)路将其(qi)放大并(bing)對信号(hao)進行處(chu)理，利用(yong)振動測(ce)量技術(shu)的測量(liang)電路關(guan)鍵在于(yu)前置放(fang)大器的(de)設置，其(qi)不僅😄能(neng)夠将傳(chuan)感器的(de)輸出☀️信(xin)号從高(gao)阻抗變(bian)爲🙇🏻低阻(zu)抗，還🏒能(neng)夠将傳(chuan)感器微(wei)弱❗的電(dian)信号進(jin)行放大(da)。前置放(fang)大電路(lu)可采用(yong)電壓放(fang)大器或(huo)是用帶(dai)電融反(fan)饋的電(dian)荷放大(da)器，本文(wen)采用電(dian)荷放大(da)器作爲(wei)渦街流(liu)量計的(de)轉換裝(zhuang)置，放大(da)、濾波、整(zheng)🎯形後變(bian)成頻率(lü)與流速(su)成正比(bi)的脈🚶‍♀️沖(chong)信号，然(ran)後進行(hang)計數處(chu)理得到(dao)流量信(xin)号，以此(ci)來提高(gao)渦街流(liu)量計的(de)抗幹擾(rao)能♍力。
5結(jie)語
　　機械(xie)振動是(shi)一種常(chang)見的現(xian)象，其直(zhi)接影響(xiang)着機器(qi)👄精度和(he)正常運(yun)轉，而通(tong)過機械(xie)振動原(yuan)理發展(zhan)而來的(de)振動測(ce)量技術(shu)則是工(gong)業控制(zhi)和生産(chan)中的重(zhong)要🌈内容(rong)之一，尤(you)其與渦(wo)街流量(liang)計中的(de)振動檢(jian)測原理(li)👉存在衆(zhong)多相通(tong)處，爲振(zhen)動檢測(ce)技術在(zai)渦街流(liu)量計中(zhong)的應用(yong)提供了(le)可能性(xing)，由此，本(ben)文針💘對(dui)渦街流(liu)量計中(zhong)振動檢(jian)測技術(shu)的應用(yong)具有重(zhong)要的理(li)論意義(yi)和使用(yong)價❗值，并(bing)能夠推(tui)動渦街(jie)流量計(ji)的不斷(duan)創新發(fa)展提供(gong)相關依(yi)據。

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