3. 閃光法 – 頻閃儀
利用可調(diào)脈沖頻率的專用電源施加于閃光燈上，將閃光燈的燈光照到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動部分，當調(diào)整脈沖頻率使得被照部分靜止不動時，此時脈沖的頻率與電機轉(zhuǎn)運的轉(zhuǎn)速是同步的。若脈沖頻率為X Hz（Hz，赫茲，頻率單位。重復次數(shù)/秒），則轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為60X RPM。而頻閃儀就是可以用來產(chǎn)生這種光源的儀器，也叫頻閃靜像儀或轉(zhuǎn)速計。是能夠使做振動、高速旋轉(zhuǎn)或周期運動構件變成" 靜止不動 " 構件的一種光學測量裝置。頻閃儀本身可以發(fā)出短暫又頻密的閃光，當調(diào)節(jié)頻閃燈的閃動頻率，使其與被測物的轉(zhuǎn)動或運動速度接近或同步時，被測物雖然高速運動著，但看上去卻是緩慢運動或相對靜止，這種視覺暫留現(xiàn)象使人目測就能輕易觀測到高速運動物體的表面質(zhì)量與運行狀況 ，而頻閃儀的閃光速度即為被檢測物體（例如：馬達）轉(zhuǎn)速和運動頻率 ,亦可以利用頻閃儀分析物體振動情況、高速移動物體的動作以及高速攝影等。
工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的復雜多樣造成了對頻閃檢測儀的不同需求，按照應用環(huán)境和使用方式的不同，將頻閃儀分為便攜式、在線式、燈頭分離式，專用型和通用型等；特殊應用的頻閃儀還有帶有靜像視頻檢查功能的靜止畫面系統(tǒng)、防爆、防水、UV等種類。工業(yè)現(xiàn)場中常用的手持便攜式頻閃儀特點是便于隨身攜帶，小巧輕便，這種頻閃儀多使用大容量的充電電池供電，這樣便于頻閃儀在生產(chǎn)線的不同位置更靈活使用。在工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)檢過程中這種頻閃儀多被用在故障源的尋找上。
某廠家頻閃儀
頻閃儀的使用步驟：
•先估測轉(zhuǎn)子的運動頻率，通過電機的額定轉(zhuǎn)速和機械的傳動比例大致估算轉(zhuǎn)速；
•將頻閃儀的閃光源照射向被測物體；
•由高頻往低頻方向調(diào)整到估算頻率，再微調(diào)直到被測物體顯現(xiàn)出個清晰的同步靜止畫面為止。在確認靜止畫面時可借由該被測物體的外輪廓、標記等等，來確認是否與停止不動時的畫面完全相同，也可以調(diào)整其兩倍的頻率，來確認是否存在兩個重疊影像，從而確定其一倍頻率時的影像，是真實同步靜止畫面；
•讀出數(shù)字幕上所顯示的數(shù)值，即是該被測物體之每分鐘的工作次數(shù)，也就是轉(zhuǎn)速RPM。
從頻閃儀的原理可以知道，這種便攜式頻閃儀適合于機器速度比較穩(wěn)定的場合，因為此時被觀測對象也是以一個穩(wěn)定的頻率出現(xiàn)，從而可以實現(xiàn)比較好的觀測效果。當機器速度不斷變化時，被觀測對象的頻率也不斷變化，此時以固定頻率閃光的內(nèi)部控制模式不能適應（也就是看不到靜止的圖像了），此時應當采用外部控制模式。通過自動同步頻閃儀外接傳感器獲取外部圖像的信號，來一個圖案，頻閃儀就閃光一次，從而實現(xiàn)圖案的自動同步跟蹤（這個需要儀器有這個外部控制功能）。
從轉(zhuǎn)速測量的精度和測量的范圍來看，便攜式頻閃儀的指標并不是很好。但頻閃儀可以讓使用者直接”看到“機械在高速運轉(zhuǎn)時的圖像，這是其它轉(zhuǎn)速測量方式不具有的功能。在現(xiàn)場應用時，頻閃儀不需要預先安裝其它裝置，也不需要停機，使用簡單，有其獨特的功效。
4. 霍爾元件轉(zhuǎn)速測量法
霍爾效應是磁電效應的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（A.H.Hall，1855-1938）于1879年在研究金屬的導電機構時發(fā)現(xiàn)的。后來發(fā)現(xiàn)半導體、導電流體等也有這種效應，而半導體的霍爾效應比金屬強得多，利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件，霍爾元件也稱為霍爾傳感器。
霍爾效應原理：
如上圖：磁場B中有一個霍爾半導體片，恒定電流I通過該片。在洛侖茲力的作用下，I的電子流在通過霍爾半導體時向一側(cè)偏移，使該片在兩側(cè)方向上產(chǎn)生電位差，這就是所謂的霍爾電壓。由霍爾效應的原理知，霍爾電勢的大小取決于：Rh為霍爾常數(shù)，它與半導體材質(zhì)有關；I為霍爾元件的偏置電流；B為磁場強度；d為半導體材料的厚度。對于一個給定的霍爾器件Rh和d都已確定為常數(shù)，當偏置電流I固定時，UH將完全取決于被測的磁場強度B。在半導體薄片兩端通以控制電流I，并在薄片的垂直方向施加磁感應強度為B的勻強磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上，將產(chǎn)生電勢差為UH的霍爾電壓。簡單的說，就是外部磁場B和電壓成比例變化了�；魻杺鞲衅鞣譃榫�型霍爾傳感器和開關型霍爾傳感器兩種，在轉(zhuǎn)速測量應用中通常使用開關型霍爾傳感器。
•開關型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量；
•線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。
霍爾傳感器的使用：
若使霍爾集成電路起傳感作用，需要?機械的方法來改變磁感應強度。下圖所示的方法是用一個轉(zhuǎn)動的葉輪作為控制磁通量的開關，當葉輪葉片處于磁鐵和霍爾集成電路之間的氣隙中時，磁場偏離集成片，霍爾電壓消失。這樣，霍爾集成電路的輸出電壓的變化，就能表示出葉輪驅(qū)動軸的某一位置。霍爾效應傳感器屬于被動型傳感器，它要有外加電源才能工作，這一特點使它能檢測轉(zhuǎn)速低的運轉(zhuǎn)情況。
1-霍爾半導體元件， 2-永久磁鐵， 3-擋隔磁力線的葉片
霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速方式舉例：
圖中：1.轉(zhuǎn)子；2.測量盤；3.磁體；4.霍爾傳感器
上圖A、B、C中安裝有一個磁體，霍爾傳感器保持不動，這樣每轉(zhuǎn)一圈，磁體經(jīng)過霍爾傳感器使其開關一次，產(chǎn)生一次脈沖，下次轉(zhuǎn)過時又產(chǎn)生一次脈沖。計算兩個脈沖之間的時間間隔，就可以算出轉(zhuǎn)速值。（注：計算兩個脈沖之間的時間間隔在電子上是很成熟的計數(shù)器技術）如下圖：
上圖D中，安裝的磁體是一條磁條，這樣旋轉(zhuǎn)一圈的時候，產(chǎn)生的脈沖數(shù)就是磁極變化對數(shù)N的數(shù)目。同理可以計算N個脈沖的時間間隔從而得出轉(zhuǎn)速。
假設某個霍爾傳感器測量的轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，每轉(zhuǎn)一圈時產(chǎn)生n個脈沖信號，測得二個脈沖信號之間的時間為t秒，則測量的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60/nt (rpm轉(zhuǎn)/分)
5.電磁式傳感器測轉(zhuǎn)速
磁電式轉(zhuǎn)速傳感器是利用磁電感應來測量物體轉(zhuǎn)速的，屬于非接觸式轉(zhuǎn)速測量，有很好的抗干擾性能，多用于發(fā)動機等設備的轉(zhuǎn)速監(jiān)控，在工業(yè)生產(chǎn)中有較多應用。
傳感器實物圖
使用示意圖
磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的原理：
常見的開磁路式磁電轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構應用如下圖所示：
1.永久磁鐵；2.軟磁鐵；3.感應線圈；4.測量齒輪
當測量對象轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)速傳感器的線圈會產(chǎn)生磁力線，齒輪轉(zhuǎn)動會切割磁力線，磁路由于磁阻變化，在感應線圈內(nèi)產(chǎn)生電動勢。這種傳感器通常和測量齒輪配合使用，測量齒輪通常叫做測速齒圈，形狀和齒輪相似。
由原理圖可知，其產(chǎn)生的交流電壓信號的頻率與齒輪轉(zhuǎn)速和齒數(shù)成正比，在齒數(shù)確定的情況下，傳感器線圈輸出的電壓頻率正比于齒輪的轉(zhuǎn)速，其關系為：f =n Xz/60
其中：n為發(fā)動轉(zhuǎn)速rpm；z為觸發(fā)輪齒數(shù)；f為測量出來的電壓信號頻率Hz（赫茲）。
另外，在傳感器線圈中產(chǎn)生周期性的電壓，其幅度與轉(zhuǎn)速n及傳感器和齒圈的間隔距離有關。
磁電式轉(zhuǎn)速傳感器直接將被測物體的機械能量轉(zhuǎn)換成電信號輸出，工作不需要外加電源，是一種典型的有源傳感器。由于這種傳感器輸出功率較大，因而大大地簡化了配用的二次儀表電路。它只適合進行動態(tài)測量。由于它有較大的輸出功率，故配用電路較簡單；零位及性能穩(wěn)定；
磁電式轉(zhuǎn)速傳感器特點：
•抗干擾能力強，能夠在煙霧、油氣、水汽等環(huán)境下工作；
•輸出信號強，測量范圍廣，齒輪、曲軸、輪輻等部件，及表面有縫隙的轉(zhuǎn)動體都可測量；
•無機械動作，無需潤滑，運行過程無?供電，工作維護成本低；
•結(jié)構緊湊、體積較小、安裝使用方便，便于和各種二次儀表搭配使用；
•怕外部變化磁場干擾；
•在轉(zhuǎn)速較低時，因為產(chǎn)生的電壓值較小不易檢測，所以不便于測量較低轉(zhuǎn)速。一般為其測量頻率為10～1000Hz，也就是Z低轉(zhuǎn)速為10X60=600rpm。
6.電渦流傳感器轉(zhuǎn)速測量法
電渦流傳感器原理：
電渦流傳感器實物圖
（通常由螺栓狀的探頭、帶接線頭的變送器及電纜線構成）
電渦流傳感器原理圖
電渦流傳感器的結(jié)構很簡單，前置器中的振蕩器使探頭中的信號拾取線圈產(chǎn)生高頻振蕩，探頭接近金屬導體時，線圈周圍空間產(chǎn)生交變磁場H1，此交變磁場使金屬導體上產(chǎn)生電渦流，此電渦流也產(chǎn)生交變磁場H2，H2和H1的磁場方向是方向相反的，從而引起通電線圈中電流大小和相位的變化，也就是線圈的有效阻抗Z變化。阻抗Z的變化與被測距離x成比例變化，因此，前置器中的檢測器和放大器把Z的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，以獲得位移x與電量之間的關系。
電渦流傳感器是機械狀態(tài)監(jiān)測中的一種很重要的傳感器，它除了可以用來測量轉(zhuǎn)速外，還可以測量振動位移量，以及靜態(tài)位置量，在后面的振動傳感器中還要提及。探頭輸出信號的交流部分與軸振動成正比，直流部分與探頭和軸表面間的間隙成正比（間隙電壓）。
渦流式位移傳感器的Z大特點是采用非接觸測量，它與被測點沒有接觸，適合于測量轉(zhuǎn)子相對于軸承的相對位移，包括軸的平均位置及振動位移。由于高速旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子軸表面具有很高的切線速度，所以用接觸式傳感器很難以實現(xiàn)振動的接收。渦流式位移傳感器是利用轉(zhuǎn)軸表面與傳感器探頭端部間的間隙變化來接收振動的，從而避免了與轉(zhuǎn)軸表面的直接接觸。
渦流傳感器測量轉(zhuǎn)速時要求在軸上標記線處開一條幾毫米深的鍵槽（或者凸臺），如下圖所示為鍵槽。一般來講，鍵槽開的寬，脈沖也寬。
當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來后，電渦流傳感器會產(chǎn)生（通常需要通過整形電路）類似下圖的電壓信號：
顯然，只要測得兩個脈沖間的時間t,即可求得轉(zhuǎn)子的瞬時轉(zhuǎn)動角速度a或轉(zhuǎn)速RMP。
測量時，常常設定一電壓閾值V，脈沖以越過V計，以避免各種擾動所產(chǎn)生的“毛刺”而影響測量的精度。鍵槽凸臺的幾何尺寸，不同的監(jiān)測系統(tǒng)和被測轉(zhuǎn)子都有一定的相應要求，例如本特利公司7200系列和3000系列監(jiān)測系統(tǒng)要求鍵槽和凸臺的寬度大于7mm，深度大于1.5mm，長度大于10mm，以保證產(chǎn)生Z小5V的峰值脈沖信號。
旋轉(zhuǎn)機械的鍵相信號對旋轉(zhuǎn)機械的振動測量具有重要意義，除了測量轉(zhuǎn)速以外，它還可以作為相位參考脈沖信號。在后面的振動檢測內(nèi)容中會再次提及。為了獲得理想的鍵相脈沖信號，應注意以下問題：
•由于鍵槽有一定的寬度，因此參考脈沖信號有一定的寬度，這時轉(zhuǎn)速測量取值應明確是以脈沖前沿或后沿為觸發(fā)參考。鍵相位的渦流傳感器應徑向安裝，而不能軸向安裝。因為軸向安裝時，受軸向推力的作用會造成前置器輸出超出線性范圍，從而有礙于鍵相信號的幅度。
•選擇鍵槽的長度時應考慮轉(zhuǎn)子的軸向竄動量。
•渦流傳感器與軸表面之間的間隙應按軸平滑表面定，不按缺口定。
•鍵槽的長度應沿與轉(zhuǎn)子中心線相平行的方向測量，寬度應與軸中心線相垂直。
•對于高速轉(zhuǎn)子，應設法消除因鍵槽產(chǎn)生的不平衡。
電渦流傳感器測轉(zhuǎn)速時的使用特點和磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的特點類似，參見磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的特點。不同點在于電渦流傳感器可以零頻率響應，也就是說因為電渦流傳感器產(chǎn)生的電壓和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度無關，可以測量的Z低轉(zhuǎn)速沒有限制。
7.光電傳感器測轉(zhuǎn)速
光電傳感器測轉(zhuǎn)速也有很多種分類。
一般按照光的種類，分為紅外線、激光等；
注意：激光對人眼有害，不要對人眼直接照射。
按照光線的發(fā)射，接收方式又分為反射式、對射式；如下圖：
對射式
反射式
對射式是由一個發(fā)射管發(fā)射光，另一個接收管接收信號。這樣通過在轉(zhuǎn)子附件上增加光的隔斷機構就能得到和轉(zhuǎn)速的同步脈沖信號；
反射式光傳感器是發(fā)射和接收管在一起，在轉(zhuǎn)子表面設置反射裝置（比如反光條），轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后得到和轉(zhuǎn)速的同步脈沖信號。
在機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中，主要是使用反射式激光傳感器測轉(zhuǎn)速，下面重點這種傳感器的兩種用法：
1）基于反射式激光傳感器的便攜式轉(zhuǎn)速計
某廠家轉(zhuǎn)速計標配激光器測轉(zhuǎn)速，憑借激光光學系統(tǒng)，使用者可在旋轉(zhuǎn)機械的安全距離處輕松、快速地進行測速。在有些頻閃儀上也有加裝激光測轉(zhuǎn)速功能，如下圖：
某廠家頻閃儀，帶激光測轉(zhuǎn)速功能
（可以通過反光條觸發(fā)控制閃光燈頻率）
光反射式測轉(zhuǎn)速特點：
•需要貼反光條，所以測試前需要停機，不能停機場合使用受限；
•反光條易失去粘性及被雜物覆蓋，不能長時間使用；
•操作簡便且精度較高。
2）反射式激光傳感器與其它設備配合測量
這種方式通常是把反射的脈沖信號接入專業(yè)的儀器儀表，除了測量轉(zhuǎn)速外，有時候還需要測量相位。因此，在需要測量相位時，要保證轉(zhuǎn)子激光點上只有一張反光條反光。
另外，現(xiàn)場實際操作時，使用磁性表座固定傳感器是Z方便的方式。
磁性表座
根據(jù)反射信號的有無，激光傳感器得到的信號也是一個脈沖信號：
可以用同樣的方法得到脈沖間隔時間，從而得到轉(zhuǎn)速RPM。
8.編碼器（光電碼盤）轉(zhuǎn)速測量法
編碼器（encoder）是將信號（如比特流）或數(shù)據(jù)進行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號，前者稱為碼盤，后者稱為碼尺。
旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速并配合PWM（脈沖寬度調(diào)制Pulse-WidthModulation）技術可以實現(xiàn)快速調(diào)速的裝置，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機械量轉(zhuǎn)換成相應的電脈沖以數(shù)字量輸出。
分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個到幾千個都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組A/B相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。
編碼器種類繁多，有很多的分類方式：
•有軸型：有軸型又可分為夾緊法蘭型、同步法蘭型和伺服安裝型等。
•軸套型：軸套型又可分為半空型、全空型和大口徑型等。
•以編碼器工作原理可分為：光電式、磁電式和觸點電刷式。
•按碼盤的刻孔方式不同分類編碼器可分為增量式和式兩類。
測量轉(zhuǎn)速時主要使用旋轉(zhuǎn)編碼器中光電式旋轉(zhuǎn)編碼器（也叫光電碼盤）。
以下介紹光電碼盤原理：
光電碼盤測轉(zhuǎn)速原理圖
轉(zhuǎn)子軸上固定一個光電碼盤，光電碼盤上有一個或多個能透光的光柵，每個光柵背后有一個光敏元件對應，隨著電機轉(zhuǎn)運，光電碼盤也隨著轉(zhuǎn)動，當固定光源照射在光電碼盤上時，透過光柵的光被光敏接收并產(chǎn)生脈沖電信號。假如編碼數(shù)為1，在時間t內(nèi)測量得到的脈沖數(shù)為N，則轉(zhuǎn)速n=60N/(tX1)。可以看到，光電碼盤的基本原理類似于對射式的光電轉(zhuǎn)速計，不同的是通過光柵技術可以輕易刻出成千上萬的光柵，從而達到很高的精度，并且整個編碼器可以做的很緊湊。
各種編碼器圖片
編碼器在設備安裝時就已經(jīng)安裝好，在機械狀態(tài)監(jiān)測中很少需要自己去安裝編碼器，通常只需要把編碼器的輸出信號引入機械狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。所以需要了解編碼器的輸出信號的電氣參數(shù)如幾根芯、每芯定義、電壓值、電流值），保證輸入接線正確。
關于卓微：成都卓微科技有限公司（卓微科技）致力于設備自診斷的關鍵器件和核心軟件研發(fā)。卓微科技的核心團隊在傳感器領域、設備狀態(tài)監(jiān)測軟件開發(fā)和應用方面具有豐富經(jīng)驗；在德陽羅江軍民融合基地建有生產(chǎn)和測試中心。
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