电容式振动位移传感器

基本结构与工作原理

电容式振动位移传感器采用单电极结构。传感器的平面测端作为电容器的一个极板，通过电极座由引线接入测量电路；另一个极板由被测物表面构成。金属壳体与测端电极之间用绝缘衬垫隔开，使彼此绝缘。工作时壳体被夹持在标准台架或其他支承上，壳体接大地可起屏蔽作用。

当被测物因振动发生位移时，电容器两个极板之间的间距发生变化，电容量随之改变，从而实现位移到电容量的转换。

电容量与极距的关系

平行板电容器的电容量为

式中，$C$ 为电容量（单位：F）；$\epsilon$ 为极板间介质的介电常数（单位：F/m）；$S$ 为极板相对有效面积（单位：m²）；$d$ 为极板间距（单位：m）。

在变极距式工作方式中，$S$ 和 $\epsilon$ 保持不变，被测位移使 $d$ 变化，电容量 $C$ 与 $d$ 成反比。当极距变化量 $\mathrm{\Delta }d$ 远小于初始极距 $d_0$ 时，电容相对变化量近似为

式中，$C_0$ 为初始电容量；$\mathrm{\Delta }C$ 为电容变化量；$d_0$ 为初始极距；$\mathrm{\Delta }d$ 为极距变化量。负号表示极距增大时电容量减小。

测量振幅

测量振幅时，传感器固定不动，被测物发生振动。被测物表面的振动使极距 $d$ 随振动位移变化，电容量随之变化。测量电路将电容变化转换为电压或电流信号，即可得到振动位移的幅值。教材指出，这种传感器可用于测量 $0.05\mu \mathrm{m}$ 的振动位移。

测量轴回转精度和轴心偏摆

测量轴回转精度和轴心偏摆时，传感器固定，被测轴旋转。轴心偏摆使被测轴表面与传感器测端之间的极距发生变化，电容量随之改变。课件中采用两个对称布置的电容式传感器，通过检测轴心偏摆引起的极距变化进行测量。

适用范围与条件

该传感器适用于微小振动位移的测量，属于非接触式测量。测量时壳体应可靠夹持并接大地以起屏蔽作用。被测物表面作为电容器的一个极板，其材料应为导体或具有导电表面。测量精度受极距初始值、被测物表面状态和测量电路分辨率的影响。