美國Wilcoxon振動傳感器技術交流

一、品牌與產品概述

Wilcoxon Sensing Technologies 隸屬于安費諾（Amphenol）集團，自1960年代起從事振動監測產品的研發與制造。公司通過ISO 9001:2015認證，產品線涵蓋加速度計、速度傳感器、4-20mA振動變送器、環路供電傳感器、電纜組件及安裝配件等。

Wilcoxon的產品體系按輸出類型可分為兩大類：IEPE加速度計（輸出動態電壓信號，需外接恒流源供電）和4-20mA變送器（兩線制環路供電，可直接接入PLC/DCS/SCADA系統）。此外還提供三軸加速度計、本安型防爆傳感器、低頻/高靈敏度傳感器、高溫傳感器等特殊用途產品。

二、產品類型

通用型IEPE加速度計（如786A、787A系列）：100 mV/g靈敏度，適用于大多數工業設備的常規振動監測。

緊湊型IEPE加速度計（如780A系列）：體積小、重量輕，適用于安裝空間受限的場合。

高靈敏度/低頻加速度計（如786LF、787-500系列）：500 mV/g靈敏度，擴展低頻響應，適用于低速旋轉機械。

高頻加速度計（如736/736T系列）：頻率響應最高達25 kHz，適用于齒輪嚙合、小型軸承等高頻振動監測。

三軸加速度計（如993B系列）：單殼體集成三個傳感元件，實現三向同步測量。

4-20mA加速度變送器（如PC420A系列）：輸出與加速度成比例的4-20mA電流信號。

4-20mA速度變送器（如PC420V、PCC420V系列）：輸出與速度成比例的4-20mA電流信號。

雙輸出傳感器（如PC420A-DA系列）：同時提供4-20mA趨勢輸出和動態振動信號輸出。

本安型防爆傳感器（如786F-IM-IS、787F-IM-IS系列）：適用于Class I Division 1及ATEX Zone 0/1危險區域。

地震加速度計（如731A系列）：超高靈敏度（10 V/g），超低頻響應，用于地震監測和結構健康監測。

三、主要型號

786A —— 通用型IEPE加速度計，100 mV/g，頂部出口2針MIL-C-5015連接器。

786F —— 通用型IEPE加速度計，100 mV/g，集成式整體電纜。

787A —— 通用型IEPE加速度計，100 mV/g，低剖面設計。

780A —— 緊湊型IEPE加速度計，100 mV/g或10 mV/g可選，API 670 compliant。

786LF-500 —— 低頻高靈敏度加速度計，500 mV/g，0.2 Hz低頻響應。

993B-7 —— 三軸加速度計，100 mV/g，集成鎧裝線纜。

PC420A-DA —— 雙輸出加速度變送器，4-20mA + 動態輸出。

PCC420V —— 緊湊型速度變送器，4-20mA輸出，RMS或峰值可選。

786F-IM-IS —— 本安型整體電纜加速度計，100 mV/g，Class I Div 1認證。

731A/P31 —— 地震加速度計系統，10 V/g靈敏度，超低頻響應。

四、產品介紹（代表性產品技術參數與工作原理）

1. 通用型加速度計 —— 786A

786A是一款通用型IEPE加速度計，靈敏度100 mV/g（25°C，容差±5%），加速度范圍80 g峰值，幅度非線性度1%。頻率響應：±5%為3–5,000 Hz，±10%為1–9,000 Hz。工作溫度范圍–50°C至+120°C，振動極限500 g峰值，沖擊極限5,000 g峰值。外殼采用316L不銹鋼，氣密密封，外殼隔離設計。輸出接口為2針MIL-C-5015型連接器，安裝方式為1/4-28 UNF螺紋孔。

工作原理：786A基于壓電效應工作。傳感器內部采用PZT陶瓷剪切式傳感元件。當被測物體產生振動時，慣性質量對壓電元件施加動態力，壓電元件將機械應力轉換為電荷信號。內置的IEPE（Integrated Electronics Piezo-Electric）電路將高阻抗電荷信號轉換為低阻抗電壓信號，通過同軸電纜傳輸。IEPE電路需外部恒流源供電（18–30 VDC，2–10 mA），輸出信號疊加在偏置電壓（典型值12 VDC）上。

2. 低頻高靈敏度加速度計 —— 786LF-500

786LF-500靈敏度500 mV/g（容差±5%），加速度范圍10 g峰值（VDC > 22 V）。頻率響應±5%為0.35–5,000 Hz。該傳感器擴展了低頻響應能力，可檢測低至0.2 Hz的振動信號。

工作原理：與通用型加速度計相同，采用PZT剪切式壓電原理。區別在于其低頻響應經過優化，通過調整傳感元件的低頻截止特性和電路濾波參數，使傳感器在0.2 Hz起始的低頻段仍保持平坦的頻率響應。高靈敏度（500 mV/g）使得在低速旋轉機械（如風力發電機、大型水輪機）上產生的微弱振動信號也能被有效拾取。

3. 4-20mA速度變送器 —— PCC420V

PCC420V提供與振動速度成正比的4-20 mA輸出。滿量程范圍可選0.5–5.0 ips（英寸/秒），輸出類型可選真RMS或計算峰值。頻率響應±10%為10 Hz–1.0 kHz，±3 dB為3.5 Hz–2.0 kHz。重復性±2%，橫向靈敏度≤5%。工作溫度–40°C至+105°C，振動極限250 g峰值，沖擊極限2,500 g峰值。供電方式為兩線制環路供電（12–30 VDC），24 VDC時最大回路電阻700 Ω。外殼為316L不銹鋼，重量120克。

工作原理：PCC420V內部集成了壓電傳感元件、信號調理電路和V/I轉換電路。壓電元件檢測振動信號后，經電荷放大、濾波和真RMS或峰值檢波處理，得到與振動速度成比例的電壓信號。該電壓信號通過V/I轉換電路轉換為4-20 mA電流信號，在兩線制回路中傳輸。4 mA對應零振動，20 mA對應滿量程振動值。這種輸出方式可直接接入現有PLC、DCS或SCADA系統的模擬量輸入模塊。

4. 三軸加速度計 —— 993B-7

993B-7靈敏度100 mV/g（容差±10%），加速度范圍40 g峰值。頻率響應（Z軸，±3 dB）為2–10,000 Hz，X/Y軸為2–7,000 Hz。幅度非線性度1%。工作溫度–50°C至+120°C，振動極限500 g峰值，沖擊極限5,000 g峰值。外殼采用316L不銹鋼，氣密密封，IP68防護等級（靜水壓力最大100 psi）。

工作原理：993B-7在單一外殼內集成了三個相互正交的PZT剪切式壓電傳感元件。每個傳感元件分別響應X、Y、Z三個軸向的振動加速度。三個通道獨立進行電荷轉換和信號放大，輸出三個獨立的電壓信號。單次測量即可獲得三個軸向的振動數據，避免了使用多個單軸傳感器時的安裝方向誤差和布線復雜度。

五、優勢特點

1. 氣密密封與316L不銹鋼外殼

Wilcoxon傳感器普遍采用氣密密封結構和316L不銹鋼外殼。氣密密封可防止濕氣、腐蝕性氣體和粉塵侵入傳感器內部，保證在潮濕、化工等惡劣環境下傳感元件的長期穩定性。316L不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能，適用于海上平臺、化工廠等腐蝕性環境。

2. 外殼隔離設計

多數型號采用外殼隔離設計（Case Isolated）。傳感器的信號公共端與金屬外殼之間通過高阻抗隔離（100V時 >10? Ω）。這一設計可避免接地環路引起的測量誤差，在傳感器安裝于設備金屬表面時，不會將現場設備的接地電位引入測量回路。

3. 寬工作溫度范圍

Wilcoxon傳感器的工作溫度范圍覆蓋–50°C至+120°C（部分高溫型號可達150°C）。這一溫度范圍可滿足從寒冷戶外到高溫設備表面的各類工業現場需求。整體電纜型號的電纜護套采用特氟龍材質，額定溫度200°C。

4. 靈活的連接與安裝選項

產品提供多種連接器選項，包括2針MIL-C-5015、4針M12、整體電纜、BNC、10-32同軸等。安裝方式支持1/4-28 UNF或M6螺紋。部分型號提供頂部出口和側向出口兩種結構。豐富的選項使傳感器能夠適應不同的安裝空間和接線要求。

5. 本安型防爆認證

多款型號通過了CSA、ATEX、IECEx本安防爆認證，適用于Class I Division 1及Zone 0/1危險區域。本安型傳感器可在石油化工、天然氣處理、煤礦等存在易燃易爆氣體的場所安全使用。

六、主要應用

1. 旋轉機械狀態監測與預測性維護

Wilcoxon傳感器廣泛應用于電機、泵、風機、壓縮機、齒輪箱、冷卻塔等旋轉機械的振動監測。通過連續監測設備振動幅值和趨勢變化，可及早發現軸承磨損、不平衡、不對中、松動等機械故障，為預測性維護提供數據支撐。

2. 石油化工與危險區域

本安型防爆傳感器（如786F-IM-IS、787F-IM-IS、PC420V-IS等）適用于油氣生產與煉化、石化加工、化工裝置、海上平臺、氫氣生產與儲存、燃氣壓縮站等需要防爆認證的場所。隔爆型變送器（如PC420A-EX系列）同樣可用于危險區域的振動監測。

3. 結構健康監測

高靈敏度低頻加速度計（如786LF系列、797L系列）和地震加速度計（如731A系列）可用于橋梁、建筑、塔架等大型結構的振動監測。這些傳感器能夠檢測結構在風載、地震、交通荷載等作用下的低頻振動響應，評估結構安全狀態。

4. 高速機械與高頻振動分析

高頻加速度計（如736/736T系列）適用于高速機床主軸、高速壓縮機等設備的振動監測。這些設備在高轉速下產生的高頻振動信號（齒輪嚙合頻率、軸承通過頻率等），常規傳感器難以有效響應，而高頻加速度計頻率響應最高可達25 kHz。

5. 水下與海洋工程

部分產品具備IP68防護等級和靜水壓力耐受能力。水下傳感器、水聽器、矢量傳感器等產品可用于水下設備的振動監測、海洋聲學測量及軍事偵察應用。