專利名稱：一種溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及真空獲得設(shè)備應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠同時檢測高速旋轉(zhuǎn)體溫度和轉(zhuǎn)速的檢測機構(gòu)。
背景技術(shù)：
磁懸浮分子泵是一種采用磁軸承作為轉(zhuǎn)子支承的分子泵，它利用磁軸承將轉(zhuǎn)子穩(wěn)定地懸浮在空中，使轉(zhuǎn)子在高速工作過程中與定子之間沒有機械接觸，具有無機械磨損、能耗低、允許轉(zhuǎn)速高、噪聲低、壽命長、無需潤滑等優(yōu)點，目前磁懸浮分子泵廣泛地應(yīng)用于高真空度、高潔凈度真空環(huán)境的獲得等領(lǐng)域中。磁懸浮分子泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖I所示，圖中所述磁懸浮分子泵豎直設(shè)置，所述磁 懸浮分子泵包括泵體3、設(shè)置在所述泵體3內(nèi)腔的轉(zhuǎn)子軸系。所述轉(zhuǎn)子軸系包括轉(zhuǎn)子、第一徑向磁軸承6、第二徑向磁軸承9、第一軸向磁軸承13和第二軸向磁軸承15。所述轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軸7、與所述轉(zhuǎn)子軸7固定的葉輪I、以及用于固定所述葉輪I的裝配部件，如螺釘、螺母等。所述轉(zhuǎn)子軸7的軸線沿豎直方向設(shè)置，所述葉輪I固定安裝在所述轉(zhuǎn)子軸7的上部；所述轉(zhuǎn)子軸7的中部依次間隔地套設(shè)有第一徑向保護(hù)軸承4、第一徑向位移傳感器5、所述第一徑向磁軸承6、電機8、所述第二徑向磁軸承9、第二徑向位移傳感器10和第二徑向保護(hù)軸承11等。所述轉(zhuǎn)子軸7的下部設(shè)置有所述第一軸向磁軸承13、所述第二軸向磁軸承15、推力盤14以及軸向保護(hù)軸承12和用于檢測所述轉(zhuǎn)子軸向位移信號的軸向位移傳感器16。其中，位移傳感器(所述第一徑向位移傳感器5、所述第二徑向位移傳感器10和所述軸向位移傳感器16)的信號輸出端與位移檢測裝置18的信號輸入端連接，所述位移檢測裝置18的信號輸出端與所述控制器2的信號輸入端連接，所述位移檢測裝置18用于檢測所述轉(zhuǎn)子的位移。此外，為了檢測所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和溫度，所述磁懸浮分子泵還配置有用于檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速檢測裝置19和用于檢測轉(zhuǎn)子溫度的溫度檢測裝置，所述轉(zhuǎn)速檢測裝置19用于檢測所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號，其信號輸入端通過所述磁懸浮分子泵的接線端子17連接到轉(zhuǎn)速檢測傳感器，所述轉(zhuǎn)速檢測裝置19的信號輸出端與所述控制器2的信號輸入端連接；所述溫度檢測裝置用于檢測所述轉(zhuǎn)子的溫度信號，其信號輸入端通過所述磁懸浮分子泵的接線端子17連接到溫度檢測傳感器，所述溫度檢測裝置的信號輸出端與所述控制器2的信號輸入端連接。所述磁懸浮分子泵的控制器2接收來自所述位移檢測裝置18、所述轉(zhuǎn)速檢測裝置19和所述溫度檢測裝置的信號并對接收到的信號進(jìn)行分析處理，進(jìn)而對轉(zhuǎn)子進(jìn)行相應(yīng)控制。轉(zhuǎn)子位移和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是控制器控制轉(zhuǎn)子運動的重要依據(jù)，轉(zhuǎn)子溫度是體現(xiàn)磁懸浮分子泵工作狀態(tài)的重要指標(biāo)，因此在磁懸浮分子泵控制過程中需要時刻關(guān)注轉(zhuǎn)子位移、轉(zhuǎn)速和溫度的數(shù)值變化。現(xiàn)有技術(shù)對如磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子等高速旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速和溫度的檢測通常采用如下方法[0007]I、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速檢測采用帶霍爾傳感器的永磁直流電機驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，利用永磁直流電機上設(shè)置的霍爾傳感器檢測電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。其原理是轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就會輸出一個高電平信號，分析該高電平信號的頻率就可以得到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。2、轉(zhuǎn)子溫度檢測設(shè)置專門的溫度傳感器測量轉(zhuǎn)子溫度。上述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的測量方法，必須使用帶有霍爾傳感器的電機驅(qū)動轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)，而諸如交流電機等沒有霍爾傳感器的電機就需要另配速度傳感器測量磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，這無疑限制了磁懸浮分子泵相關(guān)配件設(shè)備的 選擇。另外，如果只依靠電機上霍爾傳感器來測量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，那么一旦霍爾傳感器發(fā)生故障，則無法再獲取轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號，影響磁懸浮分子泵的正常工作。雖然也可以在轉(zhuǎn)子上附加一個速度傳感器作為霍爾傳感器的備份測量裝置，當(dāng)霍爾傳感器發(fā)生故障時啟動該速度傳感器檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，但這樣一方面增加了成本，另一方面也增加了磁懸浮分子泵泵體內(nèi)元器件的數(shù)量，而泵體內(nèi)空間有限，額外附加一個速度傳感器勢必給泵體內(nèi)的元件布局帶來困難。類似地，上述轉(zhuǎn)子溫度的測量方法是單獨配備了一個溫度傳感器，同樣會增加成本，還會對泵體內(nèi)的元件布局造成影響。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的是現(xiàn)有技術(shù)中對如磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子等高速旋轉(zhuǎn)體溫度和轉(zhuǎn)速的檢測需要額外配置傳感器件，使成本增加，并導(dǎo)致高速旋轉(zhuǎn)機械腔體內(nèi)布局困難的技術(shù)問題，進(jìn)而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、能同時檢測高速旋轉(zhuǎn)體的溫度和轉(zhuǎn)速的檢測機構(gòu)。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，其信號輸出端與信號處理單元的信號輸入端連接，包括檢測部，為高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體的一部分，所述檢測部與所述旋轉(zhuǎn)體具有相同的溫度和轉(zhuǎn)速，所述檢測部為柱狀，其柱面上成型有一個檢測槽以及用于平衡所述旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量、保證所述旋轉(zhuǎn)體動平衡特性滿足要求的質(zhì)量均衡結(jié)構(gòu)；所述檢測槽的寬度小于所述檢測部的周長；位移傳感器，其檢測探頭設(shè)置于所述檢測部所在平面內(nèi)，所述檢測探頭對準(zhǔn)所述檢測部的柱面并與所述檢測部的中心保持固定檢測距離，所述檢測探頭用于檢測所述檢測部到所述檢測探頭的垂直距離L，所述位移傳感器的信號輸出端與所述信號處理單元的信號輸入端連接，所述位移傳感器輸出信號的電壓幅值與所述檢測部到所述檢測探頭的垂直距離L呈正比；所述信號處理單元結(jié)合所述位移傳感器輸出信號的電壓幅值與內(nèi)置于所述信號處理單元內(nèi)的所述檢測部熱膨脹系數(shù)及所述檢測部初始溫度獲取所述檢測部的溫度；所述信號處理單元根據(jù)所述位移傳感器的輸出信號計算得到所述檢測部的轉(zhuǎn)動頻率f，根據(jù)所述檢測部的轉(zhuǎn)動頻率f獲得所述旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速ω = 2 31 f0上述的溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)體為磁懸浮分子泵的轉(zhuǎn)子，所述檢測部為所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸下部的推力盤。上述的溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，所述質(zhì)量均衡結(jié)構(gòu)為成型于所述推力盤柱面上的N個凹槽，所述凹槽與所述檢測槽沿圓周均勻分布，所述凹槽與所述檢測槽具有相同形狀，且保證所述轉(zhuǎn)子動平衡特性滿足要求；[0018]所述信號處理單元獲取所述位移傳感器輸出信號的頻率f'，計算得到所
述推力盤的轉(zhuǎn)動頻率/ = ^f7，根據(jù)所述推力盤的轉(zhuǎn)動頻率獲得所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速
N + \
_ , 2π f*
m 2π / ———-~
J N I I °上述的溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，所述質(zhì)量均衡結(jié)構(gòu)為成型在所述推力盤柱面上的一個平衡槽；所述平衡槽和所述檢測槽關(guān)于所述推力盤的中心成180度對稱布置，所述平衡槽和所述檢測槽形狀不同但具有相同的容積以保證所述轉(zhuǎn)子動平衡特性滿足要求； 所述推力盤旋轉(zhuǎn)過程中，所述檢測槽對準(zhǔn)所述檢測探頭時，所述位移傳感器輸出幅值為V1的檢測脈沖信號，所述平衡槽對準(zhǔn)所述檢測探頭時，所述位移傳感器輸出幅值為V2的平衡脈沖信號；所述信號處理單元獲取所述檢測脈沖信號的頻率f1;計算得到所述推力盤的轉(zhuǎn)動頻率f = f1;根據(jù)所述推力盤的轉(zhuǎn)動頻率獲得所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ω = 23if = 23if1；或者所述信號處理單元獲取所述平衡脈沖信號的頻率f2，計算得到所述推力盤的轉(zhuǎn)動頻率f = f2,根據(jù)所述推力盤的轉(zhuǎn)動頻率獲得所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ω = 23if = 23if2。上述的溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，所述檢測槽為深窄矩形槽，所述平衡槽為淺寬矩形槽；所述推力盤旋轉(zhuǎn)過程中，所述檢測槽對準(zhǔn)所述檢測探頭時，所述位移傳感器輸出幅值為V1的高窄脈沖信號，所述平衡槽對準(zhǔn)所述檢測探頭時，所述位移傳感器輸出幅值為V2的低寬脈沖信號；所述信號處理單元獲取所述高窄脈沖信號的頻率f1;計算得到所述推力盤的轉(zhuǎn)動頻率f = f1;根據(jù)所述推力盤的轉(zhuǎn)動頻率獲得所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ω = 23if = 23if1；或者所述信號處理單元獲取所述低寬脈沖信號的頻率f2，計算得到所述推力盤的轉(zhuǎn)動頻率f = f2,根據(jù)所述推力盤的轉(zhuǎn)動頻率獲得所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ω = 23if = 23if2。上述的溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，所述信號處理單元包括濾波模塊和計算模塊；所述位移傳感器的輸出信號分為兩路；其中一路信號直接輸入至所述計算模塊，所述計算模塊采集所述推力盤上未開槽部分所對應(yīng)的位移傳感器輸出信號的任意N點(N33)電壓幅值變化量的平均值，根據(jù)內(nèi)置于所述計算模塊的所述推力盤材料的熱膨脹系數(shù)，結(jié)合所述推力盤的初始溫度計算出所述轉(zhuǎn)子的溫度；另外一路信號輸入至所述濾波模塊，經(jīng)所述濾波模塊濾除幅值為V2的低寬脈沖信號，保留幅值為V1的高窄脈沖信號后傳輸至所述計算模塊，所述計算模塊接收所述濾波模塊輸出的高窄脈沖信號，由所述高窄脈沖信號的頻率，計算出所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。上述的溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，所述位移傳感器為電渦流傳感器。本實用新型上述的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果①本實用新型中溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，只需要一個位移傳感器便可以同時獲得轉(zhuǎn)子溫度和轉(zhuǎn)速兩個物理量，完全可以替代專門的速度傳感器和溫度傳感器，節(jié)省成本。[0036]②本實用新型中的溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，檢測部選擇使用磁懸浮分子泵轉(zhuǎn)子上設(shè)置的推力盤，無需附加其他零部件，不影響腔體零件布局，整體結(jié)構(gòu)簡單。

為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本實用新型的具體實施例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖I為現(xiàn)有技術(shù)中磁懸浮分子泵的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為檢測槽和平衡槽形狀相同的檢測部的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本實用新型中實施例I位移傳感器輸出信號的波形示意圖；圖4為檢測槽和平衡槽形狀不同的檢測部的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型實施例3位移傳感器輸出信號的波形示意圖；圖6為本實用新型中實施例4濾波模塊輸出信號的波形示意圖；其中附圖標(biāo)記為I-葉輪，2-控制器，3-泵體，4-第一徑向保護(hù)軸承，5-第一徑向位移傳感器，6-第一徑向磁軸承，7-轉(zhuǎn)子軸，8-電機，9-第二徑向磁軸承，10-第二徑向位移傳感器，11-第二徑向保護(hù)軸承，12-軸向保護(hù)軸承，13-第一軸向磁軸承，14-推力盤，15-第二軸向磁軸承，16-軸向位移傳感器，17-接線端子，18-位移檢測裝置，19-轉(zhuǎn)速檢測裝置，20-檢測探頭，21-檢測槽，22-平衡槽。
具體實施方式
實施例I本實施例提供一種溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，其信號輸出端與信號處理單兀的信號輸入端連接，包括檢測部，為高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體的一部分，所述檢測部與所述旋轉(zhuǎn)體具有相同的溫度和轉(zhuǎn)速，所述檢測部為柱狀，其柱面上成型有一個檢測槽21以及用于平衡所述旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量、保證所述旋轉(zhuǎn)體動平衡特性滿足要求的質(zhì)量均衡結(jié)構(gòu)；所述檢測槽21的寬度小于所述檢測部的周長；所述旋轉(zhuǎn)體動平衡特性滿足要求是指，由于在檢測部上設(shè)置有檢測槽21，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)體存在不平衡質(zhì)量(不平衡質(zhì)量是指位于旋轉(zhuǎn)體特定半徑處的質(zhì)量，該質(zhì)量與向心加速度的乘積等于不平衡離心力)，當(dāng)不平衡質(zhì)量大于10毫克時，該不平衡質(zhì)量將使旋轉(zhuǎn)體的重心與軸心產(chǎn)生一個明顯的偏心距，在旋轉(zhuǎn)體高速旋轉(zhuǎn)過程中，旋轉(zhuǎn)體不平衡質(zhì)量引起的離心慣性力會造成旋轉(zhuǎn)體橫向機械振動(通常為徑向振動)，影響系統(tǒng)正常工作。因此，設(shè)置所述質(zhì)量均衡結(jié)構(gòu)的目的在于矯正、消除其不平衡質(zhì)量，而所述旋轉(zhuǎn)體動平衡特性滿足要求就是指所述旋轉(zhuǎn)體不平衡質(zhì)量小于預(yù)設(shè)值；位移傳感器，其檢測探頭20設(shè)置于所述檢測部所在平面內(nèi)，所述檢測探頭20對準(zhǔn)所述檢測部的柱面并與所述檢測部的中心保持固定檢測距離，所述檢測探頭20用于檢測所述檢測部到所述檢測探頭20的垂直距離L，所述位移傳感器的信號輸出端與所述信號處理單元的信號輸入端連接，所述位移傳感器輸出信號的電壓幅值與所述檢測部到所述檢測探頭20的垂直距離L呈正比；所述信號處理單元結(jié)合所述位移傳感器輸出信號的電壓幅值與內(nèi)置于所述信號處理單元內(nèi)的所述檢測部熱膨脹系數(shù)及所述檢測部初始溫度獲取所述檢測部的溫度；所述信號處理單元根據(jù)所述位移傳感器的輸出信號計算得到所述檢測部的轉(zhuǎn)動頻率f，根據(jù)所述檢測部的轉(zhuǎn)動頻率f獲得所述旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速ω = 2 31 f0作為可以實施的方式，只要不影響高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體的正常工作及其動力學(xué)特性和平衡特性，所述檢測部可以選擇所述旋轉(zhuǎn)體上的任意部分。本實施例中，所述旋轉(zhuǎn)體為磁懸浮分子泵的轉(zhuǎn)子，所述檢測部為所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸7下部的推力盤14。之所以選擇推力盤14作為檢測部，是由于所述轉(zhuǎn)子包括的所有零件中所述推力盤14的直徑最大。當(dāng)所述轉(zhuǎn)子受熱膨脹時，所述推力盤14的熱形變量最大，因此利用所述推力盤14熱膨脹時的形變量進(jìn)行溫度測量精度較高。在本實施例中，所述質(zhì)量均衡結(jié)構(gòu)為成型于所述推力盤14柱面上的N個凹槽，所述凹槽與所述檢測槽21沿圓周均勻分布，所述凹槽與所述檢測槽21具有相同形狀，且保證 所述轉(zhuǎn)子動平衡特性滿足要求；所述信號處理單元獲取所述位移傳感器輸出信號的頻率f'，計算得到所述
推力盤14的轉(zhuǎn)動頻率/ = ^f7，根據(jù)所述推力盤14的轉(zhuǎn)動頻率獲得所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速
N + \
. 2π
ω 二丄π f 二 ——:~
N -I-1 °下面以N = I為例說明本實施例說明本實施例測量溫度和轉(zhuǎn)速的過程如圖2所示，N = I時，所述推力盤14上成型有一個檢測槽21和一個與所述檢測槽形狀相同、容積相同且與所述檢測槽21關(guān)于推力盤14的中心成180度對稱分布的凹槽。所述檢測探頭20用于檢測所述推力盤14到所述檢測探頭20的垂直距離L。在所述推力盤14旋轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)所述檢測槽21旋轉(zhuǎn)到與所述檢測探頭20相對的位置上時，所述檢測探頭20到所述推力盤14的垂直距離L變大，所述位移傳感器相應(yīng)地輸出一個脈沖信號。同樣，為保證所述轉(zhuǎn)子動平衡特性滿足要求而設(shè)置的所述凹槽與所述檢測探頭20相對時，所述檢測探頭20到所述推力盤14的垂直距離L變大，所述位移傳感器相應(yīng)地輸出一個相同幅值和寬度的脈沖信號，因此所述位移傳感器輸出電壓信號的波形如圖3實線部分所示。根據(jù)圖3實線部分所示脈沖信號的波形，每兩個脈沖信號上升沿之間所經(jīng)歷的時間為一個工作周期，顯然利用該工作周期計算得到的頻率Γ為所述推力盤14的轉(zhuǎn)動頻率f的二倍，即f = f' /2，利用所述推力盤14的轉(zhuǎn)動頻率f，計算得到所述推力盤14的轉(zhuǎn)速為ω =2Jif = Jif'，此即為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，當(dāng)N大于I時，分析過程同上。當(dāng)所述推力盤14溫度發(fā)生變化AT時，由于熱脹冷縮的物理性質(zhì)，所述推力盤14發(fā)生形變，其直徑變化量為AR。如果AT為小于零的值，此時所述位移傳感器的輸出信號如圖3虛線部分所示，顯然，所述位移傳感器輸出信號的電壓幅值整體增加了 AV。由于所述位移傳感器輸出信號的電壓幅值與所述推力盤14到所述檢測探頭20的垂直距離L呈正t匕，因此Λ V與所述推力盤14直徑變化量AR呈正比，根據(jù)AV可以計算得到AR。由于信號處理單元內(nèi)存儲有所述推力盤14材料的熱膨脹系數(shù)，結(jié)合所述推力盤14的直徑變化量AR便可以得到所述推力盤14溫度變化量AT，結(jié)合所述推力盤14溫度變化量AT與所述推力盤14的初始溫度值Ttl即可獲得所述推力盤14的溫度值T = Tci+AT，此即為轉(zhuǎn)子的溫度。如果AT為大于零的值，則所述位移傳感器輸出信號幅值減小，溫度測量方法和AT小于零時一樣，在此不再贅述。實施例2本實施例與實施例I不同之處在于，本實施例中所述質(zhì)量均衡結(jié)構(gòu)為成型在所述推力盤14柱面上的一個平衡槽22 ;所述平衡槽22和所述檢測槽21關(guān)于所述推力盤14的中心成180度對稱布置，所述平衡槽22和所述檢測槽21形狀不同但具有相同的容積以保證所述轉(zhuǎn)子動平衡特性滿足要求；所述推力盤14旋轉(zhuǎn)過程中，所述檢測槽21對準(zhǔn)所述檢測探頭20時，所述位移傳感器輸出幅值為V1的檢測脈沖信號，所述平衡槽22對準(zhǔn)所述檢測探頭20時，所述位移傳感器輸出幅值為V2的平衡脈沖信號；所述信號處理單元獲取所述檢測脈沖信號的頻率f1;計算得到所述推力盤14的轉(zhuǎn)動頻率f = ,根據(jù)所述推力盤14的轉(zhuǎn)動頻率獲得所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ω = 2 π f = 2 π f1 ； 或者所述信號處理單元獲取所述平衡脈沖信號的頻率f2，計算得到所述推力盤14的轉(zhuǎn)動頻率f = f2，根據(jù)所述推力盤14的轉(zhuǎn)動頻率獲得所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ω = 23if = 23if2。測量溫度的過程與實施例I所述測量過程相同，此不贅述。實施例3在實施例2的基礎(chǔ)上，本實施例中所述檢測槽21為深窄矩形槽，所述平衡槽22為淺寬矩形槽，如圖4所示。所述推力盤14旋轉(zhuǎn)過程中，所述檢測槽21對準(zhǔn)所述檢測探頭20時，所述位移傳感器輸出幅值為V1的高窄脈沖信號，所述平衡槽22對準(zhǔn)所述檢測探頭20時，所述位移傳感器輸出幅值為V2的低寬脈沖信號；所述信號處理單元獲取所述高窄脈沖信號的頻率f1;計算得到所述推力盤14的轉(zhuǎn)動頻率f = ，根據(jù)所述推力盤14的轉(zhuǎn)動頻率獲得所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ω = 2 π f = 2 π f1 ；或者所述信號處理單元獲取所述低寬脈沖信號的頻率f2，計算得到所述推力盤14的轉(zhuǎn)動頻率f = f2，根據(jù)所述推力盤14的轉(zhuǎn)動頻率獲得所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ω = 23if = 23if2。在圖5實線部分給出了圖4所示情況下的位移傳感器的輸出信號波形圖。根據(jù)圖5實線部分所示脈沖信號的波形，其中深窄矩形槽對應(yīng)于幅值為V1的高窄脈沖信號，淺寬矩形槽對應(yīng)于幅值為V2的低寬脈沖信號。以每兩個高窄脈沖信號的上升沿之間所經(jīng)歷的時間為一個周期可以得到高窄脈沖信號的頻率，顯然推力盤14的轉(zhuǎn)動頻率f = ，利用所述推力盤14的轉(zhuǎn)動頻率f，計算得到所述推力盤14的轉(zhuǎn)速為ω = 2 f
=2 Ji f1D或者，以每兩個低寬脈沖信號的上升沿之間所經(jīng)歷的時間為一個周期可以得到高窄脈沖信號的頻率f2，顯然推力盤14的轉(zhuǎn)動頻率f = f2，利用所述推力盤14的轉(zhuǎn)動頻率f，計算得到所述推力盤14的轉(zhuǎn)速為ω = 2Jif = 23if2。測量溫度的過程與實施例I所述測量過程相同，此不贅述。實施例4本實施例在實施例3的基礎(chǔ)上，所述信號處理單元包括濾波模塊和計算模塊；所述位移傳感器的輸出信號分為兩路；[0078]其中一路信號直接輸入至所述計算模塊，所述計算模塊采集所述推力盤14上未開槽部分所對應(yīng)的位移傳感器輸出信號的任意N點(N >3)電壓幅值變化量的平均值，根據(jù)內(nèi)置于所述計算模塊的所述推力盤14材料的熱膨脹系數(shù)，結(jié)合所述推力盤14的初始溫度計算出所述轉(zhuǎn)子的溫度。以圖5為例，當(dāng)溫度變化時，所述位移傳感器輸出信號的電壓幅值會整體發(fā)生變化，理論上采集所述位移傳感器輸出信號的任一點的電壓幅值變化均可以計算得出所述轉(zhuǎn)子溫度。但是由于脈沖信號的上升沿和下降沿處本身就有電壓幅值的較大變化量，因此為了得到準(zhǔn)確的電壓幅值變化量以得到準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn)體溫度值，在選擇計算位移傳感器輸出信號電壓幅值的變化時要避免選擇脈沖信號的上升沿或者下降沿處，因此本實施例中選擇采集所述推力盤14上未開槽部分所對應(yīng)的位移傳感器輸出信號的任意N點(N ^ 3)電壓幅值變化量的平均值，根據(jù)內(nèi)置于所述計算模塊的所述推力盤14材料的熱膨脹系數(shù)，結(jié)合所述推力盤14的初始溫度計算出所述轉(zhuǎn)子的溫度；而且通過選取多個點電壓幅值變化量求平均值的方法提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性；另外一路信號輸入至所述濾波模塊，經(jīng)所述濾波模塊濾除幅值為V2的低寬脈沖信號，保留幅值為V1的高窄脈沖信號后傳輸至所述計算模塊，所述計算模塊接收所述濾波模塊輸出的高窄脈沖信號，由所述高窄脈沖信號的頻率，計算出所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；所述濾波模塊中的濾波過程如下，根據(jù)圖5所示，高窄脈沖信號的電壓幅值為V1,低寬脈沖信號的電壓幅值為V2，可以設(shè)置比較電壓為％且^ < Vtl < %。當(dāng)輸入端為高窄脈沖信號時，所述比較電路輸出信號為高電平；當(dāng)輸入端為低寬脈沖信號時，所述比較電路輸出信號為低電平。通過設(shè)置比較電壓Vtl可以將低寬脈沖信號濾掉，濾波模塊輸出的波形如圖6所示。由圖6所示的所述濾波模塊輸出信號的兩個脈沖信號的上升沿之間經(jīng)歷的時間為一個周期計算得到所述推力盤14的轉(zhuǎn)動頻率，從而計算出所述推力盤14的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與所述推力盤14的轉(zhuǎn)速相同。本實施例中，所述位移傳感器為電渦流傳感器，也可以選擇現(xiàn)有的其他非接觸型位移傳感器。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求1.一種溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，其信號輸出端與信號處理單元的信號輸入端連接，其特征在于包括 檢測部，為高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體的一部分，所述檢測部與所述旋轉(zhuǎn)體具有相同的溫度和轉(zhuǎn)速，所述檢測部為柱狀，其柱面上成型有一個檢測槽(21)以及用于平衡所述旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量、保證所述旋轉(zhuǎn)體動平衡特性滿足要求的質(zhì)量均衡結(jié)構(gòu)；所述檢測槽(21)的寬度小于所述檢測部的周長； 位移傳感器，其檢測探頭(20)設(shè)置于所述檢測部所在平面內(nèi)，所述檢測探頭(20)對準(zhǔn)所述檢測部的柱面并與所述檢測部的中心保持固定檢測距離，所述檢測探頭(20)用于檢測所述檢測部到所述檢測探頭(20)的垂直距離L，所述位移傳感器的信號輸出端與所述信號處理單元的信號輸入端連接，所述位移傳感器輸出信號的電壓幅值與所述檢測部到所述檢測探頭(20)的垂直距離L呈正比； 所述信號處理單元結(jié)合所述位移傳感器輸出信號的電壓幅值與內(nèi)置于所述信號處理單元內(nèi)的所述檢測部熱膨脹系數(shù)及所述檢測部初始溫度獲取所述檢測部的溫度； 所述信號處理單元根據(jù)所述位移傳感器的輸出信號計算得到所述檢測部的轉(zhuǎn)動頻率f，根據(jù)所述檢測部的轉(zhuǎn)動頻率f獲得所述旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速ω = 2 31 f0
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)體為磁懸浮分子泵的轉(zhuǎn)子，所述檢測部為所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸(7)下部的推力盤(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，其特征在于 所述質(zhì)量均衡結(jié)構(gòu)為成型于所述推力盤(14)柱面上的N個凹槽，所述凹槽與所述檢測槽(21)沿圓周均勻分布，所述凹槽與所述檢測槽(21)具有相同形狀，且保證所述轉(zhuǎn)子動平衡特性滿足要求； 所述信號處理單元獲取所述位移傳感器輸出信號的頻率f,，計算得到所述推力盤(14)的轉(zhuǎn)動頻率/ = ;，根據(jù)所述推力盤(14)的轉(zhuǎn)動頻率獲得所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 N + \ . 2π/* A I I
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，其特征在于 所述質(zhì)量均衡結(jié)構(gòu)為成型在所述推力盤(14)柱面上的一個平衡槽(22);所述平衡槽(22)和所述檢測槽(21)關(guān)于所述推力盤(14)的中心成180度對稱布置，所述平衡槽(22)和所述檢測槽(21)形狀不同但具有相同的容積以保證所述轉(zhuǎn)子動平衡特性滿足要求； 所述推力盤(14)旋轉(zhuǎn)過程中，所述檢測槽(21)對準(zhǔn)所述檢測探頭(20)時，所述位移傳感器輸出幅值為V1的檢測脈沖信號，所述平衡槽(22)對準(zhǔn)所述檢測探頭(20)時，所述位移傳感器輸出幅值為V2的平衡脈沖信號； 所述信號處理單元獲取所述檢測脈沖信號的頻率，計算得到所述推力盤(14)的轉(zhuǎn)動頻率f = ,根據(jù)所述推力盤(14)的轉(zhuǎn)動頻率獲得所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ω = 23if = 23if1； 或者 所述信號處理單元獲取所述平衡脈沖信號的頻率f2，計算得到所述推力盤(14)的轉(zhuǎn)動頻率f = f2,根據(jù)所述推力盤(14)的轉(zhuǎn)動頻率獲得所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ω = 23if = 23if2。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，其特征在于所述檢測槽(21)為深窄矩形槽，所述平衡槽(22)為淺寬矩形槽； 所述推力盤(14)旋轉(zhuǎn)過程中，所述檢測槽(21)對準(zhǔn)所述檢測探頭(20)時，所述位移傳感器輸出幅值為V1的高窄脈沖信號，所述平衡槽(22)對準(zhǔn)所述檢測探頭(20)時，所述位移傳感器輸出幅值為V2的低寬脈沖信號； 所述信號處理單元獲取所述高窄脈沖信號的頻率，計算得到所述推力盤(14)的轉(zhuǎn)動頻率f = ,根據(jù)所述推力盤(14)的轉(zhuǎn)動頻率獲得所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ω = 2 π f = 2 π f1 ； 或者 所述信號處理單元獲取所述低寬脈沖信號的頻率f2，計算得到所述推力盤(14)的轉(zhuǎn)動頻率f = f2,根據(jù)所述推力盤(14)的轉(zhuǎn)動頻率獲得所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ω = 23if = 23if2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，其特征在于所述信號處理單元包括濾波模塊和計算模塊； 所述位移傳感器的輸出信號分為兩路； 其中一路信號直接輸入至所述計算模塊，所述計算模塊采集所述推力盤(14)上未開槽部分所對應(yīng)的位移傳感器輸出信號的任意N點(N >3)電壓幅值變化量的平均值，根據(jù)內(nèi)置于所述計算模塊的所述推力盤(14)材料的熱膨脹系數(shù)，結(jié)合所述推力盤(14)的初始溫度計算出所述轉(zhuǎn)子的溫度； 另外一路信號輸入至所述濾波模塊，經(jīng)所述濾波模塊濾除幅值為\的低寬脈沖信號，保留幅值為V1的高窄脈沖信號后傳輸至所述計算模塊，所述計算模塊接收所述濾波模塊輸出的高窄脈沖信號，由所述高窄脈沖信號的頻率，計算出所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，其特征在于所述位移傳感器為電渦流傳感器。
專利摘要本實用新型提供一種溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)，該檢測機構(gòu)可以同時檢測高速旋轉(zhuǎn)體的溫度和轉(zhuǎn)速。本實用新型中的溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)包括作為旋轉(zhuǎn)體一部分的邊緣開槽的檢測部及位移傳感器。當(dāng)檢測部旋轉(zhuǎn)時，位移傳感器會輸出連續(xù)的脈沖信號，通過計算檢測槽對應(yīng)的脈沖信號的頻率即可完成旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速測量。當(dāng)溫度變化時，檢測部會膨脹或者收縮，則位移傳感器測得的脈沖信號的幅值會發(fā)生變化，通過測量脈沖信號幅值的變化即可計算出旋轉(zhuǎn)體溫度變化量，結(jié)合旋轉(zhuǎn)體的初始溫度即可得到旋轉(zhuǎn)體的溫度。采用本實用新型所述的溫度和轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)只需要一個位移傳感器便可以同時測量旋轉(zhuǎn)體溫度和轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)簡單、成本低。
文檔編號F04D27/00GK202520600SQ20122012807
公開日2012年11月7日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者張剴, 張小章, 李奇志, 武涵, 鄒蒙 申請人:北京中科科儀股份有限公司, 清華大學(xué)