專利名稱：多維度振動傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多維度振動傳感器。
背景技術(shù)：
工業(yè)領(lǐng)域中的大型旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備如汽輪發(fā)電機組、水輪發(fā)電機組、壓縮機組、燃?xì)廨啓C、風(fēng)機、電機、水泵、齒輪和滾動軸承等。這些設(shè)備需要使用的在線監(jiān)測裝置，一般采用多只單一的振動傳感器(包括軸振、)。傳感器通過振動監(jiān)測保護儀可為設(shè)備建立一套嚴(yán)密的振動監(jiān)測分析體系。通過連續(xù)監(jiān)測設(shè)備運行的重要狀態(tài)參數(shù)，及時了解設(shè)備的運行狀況，為事故征兆的預(yù)診斷提供重要的數(shù)據(jù)資料，對已發(fā)生的故障進行快速的診斷分析，及時指出故障原因，提醒運行人員采取必要的措施，為設(shè)備的安全運行提供可靠的保障?，F(xiàn)有的振動傳感器可以采用電渦流傳感器和絕對式速度傳感器，傳感器包括振動傳感器、電渦流傳感器、位移傳感器、行程傳感器等。但多個傳感器在常用的軸振等安裝位置局促，引線復(fù)雜，在使用安裝中不方便，容易造成故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種多維度振動傳感器，在一只傳感器內(nèi)同時用于完成絕對振動和相對振動的信號測量。克服單一傳感器使用中的不足，電源線和信號可以同束輸出，方便傳感器的安裝和使用，也使可靠性有所提高。本發(fā)明技術(shù)方案是多維度振動傳感器，由電渦流傳感器和絕對式速度傳感器裝在一只外殼內(nèi)，同時完成絕對振動和相對振動的信號測量；傳感器的殼一端部設(shè)有扁平的感應(yīng)線圈，將它固定在不銹鋼螺栓一端，感應(yīng)線圈的引線與內(nèi)部前置器處理電路連接；傳感器的殼內(nèi)還設(shè)有絕對式速度傳感器，由盤狀上下軟簧片、永久磁鋼、阻尼杯、導(dǎo)磁體、連接桿及支架、動線圈構(gòu)成，動線圈固定在連接桿及支架上，永久磁鋼條和導(dǎo)磁體固定，導(dǎo)磁體的截面為H形，永久磁鋼固定在H的橫條中央，動線圈套在H形上部的永久磁鋼條上，H形的下部與阻尼杯相連；由盤狀上軟簧片和下軟簧片的中央分別固定在連接桿及支架、阻尼杯上， 盤狀上下軟簧片圓盤邊緣固定在外殼上。感應(yīng)線圈與動線圈一道連接到引出線接頭；本發(fā)明的改進包括連接一前置電路再連接引出線接頭，前置電路輸出作為傳感器的輸出，當(dāng)然，前置器的電路也供電，引出線接頭同時將直流電和信號同時接通。當(dāng)傳感器的外殼固定在振動物體上時，整個傳感器跟著振動物體一起振動，而處在空氣間隙內(nèi)的振動線圈是用很軟簧片1、8固定在外殼上的，其自振頻率ωη (選為 l-5Hz/min)較低。當(dāng)自振頻率ω彡1. 5 ω η時，動線圈處在相對(相對與傳感器外殼)靜止?fàn)顟B(tài)，線圈與磁鋼之間發(fā)生相對運動，動線圈切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電勢Ε。而不銹鋼螺栓一端感應(yīng)線圈連接廣2MHz的高頻電流時，線圈周圍產(chǎn)生了高頻電磁場；如其周圍有金屬導(dǎo)體，便會在金屬表面產(chǎn)生個感應(yīng)電流，即電渦流，感應(yīng)線圈阻抗Z 的變化是感應(yīng)線圈與金屬導(dǎo)體之間間隙χ的單值函數(shù)，將感應(yīng)線圈接入高頻振蕩回路，由此在高頻振蕩回路輸出端可以獲得間隙χ有關(guān)的高頻諧波，該信號經(jīng)放大、檢波、濾波后，便可得到一個與X值成正比的輸出電壓，輸出電壓的直流分量正比于感應(yīng)線圈與金屬導(dǎo)體之間的靜態(tài)間隙；若線圈與金屬板之間存在相對振動，則有交流電壓輸出，它正處于金屬板與感應(yīng)線圈之間的相對位移，這種傳感器又稱為位移傳感器，它不但可作靜態(tài)測量，例如兩個物體之間的距離、金屬板的厚度等，而且還可以作動態(tài)測量。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明是二種傳感器組合的多維度振動傳感器，在一只傳感器內(nèi)同時用于完成絕對振動和相對振動的信號測量?？朔我粋鞲衅魇褂弥械牟蛔悖娫淳€和信號可以同束輸出，方便傳感器的安裝和使用，也使可靠性有所提高。


圖1是本發(fā)明傳感器結(jié)構(gòu)示意圖
1、8—簧片；2—永久磁鋼；3—阻尼杯；4一導(dǎo)磁體；5—連接桿及支架；6—外殼；7—動線圈；9一引出線接頭；10—感應(yīng)線圈；11一固定螺母；12—前置器電路。
具體實施例方式
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖所示，當(dāng)傳感器的外殼6固定在振動物體上時，整個傳感器跟著振動物體一起振動，而處在空氣間隙內(nèi)的振動線圈7是用很軟的簧片1、8固定在外殼上的，其自振頻率ωη較低。當(dāng)自振頻率ω ^ 1. 5 ω η時，動線圈處在相對(相對與傳感器外殼)靜止?fàn)顟B(tài)，線圈與磁鋼之間發(fā)生相對運動，動線圈切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電勢E : E=BL ν 式中 B——磁場強度 L——感應(yīng)線圈磁場強度
ν——相對運動速度當(dāng)B、L 一定時，輸出電勢E正比于振動速度ν。因為其振動的相對速度是相對于空間某一靜止點而言，故又稱絕對式速度傳感器。電渦流傳感器頭部有扁平的感應(yīng)線圈，將它固定在不銹鋼螺栓一端，感應(yīng)線圈的引線從螺栓另一端與高頻電纜相連。當(dāng)頭部感應(yīng)線圈通上高頻(1 2MHz)電流時，線圈周圍產(chǎn)生了高頻電磁場；如其周圍有金屬導(dǎo)體，便會在金屬表面產(chǎn)生個感應(yīng)電流，即電渦流， 根據(jù)楞次定律，電渦流產(chǎn)生的電磁場與感應(yīng)線圈的電磁場方向相反，這兩個磁場相互疊加， 改變了感應(yīng)線圈的阻抗，感應(yīng)線圈內(nèi)阻抗變化可用下式表示。Z = f ( μ、Y、r、x、I、ω )
式中 μ——導(dǎo)磁系數(shù)； Y——電導(dǎo)率； r——線圈尺寸因子； X——感應(yīng)線圈與導(dǎo)體之間的間隙； I——勵磁電流； ω——勵磁電流圓周率。當(dāng)金屬導(dǎo)體結(jié)構(gòu)均勻、各向同性且μ、Y、r、I、ω —定時，感應(yīng)線圈阻抗Z的變化是感應(yīng)線圈與金屬導(dǎo)體之間距離的單值函數(shù)。如果當(dāng)μ、γ、χ、Ι、ω —定時，增大線圈尺寸r，磁場分布范圍將增大，但感應(yīng)磁場強度的變化幅度減少，反之則相反。因此這種傳感器的線性范圍隨感應(yīng)線圈直徑增大而加大，而傳感器靈敏度(單位間隙的阻抗變化值)隨感應(yīng)線圈直徑增大而減少。
為了使感應(yīng)線圈獲得高頻電流，應(yīng)將感應(yīng)線圈接入振蕩回路，由此在高頻振蕩回路輸出端可以獲得間隙X有關(guān)的高頻諧波，該信號經(jīng)放大、檢波、濾波后，便可得到一個與X值成正比的輸出電壓，輸出電壓的直流分量正比于感應(yīng)線圈與金屬導(dǎo)體之間的靜態(tài)間隙；若線圈與金屬板之間存在相對振動，則有交流電壓輸出，它正處于金屬板與感應(yīng)線圈之間的相對位移，因此這種傳感器又稱為位移傳感器，它不但可作靜態(tài)測量，例如兩個物體之間的距離、金屬板的厚度等，而且還可以作動態(tài)測量。電渦流傳感器檢波到的交直流信號是疊加在線圈的高頻電源上的，如果直接將這種混頻信號送到振動儀，即使采用高頻電纜，也會使傳感器的靈敏度顯著降低，而且易受干擾。為防止這些不利影響，必須在電渦流傳感器附近設(shè)置放大器、檢波器和濾波器，將振動信號放大并檢出后送到振動儀。這一裝置稱為電渦流傳感器的前置器。殼體中的絕對式速度傳感器實際上是一個往復(fù)式永磁小發(fā)電機。當(dāng)傳感器的外殼 6固定在振動物體上時，整個傳感器跟著振動物體一起振動，而處在空氣間隙內(nèi)的動線圈7 是用很軟的簧片1、8固定在外殼上的，其自振頻率ωη較低。當(dāng)自振頻率ω >1.5ωη時， 動線圈處在相對(相對與傳感器外殼)靜止?fàn)顟B(tài)，線圈與磁鋼之間發(fā)生相對運動，動線圈切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電勢Ε，本發(fā)明還設(shè)運算放大器的前置器電路，通過其放大后使信號至 IOOmV的數(shù)量。傳感器通過表面貼裝微形封裝技術(shù)將前置器電路集成在線圈探頭內(nèi)，探頭頭部采用耐高低溫和各種化學(xué)腐蝕的聚苯硫醚(PPQ注塑成形，線圈被嚴(yán)格密封；電路采用防酸堿不銹鋼MlOX 1或Μ16Χ 1螺紋圓管和環(huán)氧樹脂封裝，防潮、防塵；本發(fā)明多維振動傳感器實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機械的相對振動和絕對振動的測量。該傳感器體積小、精度高、安裝方便。 主要應(yīng)用于電力、石化、冶金、煉油、鋼鐵等工業(yè)領(lǐng)域中的大型機械設(shè)備，如汽輪發(fā)電機組、 水輪發(fā)電機組、壓縮機組、燃?xì)廨啓C、風(fēng)機、電機、水泵、齒輪和滾動軸承等。通過連續(xù)測量設(shè)備運行的振動參數(shù)，為監(jiān)測設(shè)備提供全面的振動信息，為設(shè)備的安全運行提供可靠的保障。傳感器通過表面貼裝微形封裝技術(shù)將前置器電路集成在線圈探頭內(nèi)，探頭頭部采用耐高低溫和各種化學(xué)腐蝕的聚苯硫醚(PPQ注塑成形，線圈被嚴(yán)格密封；電路采用防酸堿不銹鋼MlOX 1或Μ16Χ 1螺紋圓管和環(huán)氧樹脂封裝，防潮、防塵。
權(quán)利要求
1.多維度振動傳感器，其特征是由電渦流傳感器和絕對式速度傳感器組裝在一只外殼內(nèi)，外殼的一端部設(shè)有扁平的感應(yīng)線圈，將它固定在不銹鋼螺栓一端，感應(yīng)線圈的引線與內(nèi)部前置器處理電路連接；外殼內(nèi)設(shè)有電渦流絕對式速度傳感器，由盤狀上下軟簧片、永久磁鋼、阻尼杯、導(dǎo)磁體、連接桿及支架、動線圈構(gòu)成，動線圈固定在連接桿及支架上，永久磁鋼條和導(dǎo)磁體固定，導(dǎo)磁體的截面為H形，永久磁鋼固定在H的橫條中央，動線圈套在H形上部的永久磁鋼條上，H形的下部與阻尼杯相連；由盤狀上軟簧片和下軟簧片的中央分別固定在連接桿及支架、阻尼杯上，盤狀上下軟簧片圓盤邊緣固定在外殼上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多維度振動傳感器，其特征是感應(yīng)線圈與動線圈一道連接到引出線接頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多維度振動傳感器，其特征是設(shè)有前置電路，扁平的感應(yīng)線圈與動線圈連接一前置電路再連接引出線接頭，前置電路輸出作為傳感器的輸出，引出線接頭同時將直流電和信號同時接通。
全文摘要
多維度振動傳感器，由電渦流傳感器和絕對式速度傳感器組裝在一只外殼內(nèi)，外殼的一端部設(shè)有扁平的感應(yīng)線圈，將它固定在不銹鋼螺栓一端，感應(yīng)線圈的引線與內(nèi)部前置器處理電路連接；外殼內(nèi)設(shè)有電渦流絕對式速度傳感器，由盤狀上下軟簧片、永久磁鋼、阻尼杯、導(dǎo)磁體、連接桿及支架、動線圈構(gòu)成，動線圈固定在連接桿及支架上，永久磁鋼條和導(dǎo)磁體固定，導(dǎo)磁體的截面為H形，永久磁鋼固定在H的橫條中央，動線圈套在H形上部的永久磁鋼條上，H形的下部與阻尼杯相連；由盤狀上軟簧片和下軟簧片的中央分別固定在連接桿及支架、阻尼杯上，盤狀上下軟簧片圓盤邊緣固定在外殼上。
文檔編號G01H11/02GK102175304SQ20111002789
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者華洪斌, 夏惠興 申請人:夏惠興