本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種傳感器阻尼比調(diào)整裝置。

背景技術(shù)：

動(dòng)圈換能慣性傳感器是一種常見的振動(dòng)測量傳感器。動(dòng)圈換能慣性傳感器利用電磁感應(yīng)原理，將線圈置于磁場中，傳感器受到外界振動(dòng)后，線圈也隨之運(yùn)動(dòng)，線圈運(yùn)動(dòng)切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，從而測量出外界運(yùn)動(dòng)。動(dòng)圈換能慣性傳感器測量的振動(dòng)物理量可以是速度，也可以是加速度。

測量物理量的不同是通過調(diào)整動(dòng)圈換能慣性傳感器的阻尼比來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)傳感器處于小阻尼狀態(tài)時(shí)，傳感器測量的物理量是速度；當(dāng)傳感器處于大阻尼狀態(tài)時(shí)，測量的物理量是加速度。測量加速度需要獲得較大的阻尼比，目前，采用如下兩種方法獲得較大的阻尼比：

第一，在傳感器上并聯(lián)一個(gè)電阻，加大阻尼比，構(gòu)成速度擺加速度計(jì)，該方法是一種無源伺服反饋方法，其不足在于通過并聯(lián)電阻的方式加大阻尼是有限度的，一般阻尼比加大到3-5后，受到傳感器機(jī)械參數(shù)的限制，阻尼很難再被加大，傳感器使用頻帶的寬度較窄；

第二，在動(dòng)圈換能敏感元件上設(shè)計(jì)兩組線圈，一組為信號線圈，一組為反饋線圈，信號線圈的信號經(jīng)過反饋電路后加入到反饋線圈中，利用該方法可以獲得較大的阻尼比，其不足在于由于線圈自感和互感的影響，傳感器存在明顯的諧振頻率點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，本發(fā)明的目的在于，提供一種傳感器阻尼比調(diào)整裝置，其不需要改變傳感器內(nèi)部的機(jī)械機(jī)構(gòu)，只需要通過改變兩個(gè)電路中的電路參數(shù)，便可方便地改變傳感器的阻尼比，獲得較大的阻尼比，并且不會(huì)存在諧振率點(diǎn)，確保了傳感器檢測的準(zhǔn)確性。

一種傳感器阻尼比調(diào)整裝置，包括傳感器、阻尼調(diào)整電路和電壓處理電路；所述傳感器的輸出端與所述阻尼調(diào)整電路的輸入端連接；所述阻尼調(diào)整電路的輸出端與所述電壓處理電路的輸入端連接；所述電壓處理電路的輸出端與所述傳感器的輸出端連接，將所述阻尼調(diào)整電路的壓差信號反饋回所述傳感器，再由所述傳感器輸出阻尼比信號。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過設(shè)計(jì)阻尼調(diào)整電路和電壓處理電路，通過改變兩個(gè)電路中的電路參數(shù)，便可方便地改變傳感器的阻尼比；進(jìn)一步地，本發(fā)明不需要改變傳感器內(nèi)部的機(jī)械機(jī)構(gòu)，便可以獲得較大的阻尼比，并且不會(huì)存在諧振率點(diǎn)，確保了傳感器檢測的準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步地，所述阻尼調(diào)整電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第一輸出端子和第二輸出端子；

所述傳感器的第一輸出端與所述第一電阻的第一連接端連接；所述第一電阻的第二連接端與所述第二電阻的第一連接端，所述第二電阻的第二連接端接地；所述傳感器的第一輸出端還通過所述第一輸出端子和第二輸出端子與外界振動(dòng)信號處理電路連接；所述第三電阻的第一連接端與所述第二輸出端子連接，所述第三電阻的第二連接端接地；所述傳感器的第二輸出端接地；所述第二輸出端子作為阻尼調(diào)整電路的第一電壓輸出端接入所述電壓處理電路；所述第一電阻的第二連接端則作為阻尼調(diào)整電路的第二電壓輸出端接入所述電壓處理電路。

進(jìn)一步地，所述電壓處理電路包括第一電壓跟隨器、第二電壓跟隨器、減法器和放大器；

所述第一電壓跟隨器的輸入端與所述第一電阻的第二連接端連接；所述第二電壓跟隨器的輸入端與所述第二輸出端子連接；所述第一電壓跟隨器和第二電壓跟隨器的輸出端分別與所述減法器的兩個(gè)輸入端連接，由所述減法器輸出所述阻尼調(diào)整電路的壓差。所述減法器的輸出端與所述放大器的輸入端連接；所述放大器的輸出端與所述傳感器的第一輸出端連接，進(jìn)而將調(diào)整電路的壓差信號反饋回所述傳感器。

進(jìn)一步地，所述第一電阻、第二電阻和第三電阻均為可變電阻。

進(jìn)一步地，所述第二電阻和第三電阻的阻值為所述傳感器的直流電阻的1/10-1/5。

進(jìn)一步地，所述傳感器的阻尼比隨所述放大器的放大倍數(shù)的增大而增大。

進(jìn)一步地，所述傳感器的阻尼比與放大器的放大倍數(shù)、第二電阻、第三電阻滿足如下公式：

其中，G為機(jī)電耦合系數(shù)；K為放大器的放大倍數(shù)；R_s為傳感器的直流阻抗；R＝R₂＝R₄，其中R₂和R₃分別為第二電阻和第三電阻的阻值；m為傳感器運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量；k為傳感器彈性元件彈性系數(shù)。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過設(shè)計(jì)阻尼調(diào)整電路和電壓處理電路，通過改變兩個(gè)電路中的電路參數(shù)，便可方便地改變傳感器的阻尼比；進(jìn)一步地，本發(fā)明不需要改變傳感器內(nèi)部的機(jī)械機(jī)構(gòu)，便可以獲得較大的阻尼比，并且不會(huì)存在諧振率點(diǎn)，確保了傳感器檢測的準(zhǔn)確性。

為了更好地理解和實(shí)施，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明傳感器的等效電路圖；

圖2是本發(fā)明用于調(diào)整傳感器阻尼比的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

請同時(shí)參閱圖1和圖2，圖1是本發(fā)明傳感器的等效電路圖；圖2是本發(fā)明用于調(diào)整傳感器阻尼比的電路結(jié)構(gòu)示意圖。該傳感器阻尼比調(diào)整裝置，包括傳感器B、阻尼調(diào)整電路G₁和電壓處理電路G₂。所述傳感器B的輸出端與所述阻尼調(diào)整電路G₁的輸入端連接；所述阻尼調(diào)整電路G₁的輸出端與所述電壓處理電路G₂的輸入端連接；所述電壓處理電路G2的輸出端與所述傳感器B的輸出端連接，將所述阻尼調(diào)整電路G₁的壓差信號反饋回所述傳感器B，再由所述傳感器B輸出阻尼比信號。

所述阻尼調(diào)整電路G₁包括第一電阻R₁、第二電阻R₂、第三電阻R₃、第一輸出端子P₁和第二輸出端子P₂。

所述傳感器B的第一輸出端與所述第一電阻R₁的第一連接端連接，所述第一電阻R₁的第二連接端與所述第二電阻R₂的第一連接端后，由所述第二電阻R₂的第二連接端接地。所述傳感器B的第一輸出端還通過所述第一輸出端子P₁和第二輸出端子P₂與外界振動(dòng)信號處理電路連接；所述第三電阻R₃的第一連接端與所述第二輸出端子P₂連接，由所述第三電阻R₃的第二連接端接地；所述傳感器B的第二輸出端接地。所述第二輸出端子P₂作為阻尼調(diào)整電路G₁的第一電壓輸出端接入所述電壓處理電路G₂；所述第一電阻R₁的第二連接端則作為阻尼調(diào)整電路G₁的第二電壓輸出端接入所述電壓處理電路G₂。

本發(fā)明中，所述第一電阻R₁、第二電阻R₂和第三電阻R₃均為可變電阻，或者可根據(jù)需要在阻尼調(diào)整電路G₁中接入不同阻值的第一電阻R₁、第二電阻R₂和第三電阻R₃。本實(shí)施例中，所述第二電阻R₂和第三電阻R₃的阻值為所述傳感器B的直流電阻的1/10-1/5。

所述電壓處理電路G₂包括第一電壓跟隨器N₁、第二電壓跟隨器N₂、減法器Z和放大器A。

所述第一電壓跟隨器N₁的輸入端與所述第一電阻R₁的第二連接端連接；所述第二電壓跟隨器N₂的輸入端與所述第二輸出端子P₂連接；所述第一電壓跟隨器N₁和第二電壓跟隨器N₂的輸出端分別與所述減法器Z的兩個(gè)輸入端連接，由所述減法器Z輸出所述阻尼調(diào)整電路G₁的壓差。所述減法器Z的輸出端與所述放大器A的輸入端連接；所述放大器A的輸出端與所述傳感器B的第一輸出端連接，進(jìn)而將調(diào)整電路的壓差信號反饋回所述傳感器B，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對傳感器B阻尼比的閉環(huán)檢測和調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的阻尼調(diào)整電路G₁和電壓處理電路G₂主要用于調(diào)節(jié)動(dòng)圈換能慣性傳感器的阻尼比，以獲得較大的阻尼比，具體的，下面具體闡述本發(fā)明調(diào)整阻尼比的原理：

假設(shè)傳感器運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量為m，傳感器彈性元件彈性系數(shù)為k，機(jī)電耦合系數(shù)為G，傳感器運(yùn)動(dòng)部件相對傳感器殼體的相對位移為x，測量振動(dòng)信號的位移為X。本發(fā)明中，所述傳感器B在電路中可等效為由直流阻抗R_s和反感應(yīng)電動(dòng)勢e₁組成。在阻尼調(diào)整電路G₁中，假設(shè)第二輸出端子P₂的輸出電流為i₁，其輸出電壓為e₂；第三電阻R₃的輸出電流為i₂；阻尼調(diào)整電路G₁輸出的壓差為Δu。在電壓處理電路G₂中，放大器A的放大倍數(shù)為K；重力加速度為g；則：

e₁＝-Gsx (2)

其中，阻尼調(diào)整電路G₁的第一電壓輸出端和第二電壓輸出端的分別為：

使R_s＝R₃，R₂＝R₄＝R，根據(jù)式(1)和式(3)有：

傳感器B的拉普拉斯運(yùn)動(dòng)方程為：

(ms²+k)x-Gi₁＝ms²X (5)

其中，s為復(fù)變量。

根據(jù)式(1)和式(4)，第二輸出端子P₂的輸出電流i₁為：

根據(jù)式(2)、式(5)和式(6)，傳感器運(yùn)動(dòng)部件相對傳感器殼體的相對位移x與測量振動(dòng)信號的位移X的比值為：

則此時(shí)阻尼系數(shù)C為：

傳感器的臨界阻尼系數(shù)C_c為：

阻尼比ξ為：

將式(8)和式(9)代入公式(10)，得到本發(fā)明的阻尼比ξ為：

由式(11)可知，傳感器B的阻尼比與電路參數(shù)有關(guān)，通過改變阻尼調(diào)整電路的第二電阻R₂、第三電阻R₃，或者放大器的放大倍數(shù)K可以方便的調(diào)整傳感器的阻尼比，并且可以獲得較大的阻尼比。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過設(shè)計(jì)阻尼調(diào)整電路和電壓處理電路，通過改變兩個(gè)電路中的電路參數(shù)，便可方便地改變傳感器的阻尼比；進(jìn)一步地，本發(fā)明不需要改變傳感器內(nèi)部的機(jī)械機(jī)構(gòu)，便可以獲得較大的阻尼比，并且不會(huì)存在諧振率點(diǎn)，確保了傳感器檢測的準(zhǔn)確性。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。