專利名稱：一種震動傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種震動傳感器，尤其涉及一種地震傳感器。
小的諧波失真是當(dāng)今地震傳感器追求的一個重要技術(shù)指標(biāo)。諧波失真是以一個輸入頻率會產(chǎn)生諧波為特征的一種非線性失真。影響傳感器失真的因素主要有兩個一個是彈簧片引起的諧波失真，一個是非均勻工作磁場引起的諧波失真。目前為減小傳感器的諧波失真，彈簧片的設(shè)計已日趨成熟，但均勻磁場問題一直未得到解決。傳感器軛鐵與外殼之間形成的環(huán)型空間形成傳感器的工作磁場。對這種傳感器來講由于受到傳感器整體高度，尤其是磁體矯頑力很低的限制，不能靠增加軛鐵高度、減小磁體高度來加寬均勻磁場，使軛鐵高度大于線圈高度，達(dá)到減小傳感器諧波失真的目的。倘若如此，磁體產(chǎn)生的磁場將不足以使傳感器正常工作?，F(xiàn)有感應(yīng)式傳感器的磁體組件，一般均是在圓型永磁體兩極面上各置一件盤型軛鐵，用于減少氣隙中的磁阻、磁體的漏磁通、磁體對退磁影響的敏感性，為了保證獲得均勻而較強(qiáng)的氣隙磁場和保證合理機(jī)械組裝的要求，均采用盤型軛鐵直徑尺寸大于永磁體直徑尺寸的結(jié)構(gòu)形式。目前，國內(nèi)外產(chǎn)量最大的鋁鎳鈷磁體傳感器，由于矯頑力和磁能積都很低，因而磁體體積很大；另外由于這種材料含有大量的稀有金屬鈷，使得磁體價格很高，而要降低成本幾乎行不通。中國專利ZL93 2 28234.2，公開了“一種地震檢波器”，其使用的是高溫度系數(shù)的稀土磁體，具體的說是稀土類的釹鐵硼磁體。這種傳感器使用了具有溫度補(bǔ)償特性的熱磁補(bǔ)償合金做成的補(bǔ)償護(hù)套環(huán)。護(hù)套環(huán)套于磁體中間，或整體地套于磁體外面。無論那種結(jié)構(gòu)，磁體或磁體與護(hù)套環(huán)一起均要嵌入盤型軛鐵。磁體、護(hù)套環(huán)、軛鐵的這種結(jié)合方式限制了磁體性能的發(fā)揮。稀土磁體矯頑力和磁能積都很高，從節(jié)省材料、發(fā)揮磁性能的角度考慮，這種結(jié)合方式也難以做到磁體的優(yōu)化設(shè)計。目前使用該技術(shù)研制的檢波器，僅能取出其最大磁能積的23％。采用這種結(jié)合，當(dāng)兩軛鐵間距靠近或小于等于傳感器工作磁場軛鐵與外殼的間距時，兩軛鐵之間的漏磁將明顯增加，這對傳感器來講是極為有害的。對渦流傳感器來講，影響尤其明顯。因為渦流傳感器工作磁場間具有線圈和渦流金屬環(huán)，其工作磁場間隙將明顯大于工作磁場間只有線圈的電動式傳感器。當(dāng)磁體與補(bǔ)償護(hù)套環(huán)一起嵌入軛鐵時，由于護(hù)套環(huán)導(dǎo)磁率低，且易受溫度變化影響，因而將影響傳感器工作磁場的均勻性，使傳感器的諧波失真特性變大或不穩(wěn)定。加拿大肖氏工業(yè)公司申請的中國專利“高分辨率地震檢波器”，專利中請?zhí)?5 1 95123.8；這種傳感器使用的是溫度系數(shù)較高的稀土磁體，具體的說是稀土類的釤鈷磁體。其溫度穩(wěn)定性較差。這種檢波器雖然磁體體積小，但磁體與軛鐵的結(jié)合方式仍不能充分發(fā)揮磁體的最佳性能，且磁體成本很高。該檢波器上下兩個線圈架通過一絕緣材料環(huán)連接，其連接方法工藝復(fù)雜。由于其仍采用磁體嵌入盤型軛鐵的結(jié)構(gòu)形式。所以，當(dāng)兩軛鐵軸向最小尺寸靠近或小于等于傳感器工作磁場軛鐵與外殼的間距時，仍存在兩軛鐵間漏磁較大的缺點(diǎn)。為避免這種漏磁現(xiàn)象，一般采用增加磁體長度的方式，其將造成磁體材料的浪費(fèi)；若采用減少磁體嵌入軛鐵部分的方式，則不能充分利用磁體的磁性能，也將造成磁體的浪費(fèi)。
本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，而據(jù)供一種能最大限度利用磁體性能，工作氣隙磁場強(qiáng)度高而均勻，傳感器靈敏度高，生產(chǎn)工藝簡單，成本低的震動傳感器。
本發(fā)明的設(shè)計方案如下一種震動傳感器，包括一個圓筒形外殼(12)及設(shè)于其兩端的端蓋(2)，設(shè)于一端蓋(2)上的出線端子(1)，設(shè)于外殼(12)內(nèi)的磁組件，設(shè)于該磁組件外周，繞有線圈(7)的線圈架(8)，支撐線圈架(8)的彈片(3)及卡環(huán)(5)；所述磁組件包括軛鐵(6)、磁體(10)和環(huán)形補(bǔ)償環(huán)(9)，其特殊之處在于所述磁組件的磁體(10)嵌入補(bǔ)償環(huán)(9)內(nèi)，軛鐵(6)與磁體(10)的結(jié)合面端設(shè)有圓柱狀凸臺(11)，該圓柱狀凸臺(11)亦嵌于補(bǔ)償環(huán)(9)內(nèi)。
本發(fā)明的磁體(10)以采用釹鐵硼磁體為宜。
本發(fā)明的補(bǔ)償環(huán)(9)的外徑與軛鐵(6)的外徑可相同，所述線圈架(8)的內(nèi)表面以平滑面為宜。
本發(fā)明端蓋(2)的內(nèi)側(cè)可設(shè)置線圈架(8)的限位裝置(4)。
本發(fā)明補(bǔ)償環(huán)(9)的外表面可凸于軛鐵(6)外表面，構(gòu)成一凸臺(13)；所述線圈架(8)內(nèi)表面與凸臺(13)相應(yīng)的部位上可設(shè)置凹槽(14)。
本發(fā)明補(bǔ)償環(huán)(9)外表面的凸臺(13)與線圈架(8)內(nèi)表面的凹槽(14)可構(gòu)成線圈架(8)的限位裝置(4)。
本發(fā)明補(bǔ)償環(huán)(9)的外表面可凹于軛鐵(6)外表面，構(gòu)成一凹槽(15)；所述線圈架(8)內(nèi)表面與凹槽(15)相應(yīng)的部位上可設(shè)置凸臺(16)。
本發(fā)明補(bǔ)償環(huán)(9)外表面的凹槽(15)與線圈架(8)內(nèi)表面的凸臺(16)可構(gòu)成線圈架的限位裝置(4)。
附面說明如下

圖1～3分別為本發(fā)明三個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述參見圖1，本發(fā)明具有一圓筒狀外殼12，兩端設(shè)有端蓋2，其中一端蓋2上設(shè)有出線端子1。磁組件設(shè)于外殼12內(nèi)，繞有線圈7的線圈架8設(shè)于磁組件外周側(cè)，線圈架8的兩端通過卡環(huán)5和彈片3支撐。磁組件的磁體10嵌于熱磁補(bǔ)償環(huán)9內(nèi)，補(bǔ)償環(huán)9的軸向尺寸大于磁體10軸向尺寸。磁體10可采用稀土磁體，以采用釹鐵硼磁體為宜，磁體10的長徑比以≤0.9為宜，以0.23為最佳。軛鐵6與磁體10的結(jié)合面端設(shè)有圓柱狀凸臺11，該凸臺11嵌入補(bǔ)償環(huán)9內(nèi)。嵌入補(bǔ)償環(huán)9內(nèi)的軛鐵凸臺11的尺寸軸向長度以≥0.1mm為宜，也就是說補(bǔ)償環(huán)9軸向尺寸比磁體10軸向尺寸≥0.2mm。軛鐵6最大直徑圓的軸向尺寸與磁體10軸面尺寸比以≥0.20為宜。補(bǔ)償環(huán)9的外徑可與軛鐵6的最大外徑相同，這時，線圈架8內(nèi)壁以平滑結(jié)構(gòu)為宜。若需限位裝置4，則可設(shè)于端蓋2的內(nèi)側(cè)。參見圖2，補(bǔ)償環(huán)環(huán)9的外徑亦可大于軛鐵6的最大外徑，即補(bǔ)償環(huán)9外表面具有凸于軛鐵6外表面的凸臺13，這時，線圈架8內(nèi)表面與凸臺13相應(yīng)的部位可為平滑面，但以設(shè)置凹槽14為宜，凹槽14和凸臺13可構(gòu)成現(xiàn)位裝置4。參見圖3，補(bǔ)償環(huán)9的外徑亦可小于軛鐵6的最大外徑，即補(bǔ)償環(huán)9凹陷于軛鐵6的外表面內(nèi)，形成凹槽15，這時，線圈架8內(nèi)表面與凹槽15相應(yīng)的部位可為平滑面，但以設(shè)置可部分嵌入凹槽15內(nèi)的凸臺16為宜，凹槽15和凸臺16則亦可構(gòu)成限位裝置4。本發(fā)明的磁組件可為一組，亦可為二組或多組。磁體10和軛鐵6據(jù)需要產(chǎn)品可為實(shí)心結(jié)構(gòu)，亦可為空心結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明磁體與熱磁補(bǔ)償環(huán)的結(jié)構(gòu)，使熱磁補(bǔ)償環(huán)兼具軸向和徑向限位作用。從而使軛鐵結(jié)構(gòu)首次打破圓盤形狀的舊模式，而使磁體兩極面直接與軛鐵圓平極面相結(jié)合。
2、具有階梯狀圓凸臺的軛鐵具有機(jī)加工工藝簡單，表面精度、位置精度容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，因而減小了磁體兩極面與軛鐵極面的接縫和與熱磁補(bǔ)償環(huán)間的裝配氣隙，使各部件能夠更緊密地結(jié)合，降低了工作氣隙的磁壓降。
3、磁體兩端利用了導(dǎo)磁率遠(yuǎn)小于軛鐵的熱磁補(bǔ)償環(huán)限位，磁力線由磁體兩端更多的通過導(dǎo)磁率很大的軛鐵，而減小了熱磁補(bǔ)償環(huán)與磁體間的非工作氣隙的漏磁，增加了磁力線由軛鐵的工作側(cè)面更加均勻的通過工作氣隙的能力，最大限度的利用了磁性能。
4、本發(fā)明最大限度的利用了稀土永磁磁滯回線具有直線退磁和高矯頑力的特性，使磁體高度大大減小，截面積相對增加，既能使磁體的磁性能充分發(fā)揮出來，又能使磁路的結(jié)構(gòu)作到最優(yōu)設(shè)計。
5、采用釹鐵硼磁體，其剩磁可逆溫度系數(shù)小于釤鈷磁體，而磁能積則大于釤鈷磁體。磁體磁性能的一致性控制遠(yuǎn)優(yōu)于釤鈷磁體，其將使檢波器的生產(chǎn)效率、成品率、生產(chǎn)成本明顯優(yōu)于釤鈷磁體。釹鐵硼磁體的價格低于釤鈷磁體40％以上，其機(jī)械性能也明顯優(yōu)于釤鈷磁體。
6、工作氣隙中均勻的強(qiáng)磁場，使其抑制雜散磁場的能力增強(qiáng)，提高了工作氣隙的磁感應(yīng)強(qiáng)度，有利于降低傳感器的失真系數(shù)，在傳感器其它部件機(jī)械結(jié)構(gòu)不變的情況下，本發(fā)明的磁路結(jié)構(gòu)與ZL93 2 28234.2“一種地震檢波器”專利相比，傳感靈敏度可提高10％以上。
7、本發(fā)明上下線圈架粘接截面為S形，粘接后的線圈架內(nèi)壁光滑無臺階。可在外殼上下內(nèi)臺階處各放一個非磁性金屬環(huán)對慣性體進(jìn)行限位。這種結(jié)構(gòu)的線圈架工藝簡單、成本低。
8、本發(fā)明工作磁場間隙高度和線圈高度的設(shè)計可按傳感器性能指標(biāo)的要求設(shè)計成上作磁場間隙高度大于等于線圈高度，也可設(shè)計成工作磁場間隙高度小于線圈高度。由此提高了振動式傳感器的設(shè)計自由度。即，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸、比例調(diào)節(jié)的范圍增大，同時，可采用體積較小的磁體，使成本大大降低。
9、本發(fā)明適用面廣，可用于地震勘探和測量。采用本發(fā)明的感應(yīng)式傳感器。作為測量絕對振動，震動監(jiān)測和震動研究，可用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)、各種大型電機(jī)、空氣壓縮機(jī)、機(jī)床、車輛、軌枕震動臺、化工設(shè)備、各種水管道、氣管道、橋梁、樓房等。
權(quán)利要求
1.一種震動傳感器，包括一個圓筒形外殼(12)及設(shè)于其兩端的端蓋(2)，設(shè)于一端蓋(2)上的出線端子(1)，設(shè)于外殼(12)內(nèi)的磁組件，設(shè)于該磁組件外周，繞有線圈(7)的線圈架(8)，支撐線圈架(8)的彈片(3)及卡環(huán)(5)；所述磁組件包括軛鐵(6)、磁體(10)和環(huán)形補(bǔ)償環(huán)(9)，其特征在于所述磁組件的磁體(10)嵌入補(bǔ)償環(huán)(9)內(nèi)，軛鐵(6)與磁體(10)的結(jié)合面端設(shè)有圓柱狀凸臺(11)，該圓柱狀凸臺(11)亦嵌于補(bǔ)償環(huán)(9)內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種震動傳感器，其特征在于所述的磁體(10)為釹鐵硼磁體。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種震動傳感器，其特征在于所述補(bǔ)償環(huán)(9)的外徑與軛鐵(6)的外徑相同，所述線圈架(8)的內(nèi)表面為平滑面。
4.如權(quán)利要求3所述的一種震動傳感器，其特征在于所述端蓋(2)的內(nèi)側(cè)設(shè)有線圈架(8)的限位裝置(4)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的一種震動傳感器，其特征在于所述補(bǔ)償環(huán)(9)的外表面凸于軛鐵(6)外表面，構(gòu)成一凸臺(13)；所述線圈架(8)內(nèi)表面與凸臺(13)相應(yīng)的部位上設(shè)有凹槽(14)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種震動傳感器，其特征在于所述補(bǔ)償環(huán)(9)外表面的凸臺(13)與線圈架(8)內(nèi)表面的凹槽(14)構(gòu)成線圈架(8)的限位裝置(4)。
7.如權(quán)利要求1或2所述的一種震動傳感器，其特征在于所述補(bǔ)償環(huán)(9)的外表面凹于軛鐵(6)外表面，構(gòu)成一凹槽(15)；所述線圈架(8)內(nèi)表面與凹槽(15)相應(yīng)的部位上設(shè)有凸臺(16)。
8.如權(quán)利要求7所述的一種震動傳感器，其特征在于所述補(bǔ)償環(huán)(9)外表面的凹槽(15)與線圈架(8)內(nèi)表面的凸臺(16)構(gòu)成線圈架的限位裝置(4)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種震動傳感器,其磁組件設(shè)于圓筒形外殼內(nèi),其中一端蓋上設(shè)有出線端子,繞有線圈的線圈架設(shè)于磁組件外周,并通過彈片和卡環(huán)支撐,所述磁組件的磁體嵌入補(bǔ)償環(huán)內(nèi),軛鐵與磁體的結(jié)合面端設(shè)有圓柱狀凸臺,該圓柱狀凸臺亦嵌于補(bǔ)償環(huán)內(nèi)。本發(fā)明能最大限度利用磁體性能,工作氣隙磁場強(qiáng)度高而均勻,傳感靈敏度高,生產(chǎn)工藝簡單,成本低的震動傳感器。
文檔編號G01H11/02GK1230693SQ9811284
公開日1999年10月6日 申請日期1998年3月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月30日
發(fā)明者孫碧華, 馮哲 申請人:孫碧華, 馮哲