CN102175304B - 多维度振动传感器 - Google Patents

Abstract

多维度振动传感器，由电涡流传感器和绝对式速度传感器组装在一只外壳内，外壳的一端部设有扁平的感应线圈，将它固定在不锈钢螺栓一端，感应线圈的引线与内部前置器处理电路连接；外壳内设有电涡流绝对式速度传感器，由盘状上下软簧片、永久磁钢、阻尼杯、导磁体、连接杆及支架、动线圈构成，动线圈固定在连接杆及支架上，永久磁钢条和导磁体固定，导磁体的截面为H形，永久磁钢固定在H的横条中央，动线圈套在H形上部的永久磁钢条上，H形的下部与阻尼杯相连；由盘状上软簧片和下软簧片的中央分别固定在连接杆及支架、阻尼杯上，盘状上下软簧片圆盘边缘固定在外壳上。

Description

多维度振动传感器

技术领域

本发明涉及一种多维度振动传感器。

背景技术

工业领域中的大型旋转机械设备如汽轮发电机组、水轮发电机组、压缩机组、燃气轮机、风机、电机、水泵、齿轮和滚动轴承等。这些设备需要使用的在线监测装置，一般采用多只单一的振动传感器（包括轴振、）。

传感器通过振动监测保护仪可为设备建立一套严密的振动监测分析体系。通过连续监测设备运行的重要状态参数，及时了解设备的运行状况，为事故征兆的预诊断提供重要的数据资料，对已发生的故障进行快速的诊断分析，及时指出故障原因，提醒运行人员采取必要的措施，为设备的安全运行提供可靠的保障。

现有的振动传感器可以采用电涡流传感器和绝对式速度传感器，传感器包括：振动传感器、电涡流传感器、位移传感器、行程传感器等。但多个传感器在常用的轴振等安装位置局促，引线复杂，在使用安装中不方便，容易造成故障。

发明内容

本发明目的是：提出一种多维度振动传感器，在一只传感器内同时用于完成绝对振动和相对振动的信号测量。克服单一传感器使用中的不足，电源线和信号可以同束输出，方便传感器的安装和使用，也使可靠性有所提高。

本发明技术方案是：多维度振动传感器，由电涡流传感器和绝对式速度传感器装在一只外壳内，同时完成绝对振动和相对振动的信号测量；传感器的壳一端部设有扁平的感应线圈，将它固定在不锈钢螺栓一端，感应线圈的引线与内部前置器处理电路连接；传感器的壳内还设有绝对式速度传感器，由盘状上下软簧片、永久磁钢、阻尼杯、导磁体、连接杆及支架、动线圈构成，动线圈固定在连接杆及支架上，永久磁钢条和导磁体固定，导磁体的截面为H形，永久磁钢固定在H的横条中央，动线圈套在H形上部的永久磁钢条上，H形的下部与阻尼杯相连；由盘状上软簧片和下软簧片的中央分别固定在连接杆及支架、阻尼杯上，盘状上下软簧片圆盘边缘固定在外壳上。

感应线圈与动线圈一道连接到引出线接头；本发明的改进包括：连接一前置电路再连接引出线接头，前置电路输出作为传感器的输出，当然，前置器的电路也供电，引出线接头同时将直流电和信号同时接通。

当传感器的外壳固定在振动物体上时，整个传感器跟着振动物体一起振动，而处在空气间隙内的振动线圈是用很软簧片1、8固定在外壳上的，其自振频率ωn （选为1-5Hz/min）较低。当自振频率ω≥1.5ωn时，动线圈处在相对（相对与传感器外壳）静止状态，线圈与磁钢之间发生相对运动，动线圈切割磁力线而产生感应电势E。

而不锈钢螺栓一端感应线圈连接1~ 2MHz的高频电流时，线圈周围产生了高频电磁场；如其周围有金属导体，便会在金属表面产生个感应电流，即电涡流，感应线圈阻抗Z的变化是感应线圈与金属导体之间间隙 x的单值函数，将感应线圈接入高频振荡回路，由此在高频振荡回路输出端可以获得间隙 x 有关的高频谐波，该信号经放大、检波、滤波后 ，便可得到一个与 x 值成正比的输出电压，输出电压的直流分量正比于感应线圈与金属导体之间的静态间隙；若线圈与金属板之间存在相对振动，则有交流电压输出，它正处于金属板与感应线圈之间的相对位移，这种传感器又称为位移传感器，它不但可作静态测量，例如两个物体之间的距离、金属板的厚度等，而且还可以作动态测量。

本发明的有益效果是：本发明是二种传感器组合的多维度振动传感器，在一只传感器内同时用于完成绝对振动和相对振动的信号测量。克服单一传感器使用中的不足，电源线和信号可以同束输出，方便传感器的安装和使用，也使可靠性有所提高。

附图说明

图1是本发明传感器结构示意图

1、8—簧片；2—永久磁钢；3—阻尼杯；4—导磁体；5—连接杆及支架；6—外壳；7—动线圈；9—引出线接头；10—感应线圈；11—固定螺母；12—前置器电路。

具体实施方式

本发明的结构如图所示，当传感器的外壳6固定在振动物体上时，整个传感器跟着振动物体一起振动，而处在空气间隙内的振动线圈7是用很软的簧片1、8固定在外壳上的，其自振频率ωn 较低。当自振频率ω≥1.5ωn时，动线圈处在相对（相对与传感器外壳）静止状态，线圈与磁钢之间发生相对运动，动线圈切割磁力线而产生感应电势E：

          E=BLν

式中   B——磁场强度

L——感应线圈磁场强度

          ν——相对运动速度

     当B、L一定时，输出电势E正比于振动速度ν。因为其振动的相对速度是相对于空间某一静止点而言，故又称绝对式速度传感器。

电涡流传感器头部有扁平的感应线圈，将它固定在不锈钢螺栓一端，感应线圈的引线从螺栓另一端与高频电缆相连。当头部感应线圈通上高频（1~ 2MHz）电流时，线圈周围产生了高频电磁场；如其周围有金属导体，便会在金属表面产生个感应电流，即电涡流，根据楞次定律，电涡流产生的电磁场与感应线圈的电磁场方向相反，这两个磁场相互叠加，改变了感应线圈的阻抗，感应线圈内阻抗变化可用下式表示。

                 Z = f ( μ、γ、r、x、I、ω )

式中    μ—— 导磁系数；

            γ—— 电导率；

            r —— 线圈尺寸因子；

            x —— 感应线圈与导体之间的间隙；

            I —— 励磁电流；

            ω —— 励磁电流圆周率。

当金属导体结构均匀、各向同性且μ、γ、r、I、ω一定时，感应线圈阻抗Z的变化是感应线圈与金属导体之间距离的单值函数。

如果当μ、γ、x、I、ω一定时，增大线圈尺寸 r ，磁场分布范围将增大，但感应磁场强度的变化幅度减少，反之则相反。因此这种传感器的线性范围随感应线圈直径增大而加大，而传感器灵敏度（单位间隙的阻抗变化值）随感应线圈直径增大而减少。

为了使感应线圈获得高频电流，应将感应线圈接入振荡回路，由此在高频振荡回路输出端可以获得间隙 x 有关的高频谐波，该信号经放大、检波、滤波后 ，便可得到一个与 x 值成正比的输出电压，输出电压的直流分量正比于感应线圈与金属导体之间的静态间隙；若线圈与金属板之间存在相对振动，则有交流电压输出，它正处于金属板与感应线圈之间的相对位移，因此这种传感器又称为位移传感器，它不但可作静态测量，例如两个物体之间的距离、金属板的厚度等，而且还可以作动态测量。

电涡流传感器检波到的交直流信号是叠加在线圈的高频电源上的，如果直接将这种混频信号送到振动仪，即使采用高频电缆，也会使传感器的灵敏度显著降低，而且易受干扰。为防止这些不利影响，必须在电涡流传感器附近设置放大器、检波器和滤波器，将振动信号放大并检出后送到振动仪。这一装置称为电涡流传感器的前置器。

壳体中的绝对式速度传感器实际上是一个往复式永磁小发电机。当传感器的外壳6固定在振动物体上时，整个传感器跟着振动物体一起振动，而处在空气间隙内的动线圈7是用很软的簧片1、8固定在外壳上的，其自振频率ωn 较低。当自振频率ω≥1.5ωn时，动线圈处在相对（相对与传感器外壳）静止状态，线圈与磁钢之间发生相对运动，动线圈切割磁力线而产生感应电势E，本发明还设运算放大器的前置器电路，通过其放大后使信号至100mV的数量。传感器通过表面贴装微形封装技术将前置器电路集成在线圈探头内，探头头部采用耐高低温和各种化学腐蚀的聚苯硫醚(PPS)注塑成形，线圈被严格密封；电路采用防酸碱不锈钢M10×1或M16×1螺纹圆管和环氧树脂封装，防潮、防尘； 本发明多维振动传感器实现旋转机械的相对振动和绝对振动的测量。该传感器体积小、精度高、安装方便。主要应用于电力、石化、冶金、炼油、钢铁等工业领域中的大型机械设备，如汽轮发电机组、水轮发电机组、压缩机组、燃气轮机、风机、电机、水泵、齿轮和滚动轴承等。通过连续测量设备运行的振动参数，为监测设备提供全面的振动信息，为设备的安全运行提供可靠的保障。

传感器通过表面贴装微形封装技术将前置器电路集成在线圈探头内，探头头部采用耐高低温和各种化学腐蚀的聚苯硫醚(PPS)注塑成形，线圈被严格密封；电路采用防酸碱不锈钢M10×1或M16×1螺纹圆管和环氧树脂封装，防潮、防尘。

Claims (1)

1.多维度振动传感器，其特征是由电涡流传感器和绝对式速度传感器组装在一只外壳内，外壳的一端部设有电涡流传感器，电涡流传感器包括扁平的感应线圈，将它固定在不锈钢螺栓一端，扁平的感应线圈的引线与内部前置器处理电路连接；外壳内设有绝对式速度传感器，由盘状上下软簧片、永久磁钢、阻尼杯、导磁体、连接杆及支架、动线圈构成，动线圈固定在连接杆及支架上，永久磁钢条和导磁体固定，导磁体的截面为H形，永久磁钢固定在H的横条中央，动线圈套在H形上部的永久磁钢条上，H形的下部与阻尼杯相连；由盘状上软簧片和下软簧片的中央分别固定在连接杆及支架、阻尼杯上，盘状上下软簧片圆盘边缘固定在外壳上；感应线圈与动线圈一道连接到引出线接头；设有前置电路，扁平的感应线圈与动线圈连接一前置电路再连接引出线接头，前置电路输出作为传感器的输出，引出线接头同时将直流电和信号同时接通。

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