CN104048746B - 便携式振动计中的振动传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及便携式振动计中的振动传感器。公开了一种适合于现场使用的振动检测器以及关联的系统和方法。代表性设备包括与振动结构接触的振动传感器。振动传感器能够与隔振器接触以消除操作者的手的频率。在一些实施例中，能够使用例如接触电阻器测量振动传感器和振动结构之间的接触力。由于振动传感器的灵敏度能够是接触力的函数，所以能够针对已知的接触力调整振动幅度测量以改进振动幅度测量的精度。

Description

便携式振动计中的振动传感器

技术领域

本技术一般地涉及振动计以及关联的系统和方法。

背景技术

振动能够是当设计、测试和维护机器时的重要考虑因素。例如，显著水平的振动能够指示机器的较差的设计或即将发生的故障。振动结构中的意外的频率峰值的存在可指示子组件的固有频率之间的非线性相互作用，这能够引起过早的机器故障。在一些应用中，检测到振动幅度的增加是用于启动装备维护和/或维修的触发因素。

经常通过将一个或多个加速度计或其它振动传感器连接到旋转的机器或其它振动结构来在现场执行振动检测。振动传感器产生能够被用于确定振动的幅度和频率的输出信号。已知能够通过将振动传感器(即，加速度计)刚性地连接到旋转的机器来改进振动传感器和振动结构之间的接触。通常，刚性地连接振动传感器改进从振动结构到传感器的振动的传递。然而，对于优选地用于现场使用的手提式振动计，这种刚性连接可能无法实现或者至少不实际。替代地，在现场通常用手使手提式振动检测器与旋转的机器保持接触以测量振动。

图1是传统的振动计100的俯视图。在操作中，振动计100的棒3接触振动结构5。振动通过棒3而被传递到位于壳体4里面的加速度计2。当经受振动时，加速度计2产生输出信号以使该输出信号经导线6被引导至单元100内的电子设备。单元100随后基于来自加速度计的信号确定振动幅度/频率。能够使用显示器7显示该输出(即，振动的幅度和频率)。然而，这种传统的装置对该装置和振动结构之间的接触的质量敏感。因此，手提式装置中的振动传感器的读数的准确性仍然是一个问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种手提式振动计，其包括：壳体；振动传感器，被配置为接触结构并且将所述结构的振动转换成电信号，其中所述振动传感器被至少部分地包含在壳体内；隔振器，与振动传感器接触，其中隔振器被配置为滤除一个或多个振动频率；和力传感器，对施加于振动传感器的接触力做出响应，其中，所述振动计包含针对振动传感器的多个灵敏度曲线，并且其中所述振动计基于由所述力传感器测量的接触力来选择灵敏度曲线中的一个并且当确定振动幅度时使用选择的灵敏度曲线。

根据本发明的另一个方面，提供了一种手提式振动计，其包括：壳体；振动传感器，被配置为接触结构并且将所述结构的振动转换成电信号，其中所述振动传感器被至少部分地包含在壳体内；隔振器，与振动传感器接触，其中隔振器被配置为滤除一个或多个振动频率；和

力传感器，对施加于振动传感器的接触力做出响应，其中振动计使用振动传感器的电信号和针对振动传感器的选择的灵敏度曲线来测量所述结构的振动幅度，其中基于由所述力传感器测量的接触力来从多个灵敏度曲线选择所述选择的灵敏度曲线。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于使用振动计测量振动装备的振动的方法，该方法包括：由与振动装备接触的振动传感器感测振动装备的振动；由振动传感器产生振动传感器响应；测量振动传感器和振动装备之间的接触力；以及基于接触力调整振动传感器响应以产生调整的振动传感器响应，其中所述调整振动传感器响应包含基于测量的接触力来选择振动传感器的多个灵敏度曲线中的一个和当调整振动传感器响应时使用所述选择的灵敏度曲线。

附图说明

参照下面的附图能够更好地理解本公开的许多方面。附图中的部件未必按照比例绘制。替代地，重点在于清楚地表示本公开的原理。另外，在附图中，相同的标号在几个附图中始终表示对应的部分。

图1是根据现有技术的手提式振动计的俯视图。

图2是根据本公开的技术的实施例的手提式振动计的俯视图。

图3A是根据本公开的技术的实施例的手提式振动计的分解图。

图3B是根据本公开的技术的实施例的力传感器组件的等角视图。

图4是作为频率的函数的振动传感器的灵敏度的曲线图。

图5是根据本公开的技术的实施例的振动传感器输出线性化的示意图。

具体实施方式

以下描述用于振动测量的代表性振动计和关联的方法的几个实施例的特定细节。在本技术的一些实施例中，振动计是接触振动结构(例如，旋转的机器)并且测量振动结构的振动的手提式装置。振动计还能够包括用于测量振动传感器和振动装备之间的力的力传感器。力的测量能够被用于改进振动读数(例如，幅度和频率)的准确性，因为振动传感器的输出通常随着振动计和振动结构之间的接触力的强度而改变。因此，在一些实施例中，振动传感器的输出能够与力读数组合以在没有来自用户的进一步输入的情况下产生自动考虑接触力的调整的输出。另外，一个或多个隔振器能够接触振动传感器以滤除由操作者的手的不稳定或摇晃产生的噪声，如果不滤除，则该噪声将会作为低频振动出现在振动传感器的输出。本领域技术人员还将会理解，本技术可具有另外的实施例，并且可在没有以下参照图2-5描述的实施例的几个细节的情况下实施本技术。

图2表示根据本公开的技术的实施例的振动计200。振动计200具有能够由模制成型的塑料或其它合适材料制成的壳体70。在操作中，能够对着振动结构5手持振动计200，以使得振动传感器10接触振动结构。在本技术的其它实施例中，振动传感器可通过中间元件(未示出)接触振动结构5，所述中间元件将振动从振动结构传送到振动传感器。可由护套25保护振动传感器10免受机械或环境损伤，护套25能够由经橡胶处理的模制成型的塑料、金属、纺织品或其它合适材料制成。在一些实施例中，振动传感器10能够具有比振动传感器10的其余部分坚硬的尖端11以改进振动传感器10和振动结构5之间的接触。本领域技术人员将会知道包括例如加速度计的振动传感器的许多例子。振动传感器10连接到位于壳体70里面的信号处理电子设备(图2中未示出)。信号处理电子设备能够基于来自振动传感器10的输出确定振动的幅度和频率。例如，能够通过对来自振动传感器10(例如，加速度计)的信号执行两次积分来确定振动的幅度。本领域技术人员将会知道用于以数字方式或以电子方式对振动传感器信号求积分以确定待测量的振动结构的对应位移的许多方法。命令按钮80和显示器90能够被用于选择和显示与振动结构5对应的振动的频率和幅度。如以下参照图3A-5详细所讨论，低频噪声能够被从振动传感器10滤除。另外，能够结合来自力传感器的信号处理来自低频噪声的信号以产生更准确的振动读数。

图3A显示根据本公开的技术的实施例配置的振动计200的分解图。从该图的右上角开始，振动传感器护套25能够至少部分地容纳振动传感器10进行保护免受环境或机械损伤。另外，在至少一些实施例中，振动传感器10能够至少部分地与隔振器16、20接触。利用传统的手提式振动计，操作者的手的振动能够被传送到振动传感器10并且可能被错误地解释为由振动结构自身产生。操作者的手的振动通常处于低频范围中(例如，小于大约50 Hz)。在本发明的技术的至少一些实施例中，隔振器16、20能够在低频到达振动传感器10之前滤除这些低频。隔振器16、20能够由橡胶状材料或针对感兴趣的频率使振动传感器10的振动衰减的其它材料制成。例如，能够基于橡胶状材料的已知频率衰减性质选择橡胶状材料。隔振器16、20能够分别具有唇口17、21以便与振动传感器10更牢固地咬合。来自振动传感器的输出信号能够通过线缆11被传送到接口板61并且进一步传送到信号处理电子设备(未示出)。

振动计200还能够包括力传感器30。当振动计200对着振动结构(未示出)按压时，接触力被从振动传感器10传送到力传感器30，如以下参照图3B更详细所解释。力传感器能够由一定结构(例如，载荷凸台65、载荷梁55和载荷梁支架50的组合)支撑以使力传感器保持在合适位置。螺钉70能够与容纳螺纹孔26咬合以使振动计200的各部分保持接触。

图3B显示位于衬垫45和柱塞40之间的力传感器30的等角视图。本领域技术人员将会知道可在市场上购得的许多力传感器，包括例如测力传感器和薄膜电阻器力传感器。具有大体上平坦的第一表面41的柱塞40能够将接触力从振动传感器传送到力传感器30，力传感器30能够被夹在柱塞40和衬垫45之间，在一些实施例中，力传感器30能够被预加载以使其输出处于灵敏度的范围内。能够通过例如对着由弹性衬垫45在相反侧支撑的力传感器30按压柱塞40来实现预加载。当被加载时，力传感器30改变它的电阻。能够通过连接器35测量这种与力的变化对应的电阻的变化。如以下参照图4所解释，能够基于振动结构和振动传感器之间的接触力的值改进振动幅度的测量。

图4是振动传感器10的频率响应的曲线图。该曲线图的水平轴显示对数标度上的频率的范围。左侧的垂直轴显示以dB为单位的振动传感器的灵敏度。振动传感器的灵敏度能够被解释为例如在振动传感器10的输出指示的幅度和振动结构自身的振动幅度之比。在曲线图300的对数标度上接近零的灵敏度对应于线性标度上的大约一的灵敏度值。相反地，在垂直轴上的正值指示更高的灵敏度并且在垂直轴上的负值指示更低的灵敏度。通常，振动传感器的灵敏度是振动频率的函数。另外，如果已知振动传感器的灵敏度，则合适的系数或其它调整能够被用于在特定振动频率确定振动结构的相关振动幅度。

右侧的垂直轴显示振动幅度。通常，能够从振动传感器制造商获得作为频率的函数的振动传感器的灵敏度，或者能够以实验方式确定振动传感器的灵敏度。因此，对于特定振动频率，能够反算振动的幅度。然而，如果振动传感器的灵敏度也是传感器和振动结构之间的接触力的函数，则不考虑该接触力的振动幅度的测量可能降低测量的准确性。例如，图4中的曲线F1、F2、F3可对应于在一定频率范围上的但使用不同接触力的振动幅度测量。本领域普通技术人员将会知道，对于给定振动频率，能够通过对加速度信号执行两次积分并且通过基于已知的振动传感器的灵敏度调整该结果来计算振动的幅度。

在示出的例子中，对于大约1.4 kHz的振动的频率，振动传感器将会根据振动传感器和振动结构之间的接触力的大小指示各灵敏度曲线F1、F2、F3的振动幅度A1、A2或A3。为了获得更精确的振动幅度测量，接触力能够被测量并且被用于选择合适的灵敏度曲线，例如F1、F2或F3。能够然后从合适的灵敏度曲线确定振动结构的幅度。例如，力传感器30(参照图3A-3B描述的力传感器30)能够测量接触力，接触力又被用于在灵敏度曲线F1、F2和F3之中选择正确的振动灵敏度曲线。在至少一些实施例中，灵敏度曲线能够以表格化的形式存在以便更容易根据相关振动频率执行计算。能够使用合适的电子设备基于力传感器读数访问表格化的灵敏度曲线，然后进一步处理表格化的灵敏度曲线以使用例如信号积分算法计算振动幅度。在一些实施例中，能够使用线性化电路对灵敏度曲线进行线性化。例如，灵敏度曲线F1、F2、F3能够被线性化以分别产生线性化的灵敏度曲线L1、L2、L3。在至少一些实施例中，线性化的灵敏度曲线使振动幅度计算更容易和/或更快。

图5是根据本公开的技术的实施例的线性化电路500的示意图。非线性输入110(例如，图4中示出的灵敏度曲线F1、F2、F3)能够被馈送给函数产生器120，函数产生器120输出能够由衰减器130衰减的函数。接下来，能够在加法放大器140中对非线性输入110和衰减器130的输出求和以产生线性化的输出150(例如，图4中示出的线性化的灵敏度曲线L1、L2、L3)。线性化的输出150能够被用于容易地确定振动幅度。许多函数产生器和线性化电路可在市场上商购获得，例如由Analog Devices, Norwood, Massachusetts生产的函数产生器AD640、AD639、AD538和线性化电路AD7569。

从前面的描述，将会理解，已为了说明的目的而在这里描述本技术的特定实施例，但可在不脱离本公开的情况下做出各种修改。例如，在一些实施例中，能够结合公开的技术使用函数分析器以帮助确定优势频率。在其它实施例中，振动传感器的输出能够由模数转换电路获取以用于可在振动检测器的外面执行的随后的数据处理。另外，振动检测器可包括模拟或数字频率滤波器以用于消除振动结构的主频率的不想要的谐波或次谐波。此外，尽管以上在这些实施例的情况下描述了与某些实施例关联的各种优点和特征，但其它实施例也可表现出这种优点和/或特征，并且并非所有实施例需要必然地表现出这种优点和/或特征以落在本技术的范围内。因此，本公开能够包括未在这里明确示出或描述的其它实施例。下面的例子提供本技术的另外的实施例。

Claims (17)

1.一种手提式振动计，包括：

壳体；

振动传感器，被配置为接触结构并且将所述结构的振动转换成电信号，其中所述振动传感器被至少部分地包含在壳体内；

隔振器，与振动传感器接触，其中隔振器被配置为滤除一个或多个振动频率；和

力传感器，对施加于振动传感器的接触力做出响应，

其中，所述振动计包含针对振动传感器的多个灵敏度曲线，并且其中所述振动计基于由所述力传感器测量的接触力来选择灵敏度曲线中的一个并且当确定振动幅度时使用选择的灵敏度曲线。

2.根据权利要求1所述的振动计，其中所述力传感器包括压敏电阻器。

3.根据权利要求1所述的振动计，其中所述力传感器具有大体上面对振动传感器的第一侧和背对第一侧的第二侧，所述振动计还包括：

柱塞，位于力传感器的所述第一侧，其中柱塞被配置为将接触力传送到力传感器；和

衬垫，位于力传感器的所述第二侧。

4.根据权利要求1所述的振动计，其中所述隔振器是位于振动传感器的前侧的第一隔振器，所述振动计还包括：

第二隔振器，位于振动传感器的后侧。

5.根据权利要求1所述的振动计，其中所述隔振器包括橡胶。

6.根据权利要求1所述的振动计，还包括用于从振动传感器响应和力传感器响应的组合来确定调整的振动传感器响应的装置。

7.根据权利要求6所述的振动计，其中用于确定调整的振动传感器响应的所述装置包括查询表、处理器以及查询表和处理器的组合。

8.根据权利要求6所述的振动计，其中所述振动传感器响应和调整的振动传感器响应中的至少一个被线性化。

9.一种手提式振动计，包括：

壳体；

振动传感器，被配置为接触结构并且将所述结构的振动转换成电信号，其中所述振动传感器被至少部分地包含在壳体内；

隔振器，与振动传感器接触，其中隔振器被配置为滤除一个或多个振动频率；和

力传感器，对施加于振动传感器的接触力做出响应，

其中振动计使用振动传感器的电信号和针对振动传感器的选择的灵敏度曲线来测量所述结构的振动幅度，其中基于由所述力传感器测量的接触力来从多个灵敏度曲线选择所述选择的灵敏度曲线。

10.根据权利要求9所述的振动计，其中所述隔振器是位于振动传感器的前侧的第一隔振器，所述振动计还包括：

第二隔振器，位于振动传感器的后侧。

11.根据权利要求9所述的振动计，其中所述力传感器包括压敏电阻器。

12.一种用于使用振动计测量振动装备的振动的方法，包括：

由与振动装备接触的振动传感器感测振动装备的振动；

由振动传感器产生振动传感器响应；

测量振动传感器和振动装备之间的接触力；以及

基于接触力调整振动传感器响应以产生调整的振动传感器响应，

其中所述调整振动传感器响应包含基于测量的接触力来选择振动传感器的多个灵敏度曲线中的一个和当调整振动传感器响应时使用所述选择的灵敏度曲线。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：

将振动传感器响应线性化以产生线性化的频率响应。

14.根据权利要求12所述的方法，还包括：

基于调整的振动传感器响应确定振动的幅度。

15.根据权利要求12所述的方法，还包括：

使用与振动传感器接触的隔振器滤除一个或多个振动频率。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述隔振器包括：

第一隔振器，位于振动传感器的前侧；和

第二隔振器，位于振动传感器的后侧。

17.根据权利要求12所述的方法，其中由力传感器执行所述测量振动传感器和振动装备之间的接触力。