CN104990622A - 基于电磁感应的多级震动检测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于电磁感应的多级震动检测器，其特征在于该检测器包括第一级震动检测装置和第二级震动检测装置；第二级震动检测装置位于第一级震动检测装置的上方，第一级震动检测装置与第二级震动检测装置通过固定螺栓连接；所述第一级震动检测装置包括第一级震动检测装置外壳、第一级震动指示灯、磁铁支持架、磁铁、线圈支撑架、线圈、换向模块和充电电池；所述第一级震动检测装置外壳为方形外壳，第一级震动检测装置外壳上安装有旋转开关、第一级震动指示灯显示口、充电电池外壳和第一级震动检测装置安全锁；所述旋转开关包括第一级震动检测装置控制开关和第二级震动检测装置控制开关，第一级震动检测装置控制开关一端与换向模块连接。

Description

基于电磁感应的多级震动检测器

技术领域

本发明涉及震动检测装置技术领域，具体地说是涉及一种基于电磁感应的多级震动检测器。

背景技术

震动是机械设备的固有特性之一，但是机械设备的剧烈震动可能导致设备损坏，或者某些运行环境下要求控制设备的震动幅度，所以，机械设备的震动检测是工业上常需进行的一道工序。并且，机械震动作为一种机械运动，蕴含着巨大的能量，若能将其利用起来，对人类来说将是一笔巨大财富。震动能量的直接利用率相对较低，可考虑将其转化为电能来使用。

震动检测器，顾名思义就是用来检测设备震动的装置。实用新型专利CN203929349U公开了一种电路板震动检测装置，给出来一种专门用于电路板震动检测的装置结构，该装置的针对性强，只能用于电路板的震动检测，对于电路板以外的其它设备没有给出相应的说明，所以不适合广泛应用。实用新型专利CN203798446U公开了一种震动检测电路，提出了一种用于检测震动存在的电路结构，该电路结构的使用前提需要外界电源进行供电，没有自供电的电路设计，震动检测电路中废弃的电池会造成资源的浪费以及环境的污染，不符合绿色、环保的理念。由此可见，现有的震动检测器还存在着适用性范围窄和无法有效利用机械能的诸多缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于电磁感应的多级震动检测器。该检测器基于电磁感应原理，同时结合光电效应和电解质溶液导电原理制作而成，设计合理、检测准确且能将震动产生的机械能转换为电能，震动检测的适用范围较广。

本发明解决所述技术问题采取的技术方案是：提供一种基于电磁感应的多级震动检测器，其特征在于该检测器包括第一级震动检测装置和第二级震动检测装置；第二级震动检测装置位于第一级震动检测装置的上方，第一级震动检测装置与第二级震动检测装置通过固定螺栓连接；

所述第一级震动检测装置包括第一级震动检测装置外壳、第一级震动指示灯、磁铁支持架、磁铁、线圈支撑架、线圈、换向模块和充电电池；所述第一级震动检测装置外壳为方形外壳，第一级震动检测装置外壳上安装有旋转开关、第一级震动指示灯显示口、充电电池外壳和第一级震动检测装置安全锁；所述旋转开关包括第一级震动检测装置控制开关和第二级震动检测装置控制开关，第一级震动检测装置控制开关一端与换向模块连接，另一端与第一级震动指示灯相连；第二级震动检测装置控制开关一端与充电电池的正极相连，另一端与第二级震动检测装置连接；所述第一级震动指示灯显示口为玻璃制成，所述充电电池外壳内安装有充电电池；所述第一级震动检测装置安全锁安装在第一级震动检测装置外壳正面的左侧；

所述换向模块由换向器、信号放大器和光敏电阻组成；所述第一级震动指示灯包括第一级震动电磁指示灯和第一级震动光电指示灯；第一级震动电磁指示灯一端接地，另一端通过换向模块接在线圈上；第一级震动光电指示灯一端接地，另一端经过光敏电阻接在充电电池正极；第一级震动电磁指示灯和第一级震动光电指示灯均固定在第一级震动检测装置外壳内，用户可透过第一级震动指示灯显示口观察第一级震动电磁指示灯和第一级震动光电指示灯的指示结果；

所述第一级震动检测装置外壳的内部的六个面上均固定有一个磁铁支持架，磁铁支持架的内侧是一个可自由活动的支架扣，通过该支架扣连接固定一个磁铁，共有六个磁铁；所述线圈支撑架由六个弹簧、正方体碳纤维线圈支架和四个挡光板构成，每个弹簧的一端固定在一个磁铁上，另一端与碳纤维线圈支架的一个侧面连接；碳纤维线圈支架的前、后、左、右四个侧面上均设有一个挡光板，且前侧面和后侧面上的挡光板各开有一个透光孔，两个透光孔高度相等，碳纤维线圈支架上方悬挂有发光二极管，该发光二极管的正极与充电电池的正极连接，负极与第一级震动检测装置控制开关连接，在前侧面的磁铁上安装有一个光敏电阻，且光敏电阻与所述透光孔等高，发光二极管在碳纤维线圈支架不运动时可照射到光敏电阻上；所述线圈共包括三组线圈，三组线圈分别互相垂直的缠绕在碳纤维线圈支架上，其中每组线圈均为100—200匝；每组线圈的单匝线圈由两个对称的半矩形线圈组成，两个半矩形线圈的两端分别垂直连接到一条导线上，然后一组线圈的所有半矩形线圈的两端均分别连接在相应的导线上，共两条导线，每条导线的一端作为一个接线端，两条导线共两个接线端，这两个接线端分别与换向器的两个输入端连接；线圈处于六个磁铁所形成的磁场中；所述换向器由三组反向并联的二极管组成，每组反向并联的二极管包括四个二极管，四个二极管中两个不同方向的二极管的一端连接，形成一个换向器输入端，每组反向并联的二极管包括两个输入端，该两个输入端与一组线圈连接，三组反向并联的二极管的个二极管中同方向的二极管相连，形成两个换向器的输出端，该换向器的两个输出端与信号放大器的两个输入端连接；信号放大器的两个输出端同时与第一级震动电磁指示灯、充电电池和经光敏电阻与第一级震动光电指示灯并联，且充电电池与第一级震动电磁指示灯之间安装不允许电流由充电电池流向第一级震动电磁指示灯的二极管，充电电池的负极接地；信号放大器的电源端与充电电池的正负极直接连接；

所述第二级震动检测装置包括第二级震动检测装置半球形外壳、电极、报警器、半球形容器、电解质溶液和第二级震动指示灯；所述第二级震动检测装置半球形外壳直接扣在半球形容器上方，通过固定螺栓将第二级震动检测装置半球形外壳与第一级震动检测装置外壳的上表面固定，第二级震动检测装置半球形外壳外表面设有报警器扩音口和第二级震动指示灯显示口，并且在第二级震动指示灯显示口旁标注有每个指示灯发光代表的震动等级，所述第二级震动指示灯显示口为玻璃制成；所述半球形容器内部具有弧形空间，电解质溶液盛放在该弧形空间内，弧形空间的上方设有溶液注入口；所述电极包括一个正电极和三个负电极，正电极安装在半球形容器弧形空间内的底部，且始终与电解质溶液接触，三个负电极分别安装在半球形容器的不同高度上，每个负电极沿半球形容器的内壁在同一高度上固定一圈，且通过引线连接至外部负电极接口；电解质溶液在不震动状态下始终与正电极接触，但不接触任何负电极；所述报警器安装在第二级震动检测装置半球形外壳与半球形容器之间的空间内，且与报警器扩音口相邻，报警器为蜂鸣器与三极管的连接电路，报警器的正极是一个报警器插头，该报警器插头根据用户的报警要求连接在不同负电极接口上，报警器的负极与充电电池的负极连接；所述第二级震动指示灯共有3个发光二极管，3个发光二极管的正极分别接在三个负电极上，3个发光二极管的负极均与充电电池的负极连接。

本发明的有益效果是：

1、本发明基于电磁感应的多级震动检测器依据两种震动检测原理来检测被测器件的震动。其中以基于电磁感应原理同时结合光电效应原理的第一级震动检测装置为主，以采用电解质溶液导电原理的第二级震动检测装置为辅，而两级震动检测装置相结合使本装置的震动检测范围更广，检测结果更准确。

2、本发明基于电磁感应的多级震动检测器可将机械震动转化为电能使用，绿色环保、机械能利用率高，解决了频繁更换电池的困扰。

3、本发明基于电磁感应的多级震动检测器中第二级震动检测装置可检测出被测器件的震动等级，并依托此功能设定震动报警功能，大大方便工作人员的检测与维修。

4、本发明基于电磁感应的多级震动检测器中第一级震动检测装置的换向模块可有效解决感应电动势交变且较小无法利用的问题。

5、本发明基于电磁感应的多级震动检测器的所有元件在生活中非常常见，工作人员也可利用本发明的检测原理制造简易的检测装置。

本发明设计的基于电磁感应的多级震动检测器有两级震动检测装置，且第二级震动检测装置可按震动幅度大小将震动分为3个等级。第一级震动检测装置是基于电磁感应并结合光电效应原理实现震动检测的。第二级震动检测装置是根据电解质溶液导电原理而实现震动检测的，且根据震动幅度的大小将被测器件的震动分为3级。并且，本发明设计的基于电磁感应的多级震动检测器依托第二级震动检测装置可检测震动等级的功能设计了震动报警功能，用户可根据被测器件的工作条件设置被测器件的最高震动等级，当达到该等级时，装置发出报警。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明基于电磁感应的多级震动检测器的立体结构示意图。

图2是本发明基于电磁感应的多级震动检测器静止时的剖面图。

图3是本发明基于电磁感应的多级震动检测器线圈支撑架及线圈缠绕图。

图4是本发明基于电磁感应的多级震动检测器第一级震动检测装置的电路回路。

图5是本发明基于电磁感应的多级震动检测器第二级震动检测装置的电路回路。

图6是本发明多基于电磁感应的多级震动检测器震动时的剖面图。

图中，Ⅰ，第一级震动检测装置；Ⅱ，第二级震动检测装置；1，旋转开关；1-1，第一级震动检测装置控制开关；1-2，第二级震动检测装置控制开关；2，第一级震动指示灯显示口；2-1，第一级震动电磁指示灯显示口；2-2，第一级震动光电指示灯显示口；3，充电电池外壳；4，第二级震动指示灯显示口；5，报警器扩音口；6，固定螺栓；7，第一级震动检测装置外壳；8，充电电池；9，第一级震动指示灯；9-1，第一级震动电磁指示灯；9-2，第一级震动光电指示灯；10，换向模块；10-1，换向器；10-2，信号放大器；10-3，光敏电阻；11，磁铁；12，磁铁支持架；13，线圈；14，线圈支撑架；14-1，弹簧；14-2，碳纤维线圈支架；14-3，挡光板；14-3-A，透光孔；15，报警器；15-1，蜂鸣器；15-2，报警器插头；16，第二级震动指示灯；17，电极；17-1，3级负电极；17-2，2级负电极；17-3，1级正负电极；17-4正电极；18，电解质溶液；19，半球形容器；20，溶液注入口；21，第二级震动检测装置半球形外壳；22，第一级震动检测装置安全锁。

具体实施方式

本发明基于电磁感应的多级震动检测器(简称检测器，参见图1-5)包括第一级震动检测装置I和第二级震动检测装置Ⅱ；第二级震动检测装置Ⅱ位于第一级震动检测装置I的上方，第一级震动检测装置I与第二级震动检测装置II通过固定螺栓6连接；

所述第一级震动检测装置I包括第一级震动检测装置外壳7、第一级震动指示灯9、磁铁支持架12、磁铁11、线圈支撑架14、线圈13、换向模块10和充电电池8；所述第一级震动检测装置外壳7为方形铝制外壳，第一级震动检测装置外壳7上安装有旋转开关1、第一级震动指示灯显示口2、充电电池外壳3和第一级震动检测装置安全锁22；所述旋转开关1包括第一级震动检测装置控制开关1-1和第二级震动检测装置控制开关1-2，第一级震动检测装置控制开关1-1一端与换向模块10连接，另一端与第一级震动指示灯9相连；第二级震动检测装置控制开关1-2一端与充电电池8的正极相连，另一端与第二级震动检测装置Ⅱ连接；所述第一级震动指示灯显示口2为玻璃制成，所述充电电池外壳3内安装有充电电池8；所述第一级震动检测装置安全锁22安装在第一级震动检测装置外壳7正面的左侧；

所述换向模块10由换向器10-1、信号放大器10-2和一个光敏电阻10-3组成，所述第一级震动指示灯9包括第一级震动电磁指示灯9-1和第一级震动光电指示灯9-2。第一级震动电磁指示灯9-1一端接地，另一端通过换向模块10接在线圈13上；第一级震动光电指示灯9-2一端接地，另一端经过光敏电阻接在充电电池8的正极；第一级震动电磁指示灯9-1和第一级震动光电指示灯9-2均固定在第一级震动检测装置外壳7内，用户可透过第一级震动指示灯显示口2观察第一级震动电磁指示灯9-1和第一级震动光电指示灯9-2的指示结果；

所述第一级震动检测装置外壳7的内部的六个面上均固定有一个磁铁支持架12，磁铁支持架12的内侧是一个可自由活动的支架扣，通过该支架扣连接固定一个磁铁11，共有六个磁铁11；所述线圈支撑架14由六个弹簧14-1、正方体碳纤维线圈支架14-2和四个挡光板14-3构成，每个弹簧14-1的一端固定在一个磁铁13上，另一端与碳纤维线圈支架14-2的一个侧面连接；碳纤维线圈支架14-2的前、后、左、右四个侧面上均设有一个挡光板14-3，且前侧面和后侧面上的挡光板14-3上各开有一个透光孔14-3-A，两个透光孔高度相等，碳纤维线圈支架14-2上方悬挂有发光二极管，该发光二极管的正极与充电电池8的正极连接，负极与第一级震动检测装置控制开关1-1连接；在前侧面的磁铁上安装有一个光敏电阻10-3，且光敏电阻10-3与所述透光孔14-3-A等高，发光二极管在碳纤维线圈支架14-2不运动时可照射到光敏电阻10-3上；所述线圈13共包括三组线圈，三组线圈分别互相垂直的缠绕在碳纤维线圈支架14-2上，其中每组线圈均为100—200匝；每组线圈的单匝线圈由两个对称的半矩形线圈组成，两个半矩形线圈的两端分别垂直连接到一条导线上，然后一组线圈的所有半矩形线圈的两端均分别连接在相应的导线上，共两条导线，每条导线的一端作为一个接线端，两条导线共两个接线端，这两个接线端分别与换向器10-1的两个输入端连接；线圈13处于六个磁铁所形成的磁场中；所述换向器10-1由三组反向并联的二极管组成，每组反向并联的二极管包括四个二极管，四个二极管中两个不同方向的二极管的一端连接，形成一个换向器输入端，每组反向并联的二极管包括两个输入端，该两个输入端与一组线圈13连接，三组反向并联的二极管的12个二极管中同方向的二极管相连，形成两个换向器的输出端，该换向器10-1的两个输出端与信号放大器10-2的两个输入端连接；信号放大器10-2的两个输出端同时与第一级震动电磁指示灯9-1、充电电池8和经光敏电阻10-3与第一级震动光电指示灯9-2并联，且充电电池8与第一级震动电磁指示灯9-1之间安装不允许电流由充电电池8流向第一级震动电磁指示灯9-1的二极管，充电电池8的负极接地；信号放大器10-2的电源端与充电电池8的正负极直接连接；

所述第二级震动检测装置II包括第二级震动检测装置半球形外壳21、电极17、报警器15、半球形容器19、电解质溶液18和第二级震动指示灯16；所述第二级震动检测装置半球形外壳21直接扣在半球形容器19上方，通过固定螺栓6将第二级震动检测装置半球形外壳21与第一级震动检测装置外壳7的上表面固定，第二级震动检测装置半球形外壳21外表面设有报警器扩音口5和第二级震动指示灯显示口4，并且在第二级震动指示灯显示口4旁标注有每个指示灯发光代表的震动等级，所述第二级震动指示灯显示口4为玻璃制成；所述半球形容器19内部具有弧形空间，电解质溶液18盛放在该弧形空间内，弧形空间的上方设有溶液注入口20；所述电极17包括一个正电极17-4和三个负电极，正电极17-4安装在半球形容器19弧形空间内的底部，且始终与电解质溶液18接触，三个负电极分别安装在半球形容器19的不同高度上，每个负电极沿半球形容器19的内壁在同一高度上固定一圈，且通过引线连接至外部负电极接口；电解质溶液18在不震动状态下始终与正电极接触，但不接触任何负电极；所述报警器15安装在第二级震动检测装置半球形外壳21与半球形容器19之间的空间内，且与报警器扩音口5相邻，报警器15为蜂鸣器与三极管的连接电路，报警器15的正极是一个报警器插头，该报警器插头根据用户的报警要求连接在不同负电极接口上，报警器15的负极与充电电池8的负极连接；所述第二级震动指示灯16共有3个发光二极管，3个发光二极管的正极分别接在三个负电极上，3个发光二极管的负极均与充电电池8的负极连接。

如图1所示实施例表明，本发明基于电磁感应的多级震动检测器包括第一级震动检测装置Ⅰ和第二级震动检测装置Ⅱ。第一级震动检测装置Ⅰ位于第二级震动检测装置Ⅱ的下方，第一级震动检测装置Ⅰ与第二级震动检测装置Ⅱ通过固定螺栓6进行连接，固定螺栓6将第二级震动检测装置半球形外壳21与第一级震动检测装置外壳7的上表面固定。第一级震动检测装置外壳7为方形铝制外壳，表面上安装有旋转开关1、第一级震动指示灯显示口2、充电电池外壳3和第一级震动检测装置安全锁22。旋转开关1包括第一级震动检测装置控制开关1-1和第二级震动检测装置控制开关1-2。第一级震动检测装置控制开关1-1一端与换向模块10连接，另一端与第一级震动指示灯9相连。第一级震动检测装置控制开关1-1旋转至“ON”档后，充电电池8与两个第一级震动指示灯9(包括第一级震动电磁指示灯9-1和第一级震动光电指示灯9-2)回路可以导通，且作为光敏电阻10-3光照源的发光二极管通电。第二级震动检测装置控制开关1-2一端与充电电池8的正极相连，另一端与电解质溶液18底部的正电极17-4连接。第二级震动检测装置控制开关1-2旋转至“ON”档后，充电电池8的电压加在第二级震动检测装置Ⅱ的正负电极两侧，第二级震动指示灯16和报警器15可以工作。第一级震动指示灯显示口2为玻璃制成，包括第一级震动电磁指示灯显示口2-1和第一级震动光电指示灯显示口2-2，用于用户观察第一级震动检测装置Ⅰ的检测结果。充电电池外壳3用于保护充电电池8。充电电池8放在充电电池外壳3内，若充电电池故障，可以打开充电电池外壳3进行更换或维修。第二级震动检测装置半球形外壳21上设有第二级震动指示灯显示口4和报警器扩音口5，且第二级震动指示灯显示口4旁标明第二级震动指示灯16各代表的震动等级，分为1级、2级和3级。第二级震动指示灯显示口2为玻璃制成，用户可透过第二级震动指示灯显示口2观察第二级震动检测装置II的检测结果。报警器扩音口5是第二级震动检测装置半球形外壳21上的一些小孔。被测器件的震动等级达到用户设置的报警等级时，报警器15发出声响，用户可以检查或停用被测器件。

如图2所示实施例表明，本发明基于电磁感应的多级震动检测器包括第一级震动检测装置I的第一级震动检测装置外壳7、充电电池8、第一级震动指示灯9、换向模块10、磁铁11、磁铁支持架12、线圈13、线圈支撑架14和第二级震动检测装置的半球形容器19、溶液注入口20、外壳21、第二级震动指示灯16、报警器15、电极17、电解质溶液18。第一级震动检测装置I中，磁铁11通过磁铁支持架12固定在第一级震动检测装置外壳7上。磁铁支持架12通过螺丝固定在第一级震动检测装置外壳7上，内侧是一个可自由活动的支架扣，磁铁11安装完成后通过支架扣将其固定。与第一级震动检测装置外壳7上表面、左表面和后表面连接的磁铁支持架12上安装的磁铁11均为N极朝向线圈，即上表面、左表面和后表面上连接的磁铁的N极朝向第一级震动检测装置外壳7的中心；与第一级震动检测装置外壳7下表面、右表面、前表面连接的磁铁支持架12上安装的磁铁11均为S极朝向线圈，即下表面、右表面、前表面上连接的磁铁的S极朝向第一级震动检测装置外壳7的中心，该六个磁铁11形成第一级震动检测装置需要的磁场。线圈13缠绕在碳纤维线圈支架14-2上。碳纤维线圈支架14-2选用碳纤维材料一方面是因为碳纤维线圈支架质量较轻，不会因为碳纤维线圈支架的重量而影响被测器件的震动；另一方面是因为碳纤维线圈支架不导电，线圈产生的感应电动势不会在线圈支架上形成回路且碳纤维线圈支架不会切割磁感线产生感应电动势。具体线圈连接方式如图3所示实施例。碳纤维线圈支架14-2与磁铁11通过弹簧14-1连接，弹簧14-1可以提供线圈13运动的回复力，保证被测器件微弱的震动，线圈13都能产生感应电动势。线圈13产生的感应电动势经过换向模块10向充电电池8充电，且向第一级震动电磁指示灯9-1供电。弹簧14-1一端固定在磁铁11上，另一端与碳纤维线圈支架14-2连接。挡光板14-3为塑料挡光板，选用塑料挡光板是因为塑料材质质轻且不透光，另外其不产生感应电动势。碳纤维线圈支架14-2四个侧面上设有挡光板14-3，前侧面和后侧面上的挡光板14-3上各设有一个透光孔14-3-A，两个透光孔高度相等，线圈支撑架14不运动时，线圈支撑架14内的发光二极管的光透过透光孔照在光敏电阻上，此时光敏电阻阻值很大。若线圈支撑架14震动，发光二极管的光不能透过透光孔，此时的光敏电阻阻值变小，回路导通，第一级震动光电指示灯9-2发光。光敏电阻选用入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大型的光敏电阻。线圈13缠绕在挡光板14-3的外部。

第二级震动检测装置外壳21为方形铝制外壳，质量较轻且韧性强，可有效保护内部器件。半球形容器19为半球形，底部有圆弧形底座，在半球形容器19上部形成弧形空间，在该弧形空间内盛放电解质溶液18，弧形空间顶部设有溶液注入口20。溶液注入口20可方便添加和倾倒电解质溶液18。电解质溶液18长时间使用，需要通过溶液注入口20进行更换。电极17包括3级负电极17-1、2级负电极17-2、1级负电极17-3和正电极17-4。三个负电极随震动检测等级大小分别安装在半球形容器19内壁的不同高度，并且三个负电极为片状，沿半球形容器19内壁固定一圈，保证任何一个方向的震动，检测装置都能检测。正电极17-4安装在半球形容器19的弧形空间内的底部，与电解质溶液18有效接触。第二级震动指示灯16由三个发光二极管组成，三个发光二极管的正极分别接在三个负电极上，三个发光二极管的负极与充电电池8的负极连接。当装置震动使溶液与负电极接触时，回路导通，第二级震动指示灯16发光。报警器15的正极是一个报警器插头15-2，由用户选择与不同负电极相连，若用户选择震动等级达到2级时装置报警，则将报警器插头15-2与2级负电极17-2相连接。报警器15的另一端始终与充电电池8的负极相连。当震动等级达到所设定的报警等级时，报警器15报警。

第一级震动检测装置I不发生震动时，线圈靠其自重与弹簧的拉力处于初位置，线圈与任何方向的磁场没有相对运动，不产生感应电动势。并且，发光二极管发出的光通过透光孔射到光敏电阻上，光敏电阻阻值很大。第二级震动检测装置II中的电解质溶液不与任一负电极接触，第二级震动指示灯熄灭。

如图3所示实施例表明，碳纤维线圈支架14-2为由12根碳纤维圆柱杆组成的正方体支架，三组线圈13两两相互垂直缠绕在碳纤维线圈支架14-2上。碳纤维线圈支架14-2四个侧面上设有挡光板14-3，前侧面上的挡光板14-3上设有一个透光孔14-3-A。本发明设计的线圈连接结构中，每个平面缠绕的线圈13能检测出被测器件两个方向的震动，即一组线圈可切割两个震动方向的磁感线且产生感应电动势。XY轴平面缠绕的线圈能检测被测器件竖直方向和前后方向的震动。当被测器件竖直(前后)方向震动时，未安装换向器的线圈边切割左表面N极磁铁至右表面S极磁铁(上表面N极磁铁至下表面S极磁铁)的磁场，产生感应电动势。缠绕在YZ轴平面上线圈能检测被测器件前后方向和左右方向的震动。当被测器件前后(左右)方向震动时，缠绕在YZ轴平面线圈的未安装换向器线圈边切割左表面N极磁铁至右表面S极磁铁(后表面N极磁铁至前表面S极磁铁)的磁场，产生感应电动势。XZ轴平面缠绕的线圈能检测被测器件竖直方向和左右方向的震动。当被测器件竖直(左右)方向震动时，XZ轴平面缠绕的线圈中未安装换向器的线圈边切割左表面N极磁铁至右表面S极磁铁(上表面N极磁铁至下表面S极磁铁)的磁场，产生感应电动势。由于震动时往复运动，线圈产生的感应电动势是交变的，本发明的一个创新点是检测器中引入换向器把交变电动势整流为直流电动势。

如图4所示实施例表明，线圈13产生感应电动势经换向模块10向第一级震动电磁指示灯9-1供电，且向充电电池8充电。换向模块10包括换向器10-1和信号放大器10-2和光敏电阻10-3。由于线圈的震动为往复运动，线圈产生的感应电动势为交变电动势，而第一级震动指示灯9和充电电池8均需要直流电，所以，本发明设计换向器10-1对产生的交变感应电动势进行整流。每组线圈13的换向器10-1包括一组反向并联的二极管，每组反向并联的二极管包括四个二极管，四个二极管中两个不同方向的二极管的一端连接，形成一个换向器输入端，每组反向并联的二极管包括两个输入端，该两个输入端与一组线圈13连接，三组反向并联的二极管的12个二极管中同方向的二极管相连，形成两个换向器的输出端，该换向器10-1的两个输出端与信号放大器10-2的两个输入端连接；线圈13切割磁感线产生的感应电动势较小，本发明设计信号放大器10-2对感应电动势放大。信号放大器10-2为市场上常见的三极管放大电路，放大等级可以根据测量要求改变三极管参数。信号放大器10-2的输出接在第一级震动电磁指示灯9-1的两端。若线圈产生感应电动势，先由换向器10-1整流为直流，之后经信号放大器10-2放大后接在第一级震动电磁指示灯9-1两端，第一级震动电磁指示灯9-1发光。第一级震动电磁指示灯9-1与充电电池8并联，第一级震动电磁指示灯9-1发光的同时，充电电池8充电，为防止充电电池8对第一级震动电磁指示灯9-1放电，充电电池8与第一级震动电磁指示灯9-1之间设计防止电流回流的二极管。信号放大器10-2的电源端与充电电池8的正负极直接连接(图中未绘出)，信号放大器10-2所需电源由充电电池8提供。第一级震动光电指示灯9-2回路由充电电池8提供电源，充电电池8的负极接地。光敏电阻10-3检测到光照源时，光敏电阻10-3的电阻值极大，回路中几乎没有电流流过，第一级震动光电指示灯9-2不发光。若被测器件震动，挡光板14-3挡住发光二极管的光照，光敏电阻10-3的电阻值变小，电流流过第一级震动光电指示灯9-2，第一级震动光电指示灯9-2发光，检测到震动发生。

如图5所示实施例表明，第二级震动检测装置的第二级震动指示灯16和报警器15电源由充电电池8提供。装置调试期间，先选择器件震动的报警等级，将报警器插头15-2与相应负电极连接。装置使用期间，第二级震动检测装置控制开关1-2旋转至“ON”档，充电电池8的电压加在正电极和负电极两侧。若由于被测器件震动，使电解质溶液将正电极和负电极之间进行连接，回路导通，相应的第二级震动指示灯发光。若被测器件的震动达到报警等级，报警器15发出报警。

如图6所示实施例表明，本发明基于电磁感应的多级震动检测器检测到被测器件向右震动时，第一级震动检测装置中的线圈13和第二级震动检测装置中的电解质溶液18由于惯性作用向左运动。第一级震动检测装置中线圈13的运动使弹簧14-1发生形变。由于向左运动，如图3所示实施例说明，缠绕在YZ轴平面的线圈13上未安换向器10-1的线圈边切割后表面N极磁铁至前表面S极磁铁的磁场，产生感应电动势。XZ轴平面缠绕的线圈13中未安装换向器10-1的线圈边切割上表面N极磁铁至下表面S极磁铁的磁场，产生感应电动势。两线圈产生的感应电动势叠加，通过信号放大器10-2向第一级震动电磁指示灯9-1供电，第一级震动电磁指示灯9-1发光，说明被测器件震动。并且，信号放大器10-2通过换向器10-1向充电电池8充电，把被测器件震动的机械能转化为电能，供本装置使用。挡光板14-3运动挡住发光二极管的光照，光敏电阻10-3的电阻值变小，充电电池8向第一级震动光电指示灯9-2供电，第一级震动光电指示灯9-2发光，说明被测器件震动。第二级震动检测装置中电解质溶液18向左运动与2级负电极17-2、1级负电极17-3接触，第二级震动指示灯的1级指示灯和2级指示灯回路导通，1级、2级指示灯发光，代表被测器件的震动达到本装置检测的2级震动等级。若用户设定的报警等级为2级，则报警回路导通，报警器15发出报警。

本发明基于电磁感应的多级震动检测器用于检测被测器件的震动是否发生，且判断被测器件震动等级的大小。本发明设计的基于电磁感应的多级震动检测器震动的结果共分为以下几种情况：1.第一级震动检测装置的两个第一级震动指示灯9和第二级震动检测装置的第二级震动指示灯16均不发光，说明被测器件无震动发生；2.第一级震动检测装置的两个第一级震动指示灯9发光，第二级震动检测装置的第二级震动指示灯16不发光，说明被测器件有微弱的震动，但不足以使第二级震动检测装置电解质溶液18与任一负电极接触；3.第一级震动检测装置的两个第一级震动指示灯9发光，第二级震动检测装置的第二级震动指示灯16的1、2或3级震动指示灯发光，说明被测器件发生震动，且震动等级为1、2或3级。

本发明基于电磁感应的多级震动检测器的具体工作流程为：被测器件检测之前，用户需要根据被测器件的工作状况设置震动检测装置的报警等级。本震动检测装置使用时，需先将第一级震动检测装置控制开关1-1和第二级震动检测装置控制开关1-2旋转至“ON”档。被测器件发生震动时，检测器与被测器件一起震动，线圈13、挡光板14-3和电解质溶液18由于惯性作用向相反方向运动。即若被测器件向左运动时，线圈做向右的相对运动，挤压右侧弹簧，YZ轴平面线圈切割后表面N极磁铁至前表面S极磁铁的磁场，产生由上向下的感应电流。XZ轴平面线圈切割上表面N极磁铁至下表面S极磁铁的磁场，产生由外向里的感应电流。两组线圈产生的交变感应电动势经换向模块10中的换向器10-1整流为直流电压，之后经换向模块10中的信号放大器10-2把直流电压放大，放大后的直流电压可为第一级震动电磁指示灯9-1供电，并且可向充电电池8充电。第一级震动电磁指示灯9-1发光，指示被测器件发生震动。挡光板14-3做向右的相对运动，挡住发光二极管射向光敏电阻的光照，光敏电阻10-3阻值减少，第一级震动光电指示灯9-2发光，指示被测器件发生震动。

第二级震动检测装置也随被测器件一起震动。若被测器件向左运动，第二级震动检测装置跟随被测器件向左运动，半球形容器19内电解质溶液18由于惯性向右运动，向右运动过程中根据被测器件的震动大小，电解质溶液18可能与1、2、3级负电极接触。电解质溶液18首先与1级负电极17-3接触，1级导电回路导通，充电电池8的电流流过第二级震动指示灯16中的1级震动指示灯，1级震动指示灯发光，用户可看到被测器件震动等级达到1级。若被测器件震动继续加剧，电解质溶液18与2级负电极17-2接触，2级导电回路导通，2级震动指示灯发光，并且充电电池8电流流过报警器15，报警器15发出报警。用户可检测被测器件的工作是否正常。

被测器件的检测结束后，为节约电能，将第一级震动检测装置控制开关1-1和第二级震动检测装置控制开关1-1旋转至“OFF”档,这时，即使被测器件震动，震动检测装置中指示灯也不会发光。

实施例1

本实施例采用上述的连接方式，第一级震动检测装置中磁铁11选用6个钕铁硼永磁铁，其磁感应强度为0.7T。碳纤维线圈支架14-2为正方体支架，单边长度为10cm，则线圈13的单匝线圈在磁场中的有效长度为10cm。线圈13选用铜丝导线缠绕在碳纤维线圈支架14-2上，每组线圈共100匝。被测器件任一方向震动时，有两组线圈切割磁感线，产生感应电动势，综合两者，计算感应电动势时，线圈匝数N＝100×2＝200匝。被测器件震动时，线圈震动速度很快，平均速度按照1cm/s计算，则被测器件震动线圈产生的感应电动势E＝NBLV＝200×0.7×0.1×0.01＝0.14V。

信号放大器参数可根据测量实际状况调整，本实施例采用放大倍数为100的信号放大器，可使输出信号为输入信号的100倍。则输出电压U₀＝100×E＝14V。输出电压加在第一级震动电磁指示灯9-1两侧，第一级震动电磁指示灯9-1发光，向用户显示震动已经发生，达到震动检测的目的。输出电压加在充电电池8两侧，向充电电池8充电，充电电池8可向第二级震动检测装置II供电。

第二级震动检测装置中电解质溶液18选用浓度为0.1mol/L的NaCl溶液(NaCl溶液导电性能好且制作成本低)。当被测器件的震动幅度达到1级时，电解质NaCl溶液与1级负电极17-1接触，Na⁺离子由1级负电极游离向正电极，Cl^-离子由正电极游离向负电极，第二级震动指示灯16中1级震动指示灯回路导通，第二级震动指示灯16中1级震动指示灯发光。被测器件震动幅度达到2级时，电解质NaCl溶液与1、2级负电极均接触，1级和2级负电极附近的Na⁺离子游离向正电极，Cl^-离子由正电极游离向负电极，第二级震动指示灯16中1级震动指示灯和2级震动指示灯回路均导通，两个指示灯发光。若报警等级设置为2级，此时报警回路也同时导通。当被测器件的震动幅度达到3级时，电解质NaCl溶液与1、2、3级负电极均接触，1级、2级、3级负电极附近的Na⁺离子游离向正电极，Cl^-离子由正电极游离向3个负电极，第二级震动指示灯16中1级震动指示灯、2级震动指示灯和3级震动指示灯回路均导通，第二级震动指示灯16中3个指示灯都发光。

上述实施例中，所涉及的零部件均由商购获得，发光二极管、电阻、信号放大器，电解质溶液，开关均为公知技术产品。

Claims (1)

1.一种基于电磁感应的多级震动检测器，其特征在于该检测器包括第一级震动检测装置和第二级震动检测装置；第二级震动检测装置位于第一级震动检测装置的上方，第一级震动检测装置与第二级震动检测装置通过固定螺栓连接；

所述第一级震动检测装置包括第一级震动检测装置外壳、第一级震动指示灯、磁铁支持架、磁铁、线圈支撑架、线圈、换向模块和充电电池；所述第一级震动检测装置外壳为方形外壳，第一级震动检测装置外壳上安装有旋转开关、第一级震动指示灯显示口、充电电池外壳和第一级震动检测装置安全锁；所述旋转开关包括第一级震动检测装置控制开关和第二级震动检测装置控制开关，第一级震动检测装置控制开关一端与换向模块连接，另一端与第一级震动指示灯相连；第二级震动检测装置控制开关一端与充电电池的正极相连，另一端与第二级震动检测装置连接；所述第一级震动指示灯显示口为玻璃制成，所述充电电池外壳内安装有充电电池；所述第一级震动检测装置安全锁安装在第一级震动检测装置外壳正面的左侧；

所述换向模块由换向器、信号放大器和光敏电阻组成；所述第一级震动指示灯包括第一级震动电磁指示灯和第一级震动光电指示灯；第一级震动电磁指示灯一端接地，另一端通过换向模块接在线圈上；第一级震动光电指示灯一端接地，另一端经过光敏电阻接在充电电池正极；第一级震动电磁指示灯和第一级震动光电指示灯均固定在第一级震动检测装置外壳内，用户可透过第一级震动指示灯显示口观察第一级震动电磁指示灯和第一级震动光电指示灯的指示结果；

所述第一级震动检测装置外壳的内部的六个面上均固定有一个磁铁支持架，磁铁支持架的内侧是一个可自由活动的支架扣，通过该支架扣连接固定一个磁铁，共有六个磁铁；所述线圈支撑架由六个弹簧、正方体碳纤维线圈支架和四个挡光板构成，每个弹簧的一端固定在一个磁铁上，另一端与碳纤维线圈支架的一个侧面连接；碳纤维线圈支架的前、后、左、右四个侧面上均设有一个挡光板，且前侧面和后侧面上的挡光板各开有一个透光孔，两个透光孔高度相等，碳纤维线圈支架上方悬挂有发光二极管，该发光二极管的正极与充电电池的正极连接，负极与第一级震动检测装置控制开关连接，在前侧面的磁铁上安装有一个光敏电阻，且光敏电阻与所述透光孔等高，发光二极管在碳纤维线圈支架不运动时可照射到光敏电阻上；所述线圈共包括三组线圈，三组线圈分别互相垂直的缠绕在碳纤维线圈支架上，其中每组线圈均为100—200匝；每组线圈的单匝线圈由两个对称的半矩形线圈组成，两个半矩形线圈的两端分别垂直连接到一条导线上，然后一组线圈的所有半矩形线圈的两端均分别连接在相应的导线上，共两条导线，每条导线的一端作为一个接线端，两条导线共两个接线端，这两个接线端分别与换向器的两个输入端连接；线圈处于六个磁铁所形成的磁场中；所述换向器由三组反向并联的二极管组成，每组反向并联的二极管包括四个二极管，四个二极管中两个不同方向的二极管的一端连接，形成一个换向器输入端，每组反向并联的二极管包括两个输入端，该两个输入端与一组线圈连接，三组反向并联的二极管的个二极管中同方向的二极管相连，形成两个换向器的输出端，该换向器的两个输出端与信号放大器的两个输入端连接；信号放大器的两个输出端同时与第一级震动电磁指示灯、充电电池和经光敏电阻与第一级震动光电指示灯并联，且充电电池与第一级震动电磁指示灯之间安装不允许电流由充电电池流向第一级震动电磁指示灯的二极管，充电电池的负极接地；信号放大器的电源端与充电电池的正负极直接连接；

所述第二级震动检测装置包括第二级震动检测装置半球形外壳、电极、报警器、半球形容器、电解质溶液和第二级震动指示灯；所述第二级震动检测装置半球形外壳直接扣在半球形容器上方，通过固定螺栓将第二级震动检测装置半球形外壳与第一级震动检测装置外壳的上表面固定，第二级震动检测装置半球形外壳外表面设有报警器扩音口和第二级震动指示灯显示口，并且在第二级震动指示灯显示口旁标注有每个指示灯发光代表的震动等级，所述第二级震动指示灯显示口为玻璃制成；所述半球形容器内部具有弧形空间，电解质溶液盛放在该弧形空间内，弧形空间的上方设有溶液注入口；所述电极包括一个正电极和三个负电极，正电极安装在半球形容器弧形空间内的底部，且始终与电解质溶液接触，三个负电极分别安装在半球形容器的不同高度上，每个负电极沿半球形容器的内壁在同一高度上固定一圈，且通过引线连接至外部负电极接口；电解质溶液在不震动状态下始终与正电极接触，但不接触任何负电极；所述报警器安装在第二级震动检测装置半球形外壳与半球形容器之间的空间内，且与报警器扩音口相邻，报警器为蜂鸣器与三极管的连接电路，报警器的正极是一个报警器插头，该报警器插头根据用户的报警要求连接在不同负电极接口上，报警器的负极与充电电池的负极连接；所述第二级震动指示灯共有3个发光二极管，3个发光二极管的正极分别接在三个负电极上，3个发光二极管的负极均与充电电池的负极连接。