CN109238313A - 一种用于转动结构状态监测的多参数lc传感器 - Google Patents

一种用于转动结构状态监测的多参数lc传感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及传感器领域,公开了一种用于转动结构状态监测的多参数LC传感器,该传感器包括设置于转动结构上的电感单元与多个电容式传感器,电感电源包括多个依次连接的单匝线圈,每一个单匝线圈的两端分别连接有电容式传感器,电感单元的外周设置有输出线圈,输出线圈用于无源无线的输出多个电容式传感器产生的多个谐振频率,每一个谐振频率与转动结构的不同状态参数相对应。上述传感器通过多个电容式传感器与电感单元形成多谐振点LC谐振电路,通过无线无源的读取不同谐振频率值获取转动结构的实时状态,从而实现对转动结构的多个状态参数实时监测;此外采用无线无源的读取方式,可长期免维护使用,适合在高温、油污等恶劣环境中使用。

Description

一种用于转动结构状态监测的多参数LC传感器
技术领域
本发明涉及压力传感器领域,尤其涉及一种用于转动结构状态监测的多参数LC传感器。
背景技术
在各种工业生产设备和交通运输装备上会用到大量的转动结构,例如轴承结构、齿轮结构等。这些转动结构长期处于高载荷、高转速等恶劣条件下工作,是机械设备中最容易发生故障的部位之一。因此对于转动结构的工作状态监测就显得十分必要。
由于转动结构工作时处于旋转状态,因此传统的有线传感器不适用于对转动结构的状态进行实时监测。目前,对于关键部位转动结构的状态监测主要使用无线有源的传感器系统。无线有源的传感器一般采用射频收发电路进行数据传输,其收发电路依靠电池进行供电。由于含有电池,这种传感器系统不能长期地、不间断工作。并且,因为含有有源元件,其工作温度也不能太高。
机械转动部件通常是处于高温的或油污的环境。在这种恶劣环境下,传感器中不宜使用有源电路和电池。无线无源的LC传感器采用电感近场耦合原理传输数据,不需要电池供电。同时,LC传感器系统是由无源元件构成的,特别适用于高温油污的恶劣环境。因此对于转动结构的状态监测,无线无源的多参数LC传感器系统是一种较为理想的解决方案。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提出一种用于转动结构状态监测的多参数LC传感器,通过多个电容式传感器与电感单元形成多谐振点LC谐振电路,通过无线无源的读取不同谐振频率值获取转动结构的实时状态,实现对转动结构的多个状态参数实时监测,此外采用无线无源的读取方式,可长期免维护使用,适合在高温、油污等恶劣环境中使用。
为了实现上述技术目的,本发明实施例采用如下技术方案:
一种用于转动结构状态监测的多参数LC传感器,该传感器包括设置于转动结构上的电感单元与多个电容式传感器,电感电源包括多个依次连接的单匝线圈,每一个单匝线圈的两端分别连接有电容式传感器,电感单元的外周设置有输出线圈,输出线圈用于无源无线的输出多个电容式传感器产生的多个谐振频率,每一个谐振频率与转动结构的不同状态参数相对应。
进一步的,电感单元包括依次连接的第一单匝线圈、第二单匝线圈与第三单匝线圈,第一单匝线圈、第二单匝线圈与第三单匝线圈的尺寸依次增大。
进一步的,每一个单匝线圈的形状为弧线形。
进一步的,每一个单匝线圈包括从上到下依次设置的金属层、绝缘层与黏附层。
进一步的,每一个单匝线圈通过黏附层固定于转动结构上。
进一步的,多个电容式传感器包括第一电容式传感器、第二电容式传感器与第三电容式传感器,第一电容式传感器的两端与第一单匝线圈的两端固定,第二电容式传感器的两端与第二单匝线圈的两端固定,第三电容式传感器的两端与第三单匝线圈的两端固定。
进一步的,输出线圈输出第一电容式传感器产生的第一谐振频率和第二电容式传感器产生的第二谐振频率和第三电容式传感器产生的第三谐振频率。
进一步的,电感单元、输出线圈与转动结构同轴设置.
进一步的,输出线圈的形状为圆环。
相较于现有技术,本发明具有如下技术效果:
本发明提出了一种用于转动结构状态监测的多参数LC传感器,该传感器包括设置于转动结构上的电感单元与多个电容式传感器,电感电源包括多个依次连接的单匝线圈,每一个单匝线圈的两端分别连接有电容式传感器,电感单元的外周设置有输出线圈,输出线圈用于无源无线的输出多个电容式传感器产生的多个谐振频率,每一个谐振频率与转动结构的不同状态参数相对应。上述传感器通过在转动结构上设置相互连接的多个电容式传感器与电感单元,当电容式传感器检测到转动结构的状态变化时会使相应谐振频率产生相应变化,通过无线无源的读取不同谐振频率值即可获取转动结构的实时状态,从而实现对转动结构的实时状态监测,此外采用无线无源的读取方式,传感器无引线连出、不需要电池,安装后可长期免维护使用,适合在高温、油污等恶劣环境中使用。
附图说明
图1为本发明实施例提出的一种用于转动结构状态监测的多参数LC传感器的结构示意图;
图2为本发明实施例提出的电感单元的平面结构图;
其中:1、电感单元;11、第一单匝线圈;12、第二单匝线圈;13、第三单匝线圈;14、金属层;15、绝缘层;16、黏附层;2、电容式传感器;21、第一电容式传感器;22、第二电容式传感器;23、第三电容式传感器;3、输出线圈;4、转动结构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
另外,本文中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
如图1所示,本发明实施例提出了一种用于转动结构状态监测的多参数LC传感器,该传感器包括设置于转动结构上的电感单元1与多个电容式传感器2,电感单元1包括多个依次连接的单匝线圈,每一个单匝线圈的两端分别连接有电容式传感器,电感单元的外周设置有输出线圈3,输出线圈3用于无源无线的输出多个电容式传感器产生的多个谐振频率,每一个谐振频率与转动结构的不同状态参数相对应。
上述多参数LC传感器通过在转动结构上设置相互连接的多个电容式传感器与电感单元,当电容式传感器检测到转动结构的状态变化时会使相应谐振频率产生相应变化,通过无线无源的读取不同谐振频率值即可获取转动结构的实时状态,从而实现对转动结构的实时状态监测,此外采用无线无源的读取方式,传感器无引线连出、不需要电池,安装后可长期免维护使用,适合在高温、油污等恶劣环境中使用。
优选的,电感单元1包括多个第一单匝线圈,单匝线圈的数量大于等于2,如3个、4个、5个等等。
优选的,电感单元1包括依次连接的第一单匝线圈11、第二单匝线圈12与第三单匝线圈13,第一单匝线圈11、第二单匝线圈12与第三单匝线圈13的尺寸依次增大,三个单匝线圈首尾依次相连。
优选的,每一个单匝线圈的形状为圆弧形、方形、五边行或者三角形等形状。
优选的,每一个单匝线圈的形状为弧线形,即从其一端到另一端弧线的半径逐步增大,且与转动结构同轴设置,以使得每个单匝线圈能够围绕转动结构转动或者与转动结构同步转动。
优选的,如图2所示,每一个单匝线圈包括从上到下依次设置的金属层14、绝缘层15与黏附层16。其中金属层14的材料为任意一种导电材料;绝缘层15的材料为能够起到绝缘作用的树脂材料;黏附层16起到连接的作用。
优选的,每一个单匝线圈通过黏附层16固定于转动结构上。
优选的,多个电容式传感器包括第一电容式传感器21、第二电容式传感器22与第三电容式传感器23,第一电容式传感器21的两端与第一单匝线圈11的两端固定,第二电容式传感器12的两端与第二单匝线圈22的两端固定,第三电容式传感器23的两端与第三单匝线圈13的两端固定。
优选的,输出线圈3输出第一电容式传感器产生的第一谐振频率和第二电容式传感器产生的第二谐振频率和第三电容式传感器产生的第三谐振频率。
优选的,电感单元1、输出线圈3与转动结构4同轴设置.
优选的,输出线圈3的形状为圆环。
本发明的工作原理为:电感和电容连接后将形成LC谐振回路。通过将三个电容传感器(即21、第一电容式传感器;22、第二电容式传感器;23、第三电容式传感器)分别与电感单元的三段单匝线圈(11、第一单匝线圈;12、第二单匝线圈;13、第三单匝线圈)进行连接,可以得到含有三个谐振频率的LC谐振回路。当电容传感器中的一个或多个监测到转动结构的状态变化时,会使所述多参数LC传感器的一个或多个谐振频率产生相应变化。基于平面电感之间的近场耦合原理,采用连接阻抗分析仪的读出线圈,可以无线、无源地读出这些谐振频率值及其变化,从而获取转动结构的实时状态。
进一步的,为了能够实时监测转动结构状态,测量前,需要使用连接阻抗分析仪的读出线圈对本发明的传感器进行标定,建立三个谐振频率与三个电容传感器状态参量之间的关系。测量时,使用连接阻抗分析仪的读出线圈读出本发明传感器的三个谐振频率,与标定值进行对比,即可得到待测转动结构的三种状态参量。
综上,本发明提出了一种用于转动结构状态监测的多参数LC传感器,该传感器包括设置于转动结构上的电感单元与多个电容式传感器,电感电源包括多个依次连接的单匝线圈,每一个单匝线圈的两端分别连接有电容式传感器,电感单元的外周设置有输出线圈,输出线圈用于无源无线的输出多个电容式传感器产生的多个谐振频率,每一个谐振频率与转动结构的不同状态参数相对应。上述传感器通过在转动结构上设置相互连接的多个电容式传感器与电感单元,当电容式传感器检测到转动结构的状态变化时会使相应谐振频率产生相应变化,通过无线无源的读取不同谐振频率值即可获取转动结构的实时状态,从而实现对转动结构的实时状态监测。此外采用无线无源的读取方式,传感器无引线连出、不需要电池,安装后可长期免维护使用,适合在高温、油污等恶劣环境中使用。
通过以上的实施方式的描述,所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,仅以上述各功能单元的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元完成,即将装置的内部结构划分成不同的功能单元,以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于转动结构状态监测的多参数LC传感器,其特征在于,所述传感器包括设置于转动结构上的电感单元与多个电容式传感器,所述电感电源包括多个依次连接的单匝线圈,每一个所述单匝线圈的两端分别连接有电容式传感器,所述电感单元的外周设置有输出线圈,所述输出线圈用于无源无线的输出所述多个电容式传感器产生的多个谐振频率,每一个所述谐振频率与所述转动结构的不同状态参数相对应。
2.如权利要求1所述的用于转动结构状态监测的多参数LC传感器,其特征在于,所述电感单元包括依次连接的第一单匝线圈、第二单匝线圈与第三单匝线圈,所述第一单匝线圈、第二单匝线圈与第三单匝线圈的尺寸依次增大。
3.如权利要求1所述的用于转动结构状态监测的多参数LC传感器,其特征在于,每一个所述单匝线圈的形状为弧线形。
4.如权利要求1所述的用于转动结构状态监测的多参数LC传感器,其特征在于,每一个所述单匝线圈包括从上到下依次设置的金属层、绝缘层与黏附层。
5.如权利要求4所述的用于转动结构状态监测的多参数LC传感器,其特征在于,每一个所述单匝线圈通过所述黏附层固定于所述转动结构上。
6.如权利要求2所述的用于转动结构状态监测的多参数LC传感器,其特征在于,所述多个电容式传感器包括第一电容式传感器、第二电容式传感器与第三电容式传感器,所述第一电容式传感器的两端与所述第一单匝线圈的两端固定,所述第二电容式传感器的两端与所述第二单匝线圈的两端固定,所述第三电容式传感器的两端与所述第三单匝线圈的两端固定。
7.如权利要求6所述的用于转动结构状态监测的多参数LC传感器,其特征在于,所述输出线圈输出所述第一电容式传感器产生的第一谐振频率和所述第二电容式传感器产生的第二谐振频率和所述第三电容式传感器产生的第三谐振频率。
8.如权利要求1所述的用于转动结构状态监测的多参数LC传感器,其特征在于,所述电感单元、所述输出线圈与所述转动结构同轴设置。
9.如权利要求1所述的用于转动结构状态监测的多参数LC传感器,其特征在于,所述输出线圈的形状为圆环。
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