CN109341844B - 一种震动检测仪及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种震动检测仪及其检测方法，涉及震动监测领域，该震动检测仪包括：石英晶体谐振器、频率震动信号转换器和报警器，该石英晶体谐振器内置压电石英晶片，用于该震动检测仪的检测方法为：石英晶体谐振器接收到震动，该震动改变压电石英晶片的谐振频率，频率震动信号转换器获取到该谐振频率，并将谐振频率的变化信息转化成震动数据，输出报警信号。报警器接收该报警信号并根据该报警信号进行报警。由于压电石英晶片表面所产生的微小形变能够引起该压电石英晶片的谐振频率的巨大变化，压电石英晶片表面受到的震动能够有效地转换成谐振频率的变化信息，有效提高了震动检测的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及震动监测领域，尤其涉及一种震动检测仪及其检测方法。
背景技术
在精确测量行业中，环境的震动对于精确测量具有较大的干扰性，因此需要先对放置精密测量仪的位置进行震动检测，然后根据震动的检测结果采取措施避免和减少震动，再进行精确测量，提高精确测量的精度。但现有震动检测仪在进行震动检测时，检测灵敏度较低，难以提高精确测量的精度。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种震动检测仪及其检测方法，用于解决现有的震动检测仪存在灵敏度低的技术问题。
为实现上述目的，本发明第一方面提供一种震动检测仪，所述震动检测仪包括：石英晶体谐振器、频率震动信号转换器和报警器，所述石英晶体谐振器输出端与所述频率震动信号转换器输入端连接，所述频率震动转换器输出端与所述报警器连接；
所述石英晶体谐振器内置压电石英晶片，在所述石英晶体谐振器接收到震动时，所述压电石英晶片的谐振频率发生变化；
所述频率震动信号转换器用于获取所述谐振频率，并根据所述谐振频率获得谐振频率的变化信息；
所述频率震动信号转换器还用于将所述谐振频率的变化信息转换成震动数据，输出报警信号；
所述报警器，用于接收所述报警信号，并根据所述报警信号进行报警。
本发明第二方面提供一种震动检测方法，所述方法包括：
所述石英晶体谐振器接收到震动，所述震动造成所述石英晶体谐振器内置的压电石英晶片的谐振频率发生变化；
所述频率震动信号转换器获取所述谐振频率，并根据所述谐振频率获得谐振频率的变化信息；
所述频率震动信号转换器还将所述谐振频率的变化信息转换成震动数据，输出报警信号；
所述报警器接收到所述报警信号，并根据所述报警信号进行报警。
从上述的技术方案中看出，该震动检测仪包括石英晶体谐振器、频率震动信号转换器和报警器，石英晶体谐振器内置压电石英晶片，该震动检测仪在测量过程中，放置在需测量震动的台面上，石英晶体谐振器接收到台面的震动，震动传送至压电石英晶片中，压电石英晶片表面受到震动发生形变，引起该压电石英晶片的谐振频率的变化，频率震动信号转换器获取该谐振频率，频率震动信号转换器根据改变后的谐振频率与原频率的频率差值得到震动信息，实现对频率的精确测量。由于压电石英晶片表面所产生的微小形变能够引起该压电石英晶片的谐振频率的巨大变化，压电石英晶片表面受到的震动能够有效地转换成谐振频率的变化信息，频率震动信号转换器根据该变化的频率信息转换成震动数据，有效提高了震动检测的灵敏度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种震动检测仪的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的石英晶体谐振器的具体结构的示意图；
图3为本发明另一实施例提供的震动检测方法的流程示意图；
图4为本发明另一实施例提供的震动检测方法的流程示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域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。
由于现有的震动检测仪存在灵敏度低的技术问题。为了解决上述技术问题，本发明提出一种震动检测仪。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种震动检测仪的结构示意图，该震动检测仪包括：石英晶体谐振器1、频率震动信号转换器2和报警器3，石英晶体谐振器1输出端与频率震动信号转换器2输入端连接，频率震动信号转换器2输出端与报警器3连接。
其中，石英晶体谐振器1内置压电石英晶片11，在石英晶体谐振器1接收到震动时，压电石英晶片11的谐振频率发生变化。频率震动信号转换器2用于获取该谐振频率，并根据该谐振频率获得谐振频率的变化信息，频率震动信号转换器2还用于将谐振频率的变化信息转换成震动数据，输出报警信号。报警器3，用于接收报警信号，并根据报警信号进行报警。
具体地，石英晶体谐振器1中有压电石英晶片11，在石英晶体谐振器1感应到台面的震动之后，压电石英晶片表面受到该震动，压电石英晶片表面发生形变，改变了压电石英晶片11在厚度切变模式下谐振时的谐振频率，即石英晶体谐振器1的谐振频率发生改变。频率震动信号转换器2获取该谐振频率，并计算该谐振频率与发生改变前的谐振频率的频率差，频率震动信号转换器2还将该频率差转换为震动数据，输出报警信号。最后警报器3根据该报警信号进行相应报警。
可选地，报警器3可以是声音报警器、闪光报警器和其他报警器。
需要说明的是：石英晶体谐振器是压电器件，压电器件是被动元件，需要配振荡电路才可工作。而本发明中的振荡电路是频率震动信号转换器2的一部分。石英晶体谐振器1被施加电能后会产生机械振动，该谐振频率是指石英晶体谐振器1被频率震动信号转换器2的振荡电路施加电能产生的振动频率。另，频率震动信号转换器2还包括振荡频率变异的检测电路，该检测电路可检测到外部机械力带来的变化，从而输出报警信号。
还需要说明的是，频率震动信号转换器需连续获取石英晶体谐振器1中的谐振频率，频率震动信号转换器的振荡电路连续对石英晶体谐振器1施加电压，因此，石英晶体谐振器1产生的谐振频率为连续的。频率震动信号转换器获取到的谐振频率为实时谐振频率，频率震动信号转换器将获取到的实时谐振频率进行连续比较，当石英晶体谐振器1感应到震动，石英晶体谐振器1产生的谐振频率发生变化，频率震动信号转换器可获取该变化后的谐振频率与上一时刻获取的谐振频率的频率差，其中，上一时刻获取的谐振频率为发生改变前的谐振频率。频率震动信号转换器再将该频率差与频率震动信号转换器内预置的频率变化震动转换表进行比较，得到震动数据。
如图2所示，图2为本发明实施例提供的石英晶体谐振器的具体结构的示意图，石英晶体谐振器1包括：压电石英晶片11、金属弹簧12、基座13、外盖14和金属引出端15，外盖14扣盖设置于基座13上，外盖14和基座13形成封闭空间，压电石英晶片11和金属弹簧12均位于该封闭空间中，金属弹簧12一端与基座13固定连接，金属弹簧12另一端连接压电石英晶片11，金属弹簧12与基座13连接的一端还连接金属引出端15，金属引出端15位于封闭空间的外部。
在本发明实施例中，压电石英晶片主要由全球储存量极多的二氧化硅(SiO2)组成，原料储存量多使得人造压电石英晶体成为压电行业的主要物料，且压电石英晶片成本低，使得制造石英晶体谐振器的成本相对其他晶体谐振器的成本较低。
可选地，压电石英晶片11为AT切压电石英晶片。
进一步地，压电石英晶片11的两面还分别镀有金属电极，压电石英晶片11的一面与金属弹簧12的一端进行电连接，压电石英晶片11的另一面与金属弹簧11的同一端进行机械连接。
具体地，金属弹簧12通过导电粘合物与压电石英晶片11的两面分别连接，通过导电粘合物即可为电连接也可为机械连接，其中，金属弹簧12的一端通过导电粘合物分别与压电石英晶片11的两面连接，但压电石英晶片两面中与金属弹簧连接位置有一处没有金属电极，没有金属电极的位置所在压电石英晶片的面与金属弹簧是机械连接，另一面与金属弹簧是电连接。
进一步地，金属弹簧12的数量至少为两个，一个金属弹簧和压电石英晶片11一面有电连接，另一金属弹簧与压电石英晶片11另一面有电连接。
需要说明的是，压电石英晶片的形状和尺寸可根据设计要求而定，压电石英晶片两面的金属电极的形状、尺寸、厚度和位置也根据设计要求而定。
可选地，金属电极的材料可以是铬、钛、铝、铜、铜合金、镍、镍合金、银、银合金、金、金合金或任何以上金属或其它金属的组合。
可选地，镀金属电极的方法可以是真空溅射镀膜、化镀或其他任何适用的方法。
可选地，导电粘合物为导电胶。
在本发明实施例，外部震动波震动整个基座，基座与金属弹簧固定连接，震动波通过金属弹簧震动压电石英晶片，压电石英晶片表面受到震动发生形变，从而改变谐振频率。
进一步地，金属引出端15与金属弹簧12的连接包括电连接和机械连接，金属引出端15用于作石英晶体谐振器1和频率震动信号转换器2连接的连接端，频率震动信号转换器2从金属引出端15中获取谐振频率。其中，压电石英晶片的谐振频率是通过金属弹簧12传输至金属引出端15的。
进一步地，频率震动信号转换器内具有频率变化-震动强度转换表，当频率震动信号转换器获取到变化的谐振频率，频率震动信号转换器根据该频率变化—震动强度转换表将变化的谐振频率转化为震动信息。其中，该频率变化-震动强度转换表是通过数据实验建立的，该转换表具有建立相应实验数据不错功能，能够提高转换精度。
从图1的震动检测仪中看出，该震动检测仪包括石英晶体谐振器、频率震动信号转换器和报警器，石英晶体谐振器内置压电石英晶片，该震动检测仪在测量过程中，放置在需测量震动的台面上，石英晶体谐振器接收到台面的震动，震动传送至压电石英晶片中，压电石英晶片表面受到震动发生形变，引起该压电石英晶片的谐振频率的变化，频率震动信号转换器获取该谐振频率，频率震动信号转换器根据改变后的谐振频率与原频率的频率差值得到震动信息，实现对频率的精确测量。由于压电石英晶片表面所产生的微小形变能够引起该压电石英晶片的谐振频率的巨大变化，压电石英晶片表面受到的震动能够有效地转换成谐振频率的变化，频率震动信号转换器根据该变化的频率信息转换成震动数据，有效提高了震动检测的灵敏度。
请参阅图3，图3为本发明另一实施例提供的震动检测方法的流程示意图，该方法运用于图1描述的震动检测仪中，该方法包括：
步骤101、石英晶体谐振器接收到震动，该震动造成石英晶体谐振器内置的压电石英晶片的谐振频率发生变化。
在本发明实施例中，震动检测仪放置于待测的台面上，石英晶体谐振器感应到台面的震动，并将感应到的震动大小通过谐振频率数据输出。
其中，石英晶体谐振器接收到震动，该震动造成石英晶体谐振器内置的压电石英晶片的谐振频率发生变化的具体步骤包括：
石英晶体谐振器的外盖与基座接收到震动，并将该震动通过金属弹簧作用于压电石英晶片表面，压电石英晶片表面受到震动并发生形变，以使压电石英晶片的谐振频率改变，压电石英晶片的谐振频率通过金属弹簧传输至金属引出端中。
其中，通过金属弹簧传输的震动是作用在压电石英晶片的表面，压电石英晶片的表面发生形变，从而改变压电石英晶片在厚度切变谐振模式下谐振时的谐振频率。
步骤102、频率震动信号转换器获取该谐振频率，并根据该谐振频率获得谐振频率的变化信息。其中，频率震动信号转换器获取的谐振频率为改变后的谐振频率，根据该谐振频率可获取谐振频率的变化信息。
其中，频率震动信号转换器获取该谐振频率是从石英晶体谐振器的金属引出端中获取的。
步骤103、频率震动信号转换器还将谐振频率的变化信息转换成震动数据，输出报警信号。
其中，该谐振频率与发生改变前的谐振频率有频率差，该频率差即是谐振频率的变化信息，频率震动信号转换器根据该谐振频率的变化信息转换成震动数据并输出报警信号。
其中，频率震动信号转换器将谐振频率的变化信息转换成震动数据具体包括：频率震动信号转换器将谐振频率的变化信息与频率震动信号转换器内预置的频率变化震动转换表进行比较，得到震动数据。
具体地，频率震动信号转换器将获取到的实时谐振频率进行连续比较，计算出频率差，然后将该频率差与频率震动信号转换器内预置的频率变化震动转换表进行比较，得到震动数据。
其中，该频率变化-震动强度转换表是通过数据实验建立的，该转换表具有建立相应实验数据不错功能，能够提高转换精度。
在本发明实施例中，频率震动信号转换器在得到震动数据之后，就输出报警信号。
步骤104、报警器接收到该报警信号，并根据该报警信号进行报警。
其中，频率震动信号转换器得到震动数据之后输出驱动信号，该驱动信号驱动报警器报警。
可选地，报警器报警方式可为声音报警、闪光报警或其他报警方式。
从图3的震动检测方法中看出，在震动检测方法中，石英晶体谐振器感应台面的震动，震动传送至压电石英晶片中，压电石英晶片表面受到震动发生形变，引起该压电石英晶片的谐振频率的变化，频率震动信号转换器获取该谐振频率，频率震动信号转换器根据改变后的谐振频率与原频率的频率差值得到震动信息，实现对频率的精确测量。由于压电石英晶片表面所产生的微小形变能够引起该压电石英晶片的谐振频率的巨大变化，压电石英晶片表面受到的震动能够有效地转换成谐振频率的变化，有效提高了震动检测的灵敏度。
请参阅图4，图4为本发明另一实施例提供的震动检测方法的流程示意图。与上一实施例的不同之处在于本实施例的震动检测方法还包括：
步骤105、频率震动信号转换器计算该谐振频率与发生改变前的谐振频率的频率差值；
步骤106、频率震动信号转换器判断该频率差值是否小于预置的频率阈值；
步骤107、若该频率差值小于该预置的频率差阈值，不输出报警信号；
步骤108、若该频率差值大于预置的频率差值阈值，则输出报警信号；
具体地，频率震动信号转换器获取到谐振频率，频率震动信号转换器将获取到的谐振频率与发生改变前的谐振频率进行比较，计算出频率差，频率震动信号转换器还判断该频率差值是否小于预置的频率阈值，当频率差值小于预置的频率差值时，无需将该频率差值转换成震动数据而输出报警信号，减少报警器的报警次数，延长报警器的寿命。当频率差值大于预置的频率差值时，频率震动信号转换器将频率差值转换成震动数据，并输出报警信号，报警器进行相应报警，完成震动的检测。
需要说明的是，该频率差阈值预先设置好，频率-震动信号转换器内已经编好程序的频率变化的大小阈值可以作为检测灵敏度设置的一种方法，阈值越低，检测出来的灵敏度越高。该阈值可根据设计要求而定。
从本实施例的震动检测方法中看出，一方面，由于压电石英晶片表面所产生的微小形变能够引起该压电石英晶片的谐振频率的巨大变化，压电石英晶片表面受到的震动能够有效地转换成谐振频率的变化，有效提高了震动检测的灵敏度。另一方面，频率震动信号转换器中还设置频率差阈值，该频率差阈值可有效检测灵敏度的大小。
以上为对本发明所提供的一种震动检测仪及其检测方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种震动检测仪，其特征在于，所述震动检测仪包括：石英晶体谐振器、频率震动信号转换器和报警器，所述石英晶体谐振器输出端与所述频率震动信号转换器输入端连接，所述频率震动转换器输出端与所述报警器连接；
所述石英晶体谐振器包括：压电石英晶片、金属弹簧、基座、外盖和金属引出端；所述外盖被扣盖设置于所述基座上，所述外盖与所述基座形成封闭空间，所述压电石英晶片与所述金属弹簧均位于所述封闭空间中；所述金属弹簧一端与所述基座固定连接，所述金属弹簧另一端连接所述压电石英晶片；所述金属弹簧与所述基座连接的一端还连接所述金属引出端，所述金属引出端位于所述封闭空间的外部；所述频率震动信号转换器包括用于对所述石英晶体谐振器施加电能的振荡电路；
所述震动检测仪采用如下震动检测方法：
所述振荡电路对所述石英晶体谐振器施加电能产生机械振动；
所述石英晶体谐振器接收到震动，所述震动造成所述石英晶体谐振器内置的压电石英晶片的谐振频率发生变化；
所述频率震动信号转换器获取所述谐振频率，并根据所述谐振频率获得谐振频率的变化信息；
所述频率震动信号转换器还将所述谐振频率的变化信息与所述频率震动信号转换器内预置的频率变化震动转换表进行比较得到震动数据，输出报警信号；
所述报警器接收到所述报警信号，并根据所述报警信号进行报警。
2.根据权利要求1所述的震动检测仪，其特征在于，所述压电石英晶片的两面还分别镀有金属电极。
3.根据权利要求2所述的震动检测仪，其特征在于，所述金属弹簧的数量至少为两个，一个金属弹簧与所述压电石英晶片一面有电连接，另一金属弹簧与所述压电石英晶片另一面有电连接。
4.根据权利要求3所述的震动检测仪，其特征在于，所述金属弹簧具体通过导电粘合物与所述压电石英晶片的两面分别连接。
5.根据权利要求4所述的震动检测仪，其特征在于，所述金属引出端与所述金属弹簧的连接包括电连接和机械连接。
6.根据权利要求1所述的震动检测仪，其特征在于，所述石英晶体谐振器接收到震动，所述震动造成所述石英晶体谐振器内置的压电石英晶片的谐振频率发生变化的步骤包括：
所述外盖与所述基座接收到震动，并将所述震动通过金属弹簧作用于所述压电石英晶片表面；
所述压电石英晶片表面受到震动并发生形变，以使所述压电石英晶片的谐振频率改变。
7.根据权利要求1所述的震动检测仪，其特征在于，所述方法还包括：所述频率震动信号转换器计算所述谐振频率与发生改变前的谐振频率的频率差值；
判断所述频率差是否小于预置的频率差阈值；
若所述频率差小于所述预置的频率差阈值，则不输出报警信号；若所述频率差值大于所述预置的频率差阈值，则将输出报警信号。
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