CN109725174A - 复合型振动加速度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合型振动加速度传感器，具有一个置于传感器外壳内的基座及内壳，内壳内基座上设有两个不同工作频带的敏感件芯体，两个敏感件芯体之间通过预紧螺杆及预紧螺母固定连接在一起，内壳与置有两个敏感件芯体的基座焊接，组成敏感件组件，内壳上部置有电路板，敏感芯体信号输出引线连接电路板，电路板输出引线连接固定在传感器外壳侧面的插座。本发明采用复合型加速度传感器，即可满足振动主动控制的需要，同时又可满足同测点振动状态监测的需求；将两种性能集成于一体的传感器，减少布线工作以及线缆使用量，降低布线中遇到的不可抗拒因素以及施工大意造成的损失；有效降低加速度传感器的体积，占用空间小，有效提高空间利用率的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于船舶领域的设备振动主动控制和设备振动状态监测的振动加速度传感器，尤其是一种复合型振动加速度传感器。
背景技术
压电式振动加速度传感器在船舶领域被广泛应用于设备振动主动控制和设备振动状态监测的前端信号采集。它具有灵敏度高、体积小以及环境适应性高等优点，带域宽，可以检测低频到高频信号，测点范围宽，测量范围从微弱信号到大的振动。
振动主动控制主要用于在设备机脚布置振动加速度传感器和作动器，一个作为控制环节的反馈信号一个作为执行机构，通过振动加速度信号的对传递到机脚的振动加速度信号反馈给控制器，控制器通过一定控制算法，将输出信号给功率放大器，从而控制作动器输出一个与传递到机脚的振动可相互抵消的力，从而达到控制传递到设备机脚以下的振动的目的。
振动状态监测，主要用于通过在设备机脚铺设振动加速度传感器，来达到监测设备向外传递的振动和自身的运行状态，据此可对设备的故障和异常情况进行预警，并可对发生的故障进行诊断和分析。
振动加速度传感器在前一系统在主动控制系统中主要扮演控制环节振动反馈功能，因执行器主要侧重于10～500Hz的低频领域且对传感器的输出信噪比要求高，对信号的测量量程要求不高，故改型传感器的主要需要频率范围较低，灵敏度较高，量程较小的振动加速度传感器。
振动加速度传感器在振动状态监测系统中主要扮演前端数据全覆盖采集功能，它要求对传递到机脚的振动全面、丰富的展现，因此其传感器主要要求中高频领域，灵敏度要求相对较低，量程较大，频率范围要求较宽泛。
如在同一设备上同时布置两套系统，按照传统方法，一般有以下两种实现方式：
1.即需要在同一测点位置布置两个振动加速度传感器，两组线缆，此时存在成本高，空间浪费等缺点，同时对系统简化带来不利影响。
2.如若仅布置一个传感器，另外一个信号通过硬件电路复制给另外一个系统，但根据以上两个系统的特点，只可满足一个系统的使用而牺牲另外一个系统的性能。
发明内容
本发明是要提供一种复合型加速传感器，即可满足振动主动控制的需要，同时又可满足同测点振动状态监测的需求。将两种用途，两种性能的加速度传感器集成于一个腔体内，同时向两个系统输出所需变量。本发明所要实现的目的如下：
1.使用复合型加速传感器降低传感器使用数量，大幅度削减成本投入，同时减少布线工作以及线缆使用量，提高空间使用率，使系统结构更加简化。
2.复合型加速传感器有两路输出量，同时满足两个不同系统的工作频率范围，其中一路用于在主动控制系统中起到控制环节振动反馈功能，另外一路用于在振动状态监测系统中起到数据采集功能，可以同时满足两个系统的性能。
3.复合振动加速度传感器，将两种性能的加速度传感器集成于一个腔体内的方法，用于解决无法同时满足主动控制、状态监测需求的技术问题。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种复合型振动加速度传感器，具有一个置于传感器外壳内的基座及内壳，所述内壳内基座上设有两个不同工作频带的敏感件芯体，两个敏感件芯体之间通过预紧螺杆及预紧螺母固定连接在一起，所述内壳与置有两个敏感件芯体的基座焊接，组成敏感件组件，所述内壳上部置有电路板，敏感芯体信号输出引线连接电路板，电路板输出引线连接固定在传感器外壳侧面的插座。
进一步，两个所述敏感件芯体呈对称布置结构，每个敏感件芯体由质量块、晶体片、导电片组成，质量块中依次叠加连接晶体片、导电片。
进一步，两个所述敏感件芯体中采用不同的质量块、晶体片，实现输出不同频率范围变量，其中一个敏感件芯体工作于10～500Hz的低频领域范围内，输出主动控制系统中控制环节振动反馈信号，另一个敏感件芯体工作在中高频领域内，输出振动状态监测系统中采集的数据。
进一步，所述敏感件组件底部与传感器外壳之间设有绝缘垫片，所述敏感件组件侧面与与传感器外壳之间设有绝缘套，所述的绝缘垫片、绝缘套通过高强度航空胶与传感器外壳相粘连接。
进一步，所述内壳上部固定连接内盖，所述内盖上设有敏感芯体信号输出引线孔；所述传感器外壳上部焊接有盖板。
进一步，所述电路板由电荷放大电路、高通滤波电路、低通滤波电路、偏置电路和放大器组成，所述电荷放大电路、高通滤波电路、低通滤波电路、偏置电路和放大器依次连接。
进一步，所述复合加速度传感器布置在轴系的机脚位置附近，用于测量轴系振动状态，实现同一测点、同一信号的两种测量方式。
本发明的有益效果是：
本发明采用上述技术方案所带来的有益技术效果如下：
1.本发明采用复合型加速度传感器，将两种性能集成于一体的传感器，减少布线工作以及线缆使用量，降低布线中遇到的不可抗拒因素以及施工大意造成的损失；有效降低加速度传感器的体积，占用空间小，有效地提高空间利用率的优点。
2.本发明由于采用复合型加速度传感器，可以同时向两个系统输出所需变量，满足两个不同灵敏度和频率范围的系统。其中一路输出在主动控制系统中起到控制环节振动反馈功能，主要工作于10～500Hz的低频领域范围内，满足对传感器的输出信噪比要求高，量程较小等条件。另外一路输出在振动状态监测系统中起到数据采集功能，工作于中高频领域，可以满足灵敏度相对较低，量程较大，频率范围要求较宽泛等要求。
3.本发明在测量中采用复合型加速度传感器，该型传感器将两个不同工作频带的加速度计整合为一体，两个加速度计采用不同压电晶体和质量块，实现输出不同频率范围变量到系统，可在同一测点实现同一信号的不同方式测量，满足主动控制系统和振动状态监测系统的工作需求。
4.本发明在测量中采用复合型加速度传感器，在同一测点实现同一信号的不同方式测量。采用不同压电晶体和质量块，输出不同频率范围的变量到系统，确保满足主动控制系统和振动状态监测系统的工作需求。
附图说明
图1是本发明的复合加速度传感器结构示意图；
图2是本发明的电路板原理图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的一种复合型振动加速度传感器，包括：传感器外壳1，基座2，内壳3，绝缘垫片4，绝缘套5，内盖6，盖板7，晶体片8，质量块9，导电片10，预紧螺杆11，预紧螺母12，电路板13，插座14等。
内壳3与敏感件芯体中的基座2焊接；绝缘垫片4、绝缘套5涂高强度航空胶与外壳1相粘；内盖6装入内壳3中并固定；电路板13装入内壳3中并固定。内壳3内基座上设有两个不同工作频带的敏感件芯体。两个敏感件芯体呈对称布置结构。敏感件芯体包括预紧螺杆11、质量块9、晶体片8、导电片10和预紧螺母12，预紧螺杆11依次穿过质量块9、晶体片8、导电片10，并用预紧螺母12施加预紧力固定质量块9。
如图2所示，电路板13上由若干个元器件组成的电路，电路包括电荷放大电路15、高通滤波电路16、低通滤波电路17、偏置电路18和放大器19，电荷放大电路15、高通滤波电路16、低通滤波电路17、偏置电路18和放大器19依次连接。
本发明实施的具体方法，步骤如下：
(1)在基座2上用预紧螺杆11依次穿过质量块9、晶体片8、导电片10，再穿过另一端的对称组件，用预紧螺母12施加预紧力，组成一个敏感件芯体；把内壳3和敏感件芯体中的基座2焊接，组成敏感件组件；
(2)将绝缘垫片4、绝缘套5和敏感件组件依次涂高强度航空胶粘接到外壳1中，并高温固化；再将电路板13装入内壳3中并固定，再把敏感芯体信号引线焊接到电路板上，调试好灵敏度参数后，把内盖6装入内壳3中并固定，同时把输出引线通过内盖孔引出，然后把插座14焊接到外壳1上，接着把输出引线按定义分别焊接到插座的插针上，最后把盖板7焊接到外壳上，组装成振动加速度传感器。
(3)电路板13将采集到的信号量通过电荷放大电路15进行电荷的放大，再通过高通滤波电路16和低通滤波电路17，去除高低频干扰信号；再通过偏置电路18和放大器19实现放大功能。
(4)在轴系的机脚位置附近布置一个复合加速度传感器，用于测量轴系振动状态。其中两路加速度计采用不同压电晶体和质量块，最终输出不同频率范围变量到系统，实现同一测点、同一信号的不同测量方式，确保主动控制系统和振动状态监测系统在各自频段内的工作需求。
Claims (7)
1.一种复合型振动加速度传感器，具有一个置于传感器外壳内的基座及内壳，其特征在于：所述内壳内基座上设有两个不同工作频带的敏感件芯体，两个敏感件芯体之间通过预紧螺杆及预紧螺母固定连接在一起，所述内壳与置有两个敏感件芯体的基座焊接，组成敏感件组件，所述内壳上部置有电路板，敏感芯体信号输出引线连接电路板，电路板输出引线连接固定在传感器外壳侧面的插座。
2.根据权利要求1所述的复合型振动加速度传感器，其特征在于：两个所述敏感件芯体呈对称布置结构，每个敏感件芯体由质量块、晶体片、导电片组成，质量块中依次叠加连接晶体片、导电片。
3.根据权利要求2所述的复合型振动加速度传感器，其特征在于：两个所述敏感件芯体中采用不同的质量块、晶体片，实现输出不同频率范围变量，其中一个敏感件芯体工作于10～500Hz的低频领域范围内，输出主动控制系统中控制环节振动反馈信号，另一个敏感件芯体工作在中高频领域内，输出振动状态监测系统中采集的数据。
4.根据权利要求1所述的复合型振动加速度传感器，其特征在于：所述敏感件组件底部与传感器外壳之间设有绝缘垫片，所述敏感件组件侧面与与传感器外壳之间设有绝缘套，所述的绝缘垫片、绝缘套通过高强度航空胶与传感器外壳相粘连接。
5.根据权利要求1所述的复合型振动加速度传感器，其特征在于：所述内壳上部固定连接内盖，所述内盖上设有敏感芯体信号输出引线孔；所述传感器外壳上部焊接有盖板。
6.根据权利要求1所述的复合型振动加速度传感器，其特征在于：所述电路板由电荷放大电路、高通滤波电路、低通滤波电路、偏置电路和放大器组成，所述电荷放大电路、高通滤波电路、低通滤波电路、偏置电路和放大器依次连接。
7.根据权利要求1-6任一所述的复合型振动加速度传感器，其特征在于：所述复合加速度传感器布置在轴系的机脚位置附近，用于测量轴系振动状态，实现同一测点、同一信号的两种测量方式。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |