CN111289092A - 一种腔体式三轴振动检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种腔体式三轴振动检测装置，创新性提出腔体加振子的振动感知模型，其包括腔体、振子基座、振子、三轴惯性测量单元、数据采集板和阻尼带。所述腔体是铝合金材质中空的正方形壳体，内六面平整，形成一个内腔体结构；所述腔体即是壳体，可分为顶壳和底壳；所述底壳内部的底面有突起的基座，其作用是安装和固定振子；所述振子的材料优选但不限为锰铜合金，是使用镂空技术制成的一体成型的三轴立方框架结构，其构造稳固，通过阻尼带固定在基座上；所述腔体、振子、阻尼带，三者共同构成了完整的腔体式振动检测结构，能够提高在0‑1500Hz频率下的动态感知性能，同时又抑制了有害的环境白噪声，该装置构造稳定、抗冲击力强、屏蔽电磁干扰、适用范围广泛。
Description
技术领域
本发明涉及振动传感器技术领域，尤其涉及一种腔体式三轴振动传感器。
背景技术
振动传感器是一类用于检测物体冲击力或加速度的传感测量装置。根据制成原理不同，分为机械式、压电式、磁感式、光学式、超声波式等等；根据检测测量方式不同，又可分为接触式和非接触式；其原理多样、实现方式不一、品类繁多，在不同检测场景下皆各具优势。
现有技术方案中，接触类振动传感器都是直接与被测物体接触，虽然传导性能良好、灵敏度高，但缺点是容易受到外界环境因素干扰，表现为白噪声大，在XYZ三轴同时高速检测时尤为明显，还会导致采集波形失真，例如高端机床、无人机、桥梁、高层建筑等需要精确微振动数据的场景，直接影响到XYZ三轴实时解算的结果，降低了传感器的可靠性和实用性，而如果单纯地增加阻尼带或缓冲带以滤除环境干扰，又会导致传感器灵敏度下降、响应迟缓等现象，因此，市场上急需既灵敏又抗干扰的高端传感装置。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种创新性的腔体式三轴振动检测装置。
本发明采用的技术方案为：
一种腔体式三轴振动检测装置，其包括腔体、振子基座、振子、三轴惯性测量单元、数据采集板和阻尼带。所述腔体为铝合金材质中空的正方形壳体，因为内部镂空使内六面对称平整，形成正方腔体结构，其分为顶壳和底壳；所述底壳内部的底面有突起的基座，其作用是安装和固定振子；所述振子的材料优选但不限为锰铜合金，是使用镂空技术制成的一体成型的三轴立方框架结构，其构造稳固，通过阻尼带固定在基座上。
采用以上结构，位于腔体中心的振子提高了装置在0-1500Hz频率下的动态感知性能，振子基座上的阻尼带抑制了腔体有害谐振的产生，实验数据表明能够显著降低环境白噪声，该装置整体具有灵敏度高、抗干扰能力强、综合可靠性高等优点。
本发明的有益效果为：创新性提出腔体加振子的振动感知模型，以理论为指导、以实践去检验，在提高动态感知性能的同时，又抑制了有害的环境白噪声，该装置构造稳定、抗冲击力强、屏蔽电磁干扰、适用范围广泛。
附图说明
图1是本发明一种腔体式三轴振动检测装置的俯视结构示意图。
图2是本发明一种腔体式三轴振动检测装置的立体剖视示意图。
图3是未采用本发明技术方案的装置的振动波形图谱。
图4是采用本发明技术方案的装置的振动波形图谱。
图中：1、腔体；2、顶壳；3、底壳；4、振子基座；5、振子；6、振子固定孔；7、数据采集板；8、采集板固定孔；9、惯性测量单元；10、惯性测量单元固定孔；11、顶壳固定孔；12、阻尼带；
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明提供了一种腔体式三轴振动检测装置，其外壳是中空的正方形壳体，内六面平整，形成一个内腔体结构；所述壳体包括顶壳2和底壳3；所述底壳内部的底面有一个突起的振子基座4；所述振子基座4主要是安装和固定振子5；所述振子5是一个镂空的三轴立方框架结构，通过阻尼带12安装在基座4上；所述振子5三个框架立面上分别安装有901、902和903三个惯性测量单元，分别采集来自ZYX三个轴向的振动分量。
所述腔体外壳优选长宽高为60mm*60mm*42mm，优选材质为铝合金，内外表面都经过阳极氧化处理，具有抗老化、抗冲击和屏蔽外界电磁辐射干扰的作用。
所述阻尼带，是由复合材料制成的实心胶垫，优选厚度为1mm，阻尼系数1.0。
所述振子5的材料优选但不限为锰铜合金，是使用镂空技术制成的一体成型的三轴立方框架结构，立体剖视示意图如图2所示。
所述锰铜合金振子，是经热处理完成马氏体相变后具有“阻尼效应”的合金材料，具有良好的热稳定性、优良的力学性能和较高的阻尼性能。
所述腔体、振子、阻尼带，分别是由优选阻尼系数不同的三种材料制成，三者共同构成了完整的腔体式振动检测结构。
所述振子上安装有三个惯性测量单元，分别采集来自XYZ三个轴向的振动分量。
所述惯性测量单元，是振动采集的核心部件，可采集最弱微振动为1微G。
所述数据采集板，是本装置的数据处理中心，主要负责对惯性测量单元的分量测量、数字滤波和数据通信。
图3是未采用本发明技术方案的装置的振动波形图谱，图4是采用本发明技术方案的装置的振动波形图谱，通过实验对比：前者表现为灵敏度一般、环境噪声大；后者表现为灵敏度高、环境白噪声低。因此，本发明装置能够实现预期效果，具有更高的灵敏度和可靠度。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种腔体式三轴振动检测装置，其包括腔体、振子基座、振子、三轴惯性测量单元、数据采集板和阻尼带。
2.根据权利要求1所述的一种腔体式三轴振动检测装置，其特征在于：所述腔体是铝合金材质中空的正方形壳体，内六面平整，形成一个内腔体结构。
3.根据权利要求2所述的腔体，其特征在于：所述腔体即是壳体，可分开为顶壳和底壳，上下接合，壳体优选长宽高为 60mm*60mm*42mm。
4.根据权利要求2所述的腔体，其特征在于：所述底壳内部的底面有突起的基座，振子通过复合材料阻尼带固定在基座上。
5.根据权利要求1所述的一种腔体式三轴振动检测装置，其特征在于：所述振子是使用镂空技术制成的一体成型的三轴立方框架结构。
6.根据权利要求5所述的振子，其特征在于：所述振子的材料优选但不限为锰铜合金，是经热处理完成马氏体相变后具有“阻尼效应”的合金材料。
7.根据权利要求1所述的一种腔体式三轴振动检测装置，所述腔体、振子、阻尼带，三者共同构成了完整的腔体式振动检测结构，能够提高在0-1500Hz频率下的动态感知性能，同时又抑制了有害的环境白噪声。
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