CN1230693A - 一种震动传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种震动传感器,其磁组件设于圆筒形外壳内,其中一端盖上设有出线端子,绕有线圈的线圈架设于磁组件外周,并通过弹片和卡环支撑,所述磁组件的磁体嵌入补偿环内,轭铁与磁体的结合面端设有圆柱状凸台,该圆柱状凸台亦嵌于补偿环内。本发明能最大限度利用磁体性能,工作气隙磁场强度高而均匀,传感灵敏度高,生产工艺简单,成本低的震动传感器。

Description

一种震动传感器

本发明涉及一种震动传感器，尤其涉及一种地震传感器。

小的谐波失真是当今地震传感器追求的一个重要技术指标。谐波失真是以一个输入频率会产生谐波为特征的一种非线性失真。影响传感器失真的因素主要有两个：一个是弹簧片引起的谐波失真，一个是非均匀工作磁场引起的谐波失真。目前为减小传感器的谐波失真，弹簧片的设计已日趋成熟，但均匀磁场问题一直未得到解决。传感器轭铁与外壳之间形成的环型空间形成传感器的工作磁场。对这种传感器来讲由于受到传感器整体高度，尤其是磁体矫顽力很低的限制，不能靠增加轭铁高度、减小磁体高度来加宽均匀磁场，使轭铁高度大于线圈高度，达到减小传感器谐波失真的目的。倘若如此，磁体产生的磁场将不足以使传感器正常工作。现有感应式传感器的磁体组件，一般均是在圆型永磁体两极面上各置一件盘型轭铁，用于减少气隙中的磁阻、磁体的漏磁通、磁体对退磁影响的敏感性，为了保证获得均匀而较强的气隙磁场和保证合理机械组装的要求，均采用盘型轭铁直径尺寸大于永磁体直径尺寸的结构形式。目前，国内外产量最大的铝镍钴磁体传感器，由于矫顽力和磁能积都很低，因而磁体体积很大；另外由于这种材料含有大量的稀有金属钴，使得磁体价格很高，而要降低成本几乎行不通。中国专利ZL93 2 28234.2，公开了“一种地震检波器”，其使用的是高温度系数的稀土磁体，具体的说是稀土类的钕铁硼磁体。这种传感器使用了具有温度补偿特性的热磁补偿合金做成的补偿护套环。护套环套于磁体中间，或整体地套于磁体外面。无论那种结构，磁体或磁体与护套环一起均要嵌入盘型轭铁。磁体、护套环、轭铁的这种结合方式限制了磁体性能的发挥。稀土磁体矫顽力和磁能积都很高，从节省材料、发挥磁性能的角度考虑，这种结合方式也难以做到磁体的优化设计。目前使用该技术研制的检波器，仅能取出其最大磁能积的23％。采用这种结合，当两轭铁间距靠近或小于等于传感器工作磁场轭铁与外壳的间距时，两轭铁之间的漏磁将明显增加，这对传感器来讲是极为有害的。对涡流传感器来讲，影响尤其明显。因为涡流传感器工作磁场间具有线圈和涡流金属环，其工作磁场间隙将明显大于工作磁场间只有线圈的电动式传感器。当磁体与补偿护套环一起嵌入轭铁时，由于护套环导磁率低，且易受温度变化影响，因而将影响传感器工作磁场的均匀性，使传感器的谐波失真特性变大或不稳定。加拿大肖氏工业公司申请的中国专利“高分辨率地震检波器”，专利中请号：95 1 95123.8；这种传感器使用的是温度系数较高的稀土磁体，具体的说是稀土类的钐钴磁体。其温度稳定性较差。这种检波器虽然磁体体积小，但磁体与轭铁的结合方式仍不能充分发挥磁体的最佳性能，且磁体成本很高。该检波器上下两个线圈架通过一绝缘材料环连接，其连接方法工艺复杂。由于其仍采用磁体嵌入盘型轭铁的结构形式。所以，当两轭铁轴向最小尺寸靠近或小于等于传感器工作磁场轭铁与外壳的间距时，仍存在两轭铁间漏磁较大的缺点。为避免这种漏磁现象，一般采用增加磁体长度的方式，其将造成磁体材料的浪费；若采用减少磁体嵌入轭铁部分的方式，则不能充分利用磁体的磁性能，也将造成磁体的浪费。

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，而据供一种能最大限度利用磁体性能，工作气隙磁场强度高而均匀，传感器灵敏度高，生产工艺简单，成本低的震动传感器。

本发明的设计方案如下：

一种震动传感器，包括一个圆筒形外壳(12)及设于其两端的端盖(2)，设于一端盖(2)上的出线端子(1)，设于外壳(12)内的磁组件，设于该磁组件外周，绕有线圈(7)的线圈架(8)，支撑线圈架(8)的弹片(3)及卡环(5)；所述磁组件包括轭铁(6)、磁体(10)和环形补偿环(9)，其特殊之处在于：所述磁组件的磁体(10)嵌入补偿环(9)内，轭铁(6)与磁体(10)的结合面端设有圆柱状凸台(11)，该圆柱状凸台(11)亦嵌于补偿环(9)内。

本发明的磁体(10)以采用钕铁硼磁体为宜。

本发明的补偿环(9)的外径与轭铁(6)的外径可相同，所述线圈架(8)的内表面以平滑面为宜。

本发明端盖(2)的内侧可设置线圈架(8)的限位装置(4)。

本发明补偿环(9)的外表面可凸于轭铁(6)外表面，构成一凸台(13)；所述线圈架(8)内表面与凸台(13)相应的部位上可设置凹槽(14)。

本发明补偿环(9)外表面的凸台(13)与线圈架(8)内表面的凹槽(14)可构成线圈架(8)的限位装置(4)。

本发明补偿环(9)的外表面可凹于轭铁(6)外表面，构成一凹槽(15)；所述线圈架(8)内表面与凹槽(15)相应的部位上可设置凸台(16)。

本发明补偿环(9)外表面的凹槽(15)与线圈架(8)内表面的凸台(16)可构成线圈架的限位装置(4)。

附图图面说明如下：

图1～3分别为本发明三个实施例的结构示意图。

下面将结合附图对本发明作进一步详述：

参见图1，本发明具有一圆筒状外壳12，两端设有端盖2，其中一端盖2上设有出线端子1。磁组件设于外壳12内，绕有线圈7的线圈架8设于磁组件外周侧，线圈架8的两端通过卡环5和弹片3支撑。磁组件的磁体10嵌于热磁补偿环9内，补偿环9的轴向尺寸大于磁体10轴向尺寸。磁体10可采用稀土磁体，以采用钕铁硼磁体为宜，磁体10的长径比以≤0.9为宜，以0.23为最佳。轭铁6与磁体10的结合面端设有圆柱状凸台11，该凸台11嵌入补偿环9内。嵌入补偿环9内的轭铁凸台11的尺寸轴向长度以≥0.1mm为宜，也就是说补偿环9轴向尺寸比磁体10轴向尺寸≥0.2mm。轭铁6最大直径圆的轴向尺寸与磁体10轴面尺寸比以≥0.20为宜。补偿环9的外径可与轭铁6的最大外径相同，这时，线圈架8内壁以平滑结构为宜。若需限位装置4，则可设于端盖2的内侧。参见图2，补偿环环9的外径亦可大于轭铁6的最大外径，即补偿环9外表面具有凸于轭铁6外表面的凸台13，这时，线圈架8内表面与凸台13相应的部位可为平滑面，但以设置凹槽14为宜，凹槽14和凸台13可构成现位装置4。参见图3，补偿环9的外径亦可小于轭铁6的最大外径，即补偿环9凹陷于轭铁6的外表面内，形成凹槽15，这时，线圈架8内表面与凹槽15相应的部位可为平滑面，但以设置可部分嵌入凹槽15内的凸台16为宜，凹槽15和凸台16则亦可构成限位装置4。本发明的磁组件可为一组，亦可为二组或多组。磁体10和轭铁6据需要产品可为实心结构，亦可为空心结构。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明磁体与热磁补偿环的结构，使热磁补偿环兼具轴向和径向限位作用。从而使轭铁结构首次打破圆盘形状的旧模式，而使磁体两极面直接与轭铁圆平极面相结合。

2、具有阶梯状圆凸台的轭铁具有机加工工艺简单，表面精度、位置精度容易实现的优点，因而减小了磁体两极面与轭铁极面的接缝和与热磁补偿环间的装配气隙，使各部件能够更紧密地结合，降低了工作气隙的磁压降。

3、磁体两端利用了导磁率远小于轭铁的热磁补偿环限位，磁力线由磁体两端更多的通过导磁率很大的轭铁，而减小了热磁补偿环与磁体间的非工作气隙的漏磁，增加了磁力线由轭铁的工作侧面更加均匀的通过工作气隙的能力，最大限度的利用了磁性能。

4、本发明最大限度的利用了稀土永磁磁滞回线具有直线退磁和高矫顽力的特性，使磁体高度大大减小，截面积相对增加，既能使磁体的磁性能充分发挥出来，又能使磁路的结构作到最优设计。

5、采用钕铁硼磁体，其剩磁可逆温度系数小于钐钴磁体，而磁能积则大于钐钴磁体。磁体磁性能的一致性控制远优于钐钴磁体，其将使检波器的生产效率、成品率、生产成本明显优于钐钴磁体。钕铁硼磁体的价格低于钐钴磁体40％以上，其机械性能也明显优于钐钴磁体。

6、工作气隙中均匀的强磁场，使其抑制杂散磁场的能力增强，提高了工作气隙的磁感应强度，有利于降低传感器的失真系数，在传感器其它部件机械结构不变的情况下，本发明的磁路结构与ZL93 2 28234.2“一种地震检波器”专利相比，传感灵敏度可提高10％以上。

7、本发明上下线圈架粘接截面为S形，粘接后的线圈架内壁光滑无台阶。可在外壳上下内台阶处各放一个非磁性金属环对惯性体进行限位。这种结构的线圈架工艺简单、成本低。

8、本发明工作磁场间隙高度和线圈高度的设计可按传感器性能指标的要求设计成上作磁场间隙高度大于等于线圈高度，也可设计成工作磁场间隙高度小于线圈高度。由此提高了振动式传感器的设计自由度。即，使其内部结构尺寸、比例调节的范围增大，同时，可采用体积较小的磁体，使成本大大降低。

9、本发明适用面广，可用于地震勘探和测量。采用本发明的感应式传感器。作为测量绝对振动，震动监测和震动研究，可用于飞机发动机、各种大型电机、空气压缩机、机床、车辆、轨枕震动台、化工设备、各种水管道、气管道、桥梁、楼房等。

Claims (8)

1、一种震动传感器，包括一个圆筒形外壳(12)及设于其两端的端盖(2)，设于一端盖(2)上的出线端子(1)，设于外壳(12)内的磁组件，设于该磁组件外周，绕有线圈(7)的线圈架(8)，支撑线圈架(8)的弹片(3)及卡环(5)；所述磁组件包括轭铁(6)、磁体(10)和环形补偿环(9)，其特征在于：所述磁组件的磁体(10)嵌入补偿环(9)内，轭铁(6)与磁体(10)的结合面端设有圆柱状凸台(11)，该圆柱状凸台(11)亦嵌于补偿环(9)内。

2、如权利要求1所述的一种震动传感器，其特征在于：所述的磁体(10)为钕铁硼磁体。

3、如权利要求1或2所述的一种震动传感器，其特征在于：所述补偿环(9)的外径与轭铁(6)的外径相同，所述线圈架(8)的内表面为平滑面。

4、如权利要求3所述的一种震动传感器，其特征在于：所述端盖(2)的内侧设有线圈架(8)的限位装置(4)。

5、如权利要求1或2所述的一种震动传感器，其特征在于：所述补偿环(9)的外表面凸于轭铁(6)外表面，构成一凸台(13)；所述线圈架(8)内表面与凸台(13)相应的部位上设有凹槽(14)。

6、如权利要求5所述的一种震动传感器，其特征在于：所述补偿环(9)外表面的凸台(13)与线圈架(8)内表面的凹槽(14)构成线圈架(8)的限位装置(4)。

7、如权利要求1或2所述的一种震动传感器，其特征在于：所述补偿环(9)的外表面凹于轭铁(6)外表面，构成一凹槽(15)；所述线圈架(8)内表面与凹槽(15)相应的部位上设有凸台(16)。

8、如权利要求7所述的一种震动传感器，其特征在于：所述补偿环(9)外表面的凹槽(15)与线圈架(8)内表面的凸台(16)构成线圈架的限位装置(4)。

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