CN1645081A - 并联磁电式六维振动速度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械振动测量技术领域，涉及一种六维振动速度传感器。其特征是：振动球(4)通过球铰(5)与六个磁钢杆(6)相连，磁钢杆(6)通过弹簧与电磁感应器(7)组成一维磁电式线振动速度传感分支，电磁感应器(7)的另一端通过固定架球铰(8)与固定架(3)相连，固定架(3)固连于安装座(1)上。该六自由度空间并联机构实现了物体线振动和角振动位移的解耦和刚体空间振动六维参数的同步测量。这种传感器基于电磁感应原理将物体的空间六维运动转换成线圈中的感应电动势输出，具有不需要外加电源、传感器输出功率大、性能稳定、适应性广等优点，特别适合于大型设备的振动检测及故障诊断。
Description
技术领域
本发明属于机械振动测量技术领域，涉及一种并联磁电式六维振动速度传感器
背景技术
振动传感器按被测的物理量可分为振动位移传感器、振动速度传感器和振动加速度传感器，其中一维线振动、角振动传感器的技术已较成熟，主要有涡流式位移传感器、磁电式速度传感器和压电式加速度传感器。进入九十年代以来，随着微电子技术的迅速发展，现代机械振动与冲击测量传感器正朝着更小、更轻、更价廉物美、更高可靠性和更坚固耐用的方向发展。而与此同时，传统的一、二维振动传感器的加工水平也在不断改进提高，这就使得测振传感器的发展和应用有了更广阔的空间，并且开始向物体振动六维参数高精度同步测量方向发展。
实际生活中如波浪中的轮船、不平道路上行驶的汽车、高速运转中的机器设备等的振动一般同时包含了线振动和角振动。测量获得这种复杂振动的位移、速度和加速度的六维参数对采取正确的消振措施和进行故障诊断等有重要意义。但是，由于在既有线振动又有角振动的情况下，各参量相互影响，不容易分离测量，使得振动六维参数的同步测量存在较大难度。目前，国内外六维振动测量的方法主要是采用惯性加速度计测线振动并配合惯性陀螺测角速度，或应用基于六维力传感器(CN 1229915A)的六维加速度传感器对振动的六维加速度进行测量并通过积分方法获得振动速度。这两种方法都不是直接获得振动的六维速度信息，存在间接提取精度差的问题。其它方法如采用一维或二维传感器进行多点、多方向的测量存在数据分析复杂问题，特别是在现场测试分析中，很难获得高精度的六维振动信息。由此可见，振动六维速度的同步测量具有十分重要的意义，但是由于线位移和角位移的耦合，使得研制直接提取振动六维速度参数的传感器变得较为困难，目前尚未见有相关的研究报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能同步检测物体振动六维速度的传感器。这种传感器能将即有线振动又有角振动的物体的空间振动解耦转变成六个分支的线振动，从而实现了物体复杂振动六维速度的同步检测。
这种六维振动速度传感器，其振动球4通过六个球铰(5)与六个磁钢杆6相连，每个磁钢杆6插入电磁感应器7中构成一维磁电式线振动速度传感分支，每个电磁感应器7的另一端通过固定架球铰8与固定架3的上、下圆环相连，固定架3的下圆环固连于安装座1上，安装座1上装有用于保护内部器件并屏蔽外部磁场的外壳2。每个电磁感应器7的信号引出线通过电缆接口17连接在处理器的接口上。这样，振动球4、六个磁电式线振动速度传感分支、及固定架3由六个与振动球相连的球铰5和六个与固定架相连的球铰8连接构成了一个六自由度空间并联机构。该机构将振动球4与固定架3间的六维相对运动转换成了六个分支的磁钢杆6相对电磁感应器7的线性运动，从而实现了物体线振动和角振动位移的解耦和刚体空间振动六维参数的同步测量。
固定架3是由上、下圆环通过三个立板连接而成为一体的笼形钢架，固定架球铰8分别固联于上、下圆环上。振动球4由钢制外壳和铅金属芯部组成，球铰5和固定架球铰8为精密球形铰链，也可为柔性铰链。外壳2用金属材料制成。
电磁感应器7的连杆9的球头为球铰5的一部分；电磁感应器壳体12的球头为固定架球铰8的一部分；磁钢杆6由连杆9、导向钢套10和永久磁铁11刚性连接成一体；导向钢套10与磁钢套筒13间为精密滑动配合；磁钢套筒13外表面设置管状线圈骨架14，线圈骨架14上缠绕感应线圈15；右堵头18和导向钢套10之间设置弹簧16，左堵头21和导向钢套10之间设置弹簧16；右锁紧盖19与线圈骨架14为螺纹连接；端盖20与右锁紧盖19为螺纹连接，与壳体为滑动配合；连杆9与左堵头21、左锁紧盖22间为间隙配合。
本发明的有益效果是：该传感器基于空间并联机构的原理，实现了物体线振动和角振动位移的解耦和刚体空间振动六维参数的同步测量，并且由于各分支线为感应电动势输出，具有不需要外加电源、传感器输出功率大、性能稳定、适应性广等优点，特别适合于大型设备的振动检测及故障诊断。
附图说明
附图1为并联磁电式六维振动速度传感器的总体装配示意图；
附图2为一维磁电式线振动速度传感分支装配示意图。
在图1中，1.安装座，2外壳，3.固定架，4振动球，5.球铰，6.磁钢杆，7.电磁感应器，8.固定架球铰。在图2中，9.连杆，10.导向钢套，11.永久磁铁，12.电磁感应器壳体，13.磁钢套筒，14.线圈骨架，15.线圈，16.弹簧，17.电缆接口，18.右堵头，19.右锁紧盖，20.端盖，21.左堵头，22.左锁紧盖。
具体实施方式
附图1是本发明的一个实施例(见图1)，安装座1用于将传感器固连于振动物体之上，外壳2用于保护内部器件并屏蔽外部磁场。固定架3是由上、下圆环通过三个立板连接而成为一体的笼形钢架，固定架球铰8分别固连于上、下圆环上，下圆环通过螺钉与安装座1相连。振动球4由钢制外壳铅金属芯部组成。球铰5和固定架球铰8为精密球形铰链，也可为柔性铰链。磁钢杆6和电磁感应器7结构见图2。磁钢杆6由连杆9、导向钢套10和永久磁铁11刚性连接成一体；电磁感应器7由电磁感应器壳体12、磁钢套筒13、线圈骨架14、线圈15、弹簧16、电缆接口17、右堵头18、右锁紧盖19、端盖20、左堵头21和左锁紧盖22按照图2装配而成。其中，连杆9上的球头为球铰5的一部分；电磁感应器壳体12的球头为固定架球铰的一部分；导向钢套10与磁钢套筒13间为精密滑动配合；弹簧16的两端分别连接导向钢套10和堵头18；右锁紧盖19与线圈骨架14为螺纹连接；端盖20与右锁紧盖19为螺纹连接，与电磁感应器壳体12为滑动配合；连杆9与左堵头21、左锁紧盖22间为间隙配合。测量时，将安装座1用螺母固连于振动物体之上，物体振动时，安装座1和国定架3随同被测物体一起振动。这时由于惯性和弹簧16的作用，振动球4相对固定架3振动。该振动使得磁钢杆6相对电磁感应器7运动，即磁钢杆6上的永久磁铁在磁钢套筒13中往复运动，使得线圈15产生感应电势输出。
Claims (8)
1.一种并联磁电式六维振动速度传感器，其特征在于：振动球(4)通过六个球铰(5)与六个磁钢杆(6)相连，每个磁钢杆(6)插入电磁感应器(7)中构成一维磁电式线振动速度传感分支，每个电磁感应器(7)的另一端通过固定架球铰(8)与固定架(3)的上、下圆环相连，固定架(3)的下圆环固连于安装座(1)上，安装座(1)上装有用于保护内部器件并屏蔽外部磁场的外壳(2)。每个电磁感应器(7)的感应信号引出线通过电缆接口(17)连接在处理器的接口上。
2.根据权利要求1所述的并联磁电式六维振动速度传感器，其特征在于：磁钢杆(6)由连杆(9)、导向钢套(10)和永久磁铁(11)刚性连接成一体；导向钢套(10)与磁钢套筒(13)间为精密滑动配合，磁钢套筒(13)外表面设置管状线圈骨架(14)，线圈骨架(14)上缠绕感应线圈(15)。
3.根据权利要求2所述的并联磁电式六维振动速度传感器，其特征在于：右锁紧盖(19)与线圈骨架(14)为螺纹连接；端盖(20)与右锁紧盖(19)为螺纹连接，与电磁感应器壳体(12)为滑动配合；连杆(9)与左堵头(21)、左锁紧盖(22)间为间隙配合。
4.根据权利要求3所述的并联磁电式六维振动速度传感器，其特征在于：右堵头(18)和左堵头(21)与导向钢套(10)之间设置弹簧(16)。
5.根据权利要求1或2所述的并联磁电式六维振动速度传感器，其特征在于：固定架(3)是由上、下圆环通过三个立板连接而成为一体的笼形钢架，固定架球铰(8)分别固连于上、下圆环上。
6.根据权利要求1或2所述的并联磁电式六维振动速度传感器，其特征在于：外壳(2)用金属材料制成。
7.根据权利要求1或2所述的并联磁电式六维振动速度传感器，其特征在于：振动球(4)由钢制外壳和铅金属芯部组成；球铰(5)和固定架球铰(8)为精密球形铰链，也可为柔性铰链。
8.根据权利要求7所述的并联磁电式六维振动速度传感器，其特征在于：连杆(9)的球头为球铰(5)的一部分；电磁感应器壳体(12)的球头为固定架球铰(8)的一部分。
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