CN200944076Y - 智能振动监测保护仪 - Google Patents

Abstract

智能振动监测保护仪，包括电源电路、振动传感器和测量电路构成，振动传感器同时采用电涡流传感器和速度传感器，测量电路接振动传感器的输入分别连接并联的烈度信号处理电路和振幅信号处理电路，并通过切换开关电路将其输出连接信号整理和A/D转换电路，A/D转换电路连接微处理器的数字输入端口，微处理器总线连接数据存储器，微处理输出端连接显示和报警指示、操作按钮，开关量输出。本实用新型得到一种以绝对式速度传感器进行测量，并对所有的振动幅度均进行感应并测量的一体化振动测量仪。

Description

智能振动监测保护仪

                          技术领域

本实用新型涉及一种振动监测保护仪。尤其是能够同时采用电涡流传感器和速度传感器的振动传感器。

                          背景技术

振动监测保护仪是通过振动监测传感来实现的，现有的振动监测保护仪采用速度传感器，现有的绝对式速度传感器是目前较常见的一种振动传感器，当传感器的外壳6固定在振动物体上时，整当传感器的外壳6固定在振动物体上时，整个传感器跟着振动物体一起振动，而处在空气间隙内的振动线圈7是用很软的簧片1、8固定在外壳上的，其自振频率ωn较低。当自振频率ω≥1.5ωn时，动线圈处在相对(相对与传感器外壳)静止状态，线圈与磁钢之间发生相对运动，动线圈切割磁力线而产生感应电势E。然而现有绝对式速度传感器不以能对对所有的振动幅度均进行感应。现有振动监测保护仪使用的范围相对受限。

                        发明内容

本实用新型的目的是：能够对对所有的振动速度、位移均进行感应。

本实用新型的目的是这样实现的：振动传感器同时采用电涡流传感器和速度传感器，电涡流传感器装置在待测振机件的附近，在电涡流传感器附近设置放大器、检波器和滤波器构成电涡流传感器的前置器，将振动信号放大并检出后送到检测电路。

绝对式速度传感器的外壳6固定在振动物体上时，整当传感器的外壳6固定在振动物体上时，整个传感器跟着振动物体一起振动，而处在空气间隙内的振动线圈7是用很软的簧片1、8固定在外壳上的。智能振动监测保护仪的保护电路接振动传感器的输入分别连接并联的烈度信号处理电路和振幅信号处理电路，并通过切换开关电路将其输出连接信号整理和A/D转换电路，A/D转换电路连接中央处理器(微处理器)的数字输入端口，微处理器总线连接数据存储器，微处理输出端连接显示和报警指示、操作按钮，开关量输出。当然还设有电源电路。

本实用新型的改进是：微处理器输出端连接D/A转换电路并连接电流输出电路。

本实用新型的振动传感器输出的振动信号由中央处理器控制切换开关选择不同的信号处理电路。再由整理电路把信号整理成A/D转换器能识别的直流电压，在由A/D转换电路把电压信号转换成中央处理器能识别的数字信号，再经过中央处理器对采集的数据进行集中的运算、处理、控制，然后去输出电流信号、开关量信号等等。

烈度处理电路：传感器信号经过一个耦合电容进行滤波，先经过一级运放进行信号放大，再经过一个偶合电路进行滤波，最后再经过二级运放对信号进行调整，输出到下一级运算放大器进行处理。

振幅处理电路设计依据：传感器信号通过耦合电容进行滤波，再通过积分运算电路对输入信号进行积分运算，主要实现的是低通滤波，隔离高频信号，从而实现抗干扰的能力，并把速度信号转换成振幅信号，再经过电容耦合输出到下一级运算放大器进行处理。

1.电涡流传感器

电涡流传感器的外型如图所示，它的外型与普通螺栓十分相似，其头部有扁平的感应线圈，将它固定在不锈钢螺栓一端，感应线圈的引线从螺栓另一端与高频电缆相连。

当头部感应线圈通上高频(1~2MHz)电流时，线圈周围产生了高频电磁场；如其周围有金属导体，便会在金属表面产生个感应电流，即电涡流，根据楞次定律，电涡流产生的电磁场与感应线圈的电磁场方向相反，这两个磁场相互叠加，改变了感应线圈的阻抗，感应线圈内阻抗变化可用下式表示。

                 Z＝f(μ、γ、r、x、I、ω  )

式中μ——导磁系数；

    γ——电导率；

     r——线圈尺寸因子；

     x——感应线圈与导体之间的间隙；

     I——励磁电流；

     ω——励磁电流圆周率。

当金属导体结构均匀、各向同性且μ、γ、r、I、ω一定时，感应线圈阻抗Z的变化是感应线圈与金属导体之间距离的单值函数。

如果当μ、γ、x、I、ω一定时，增大线圈尺寸r，磁场分布范围将增大，但感应磁场强度的变化幅度减少，反之则相反。因此这种传感器的线性范围随感应线圈直径增大而加大，而传感器灵敏度(单位间隙的阻抗变化值)随感应线圈直径增大而减少。

为了使感应线圈获得高频电流，应将感应线圈接入振荡回路，由此在高频振荡回路输出端可以获得间隙x有关的高频谐波，该信号经放大、检波、滤波后，便可得到一个与x值成正比的输出电压，输出电压的直流分量正比于感应线圈与金属导体之间的静态间隙；若线圈与金属板之间存在相对振动，则有交流电压输出，它正处于金属板与感应线圈之间的相对位移，因此这种传感器又称为位移传感器，它不但可作静态测量，例如两个物体之间的距离、金属板的厚度等，而且还可以作动态测量。

电涡流传感器检波到的交直流信号是叠加在线圈的高频电源上的，如果直接将这种混频信号送到振动仪，即使采用高频电缆，也会使传感器的灵敏度显著降低，而且易受干扰。为防止这些不利影响，必须在电涡流传感器附近设置放大器、检波器和滤波器，将振动信号放大并检出后送到振动仪。这一装置称为电涡流传感器的前置器。

2.速度传感器

绝对式速度传感器是目前较常见的一种振动传感器，它的工作原理实际上是一个往复式永磁小发电机。绝对式传感器的结构如图所示：

当传感器的外壳6固定在振动物体上时，整个传感器跟着振动物体一起振动，而处在空气间隙内的振动线圈7是用很软的簧片1、8固定在外壳上的，其自振频率ωn较低。当自振频率ω≥1.5ωn时，动线圈处在相对(相对与传感器外壳)静止状态，线圈与磁钢之间发生相对运动，动线圈切割磁力线而产生感应电势E：

                         E＝BL v

式中  B——磁场强度

      L——感应线圈磁场强度

      v——相对运动速度

当B、L一定时，输出电势E正比于振动速度v，所以称它为速度传感器。又因为其振动的相对速度是相对于空间某一静止点而言，故又称绝对式速度传感器，或称地震式速度传感器

本实用新型的特点是：这是一种智能振动监测保护仪，能够自动的对对所有的振动速度、位移均进行感应和测量。

                         附图说明

图1是本实用新型的框图；

图2电涡流传感器结构；

图3绝对式速度传感器结构；

图4烈度信号处理电路；

图5振幅信号处理电路；

图6信号整理和模数转换电路；

图7微处理器电路；

图8开关量输出电路；

图9电流输出电路；

图10数据存储及操作按钮电路；

1-头部线圈；2-固定螺帽；3-高频电缆

11、18-簧片；12-永久磁钢；13-阻尼杯；14-导磁体；

15-连接杆；16-外壳；17-动线圈；19-引出线接头；

                     具体实施方式

图1所示，本实用新型智能振动监测保护仪主要由振动传感器、烈度信号处理电路、振幅信号处理电路、A/D转换电路、中央处理器、显示和报警指示、操作按钮、D/A转换电路、数据存储器、电流输出、开关量输出、电源电路等组成。

电涡流传感器或绝对式速度传感器输出的振动信号由微处理器控制切换开关选择不同的信号处理电路。再由整理电路把信号整理成A/D转换器能识别的直流电压，在由A/D转换电路把电压信号转换成微处理器能识别的数字信号，再经过微处理器对采集的数据进行集中的运算、处理、控制，然后去输出电流信号、开关量信号等等。

图4烈度处理电路：传感器信号经过一个耦合电容C12进行滤波，先经过一级运放U9C进行信号放大，再经过一个偶合电路进行滤波C21，最后再经过二级运放U9D对信号进行调整，输出到下一级运算放大器进行处理。

图5振幅处理电路：传感器信号通过耦合电容C16进行滤波，再通过积分运算电路U9A对输入信号进行积分运算，主要实现的是低通滤波，隔离高频信号，从而实现抗干扰的能力，并把速度信号转换成振幅信号，再经过C8耦合输出到下一级运算放大器U9B进行处理。

图6信号整理及A/D转换电路中：上一级信号通过电容C11耦合后经过这个线性整流电路U10D，把正弦波信号转变为直流信号，从而进入到A/D转换电路U12部分处理。其中稳压管D3 LM385主要是对零位进行调整。

图7微处理器IC1(CPU)、显示、报警指示、数据存储、操作键等电路：微处理器IC1对信号处理电路采集数据，进行集中运算、处理。然后输出相应的数据，如去控制显示、报警指示及数据的存储等操作。

图8是开关量输出电路：微处理器把采样的数据集中处理，根据设定的不同报警等级，输出报警信号，通过光耦隔离、转换，经相应放大器IC4后去控制相应继电器J1、J2输出。

图9电流输出电路中：微处理器把运算的数据发送到高精度D/A转换电路IC9，把数字信号转换成电压信号，再经过运算放大器IC15A对信号进行调整，然后把电压信号送给高精度U/I转换电路IC8及三极管BG1，从而输出与数字信号相对应的电流信号。

本实用新型通过一4051芯片开关电路对并联的烈度信号处理电路和振幅信号处理电路进行选择。

本发明采用速度传感器的结构是，传感器外壳固定在振动物体上，处在永磁场中空气间隙内设有振动线圈，且用软的簧片固定在外壳上。

Claims (5)

1、智能振动监测保护仪，包括电源电路、振动传感器和测量电路构成，其特征是振动传感器同时采用电涡流传感器和速度传感器，测量电路接振动传感器的输入分别连接并联的烈度信号处理电路和振幅信号处理电路，并通过切换开关电路将其输出连接信号整理和A/D转换电路，A/D转换电路连接微处理器的数字输入端口，微处理器总线连接数据存储器，微处理输出端连接显示和报警指示、操作按钮，开关量输出。

2、根据权利要求1所述的智能振动监测保护仪，其特征是微处理器输出端连接D/A转换电路并连接电流输出电路。

3、根据权利要求1所述的智能振动监测保护仪，其特征是振幅信号处理电路为：电涡流传感器传感器信号经过一个耦合电容进行滤波，先经过一级运放进行信号放大，再经过一个偶合电路进行滤波，再经过二级运放电路对信号进行调整，并输出到下一级运算放大器。

4、根据权利要求1所述的智能振动监测保护仪，其特征是振幅处理电路中：速度传感器信号通过耦合电容进行滤波，再通过积分运算电路对输入信号进行积分运算，并将速度信号转换成振幅信号，再经过电容耦合输出到下一级运算放大器进行处理。

5、根据权利要求1所述的智能振动监测保护仪，其特征是速度传感器的结构是，传感器外壳固定在振动物体上，处在永磁场中空气间隙内设有振动线圈，且用软的簧片固定在外壳上。

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