CN204514463U - 一种基于霍尔效应的惯性测振传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于霍尔效应的惯性测振传感器，包括：霍尔元件、引线、条形磁铁、两个L形铁块、弹性支承部件以及外壳，其中，外壳分为内层和外层，内层为非铁磁材料层，外层为铁磁材料层；引线与霍尔元件相连，两个L形铁块分别与条形磁铁上下两端对称固定形成组合磁铁，组合磁铁与传感器外壳内层顶部之间通过弹性支承部件一支承连接，组合磁铁与传感器外壳内层底部之间通过弹性支承部件二支承连接，霍尔元件位于两个L形铁块端部之间，且水平设置并与外壳相固定。本实用新型的传感器中产生磁场的结构是两个L型铁块固定在条形磁铁两端的组成的组合磁铁，该组合磁铁两端间隙的磁场可以使得霍尔元件的输出电压与其相对位移呈较好的线性关系。

Description

一种基于霍尔效应的惯性测振传感器

技术领域

本实用新型属于应用于机械振动监测系统的传感技术领域；具体地，本实用新型涉及检测精密仪器的振动情况的振动传感器；更具体地，本实用新型涉及一种基于霍尔效应的惯性测振传感器。

背景技术

由于对精密仪器的微振动测量是目前许多前沿科学亟待解决的问题和重要的研究方向。用于对精密仪器的微振动测量的振动传感器广泛用于冶金、石化、电力、化工、造纸、制药、机械制造等有大量的电机、泵、风机、压缩机、变速箱等机械设备的行业，在机械设备连续工作时，振动传感器通过对振动信息进行采集传输，能够准确地获取这些旋转机械的振动幅度、频率、方向等物理量的变化情况，把被测的机械振动量转换为电信号，尤其适用于对精密仪器的微振动测量。

振动传感器并不是直接将原始要测的机械量转变为电量，而是将原始要测的机械量作为振动传感器的输入量，然后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变换的机械量，最后再由机电变换部分将其变换为电量。因此一个传感器的工作性能是由机械接收部分和机电变换部分的工作性能来决定的。

就机械接收部分的工作原理来讲，目前的技术主要采用相对式测振仪，相对式测振仪接收振动的工作原理是把仪器固定在不动的支架上，并借弹簧的弹性力与被测物体表面相接触，使触杆与被测物体的振动方向一致，在测量时，当物体振动时，触杆就跟随它一起运动，并推动记录笔杆在移动的纸带上描绘出振动物体的位移随时间的变化曲线，根据这个记录曲线可以计算出位移的大小及频率等参数。但相对式测振仪具有明显的缺陷，例如当需要测量的是绝对振动时，但又找不到不动的参考点时，这类仪器就无用武之地。

就机电变换部分的工作原理来讲，目前的技术有电动式、电涡流式、电感式等。

电动式传感器是指利用电磁感应原理，将运动速度转换成线圈中的感应电势输出。这种传感器的工作不需要外加电源，而是直接吸取被测物体的机械能并转换成电信号输出，它是一种典型的发电型传感器。其缺点是易磨损，工作温度不高，频响范围有限等。

电涡流式传感器是一种相对式非接触式传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的，其缺点是当被测体为导磁材料(如普通钢、结构钢等)时，由于涡流效应和磁效应同时存在，磁效应反作用于涡流效应，使得涡流效应减弱，即传感器的灵敏度降低。

电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换，其缺点是普通电感式传感器容易被电机或变频器干扰。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可以实现较为准确获取精密仪器的微振动情况的传感器，从而为精密仪器的维护提供准确有效的技术依据，本实用新型可以应用于材料探伤、机械系统的故障诊断、噪声消除、结构件的动态特性分析及振动的有限元计算结果验证等方面。

为了实现上述目的，本使用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供一种基于霍尔效应的惯性测振传感器，所述传感器包括：霍尔元件、引线、条形磁铁、L形铁块、弹性支承部件以及外壳，其中，所述外壳包括内层和外层，内层为非铁磁材料层，外层为铁磁材料层；引线与霍尔元件相连接，所述的L形铁块有两个，两个L形铁块分别与条形磁铁上下两端对称固定形成组合磁铁，组合磁铁与传感器外壳内层顶部之间通过弹性支承部件一支承连接，组合磁铁与传感器外壳内层底部之间通过弹性支承部件二支承连接，霍尔元件位于两个L形铁块之间的间隙中，霍尔元件水平设置并与外壳相固定。

优选地，所述外壳的内层为塑料层；所述外壳的外层为铁磁材料层。

优选地，所述弹性支承部件一为弹簧；所述弹性支承部件二为弹簧或阻尼器。

优选地，所述弹簧为低刚性弹簧。

本实用新型的传感器利用惯性式机械测振法，将霍尔效应应用于对微振动的获取方面，即将传感器外壳与受测振动物体的测点直接固定，当传感器外壳随被测振动物体运动时，由于组合磁铁的质量较大、弹簧较软，以及阻尼器的作用，对于足够高的振动频率，组合磁铁因惯性来不及随振动物体一起振动而接近于静止，在惯性作用下，在由弹簧和/或阻尼器支承的磁铁块与固定至传感器外壳的霍尔元件之间将会发生相对运动，从而引起输出的霍尔电压的变化，完成由振动参数到电压信号的转换。

本实用新型的传感器中产生磁场的结构是两个L型铁块固定在条形磁铁两端的组成的组合磁铁，该组合磁铁两端间隙的磁场可以使得霍尔元件的输出电压与其相对位移呈较好的线性关系。

本实用新型的传感器制作成本低廉，使用简便。由于利用了比相对式测振方法好的惯性式测振的原理，解决了当需要测的是绝对振动，但又找不到不动的参考点时测量振动情况的问题。本实用新型的传感器采用霍尔元件，霍尔元件具有如下优点：结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高(可达1MHZ)，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀，而且精度高、线性度好，其工作温度范围宽，可达-40℃～150℃，使该实用新型具有较高的稳定性，可适用于外界温度变化较大的场所，其对温度的误差可缩小为±0.04％/℃，而且比其他需要外加电源的传感器所需要的功耗小。本实用新型的传感器外壳的外层为铁磁材料层，可以有效屏蔽外界的磁场对霍尔元件的干扰。由于外壳铁磁材料层屏蔽的作用，而且霍尔元件所处工作磁场相对较强，本实用新型不容易被电机或变频器干扰。本实用新型将具有较好性能的霍尔元件与特殊磁场结合，对于被测物体振动幅值信息的获取可达到0.01mm的精确度，能够获取到振动幅度较小的设备或仪器的振动情况。

附图说明

图1显示根据本实用新型一种具体实施方式的传感器的示意图。

图2显示根据本实用新型另一种具体实施方式的传感器的示意图。

附图标记：1为条形磁铁；2为L形铁块；3为弹簧；4为霍尔元件；5为引线；6为弹性支承部件二；7为外壳的内层；8为外壳的外层。

具体实施方式

下文中，将对本实用新型进行详细地描述。

作为一种具体的实施方式，本实用新型提供一种基于霍尔效应的振动传感器，如图1所示，所述传感器包括：霍尔元件4、引线5、条形磁铁1、L形铁块2、弹簧3、阻尼器6以及外壳，其中，外壳包括内层7和外层8，内层7为非铁磁材料层，外层8为铁磁材料层；引线5与霍尔元件4相连接，引线5用于给霍尔元件提供工作电源和输出霍尔电压，所述L形铁块2有两个，两个L形铁块2分别与条形磁铁1上下两端对称固定形成组合磁铁，组合磁铁与传感器外壳内层顶部之间通过弹簧3支承连接，组合磁铁与传感器外壳内层底部之间通过阻尼器6支承连接，在本实施方式中弹簧3为低刚性弹簧，霍尔元件4位于两个L形铁块2之间的间隙中，霍尔元件4水平设置并与外壳相固定。

在上述实施方式中，传感器外壳内部放置由条形磁铁1和两个L形铁块2组成的组合磁铁，其上端连接一个低刚性弹簧3，下端连接一个阻尼器6，将霍尔元件4(例如SS495A型)水平放置在两个L形铁块2之间的间隙中，并且与外壳相固定，霍尔元件4后面的引线5用于给霍尔元件4提供工作电源，同时由振动参数转化得到的霍尔电压也通过引线输出。在工作时，将该传感器的外壳刚性地固定于被测振动物体上，使被测振物体的主要振动方向与磁铁的振动方向相同。当被测物体振动时，外壳和霍尔元件随其一起振动，由于磁铁的质量较大、弹簧较软，而且有阻尼器的作用，对于足够高的振动频率，磁铁因惯性来不及随外壳一起振动而接近于静止。由此霍尔元件在磁场中产生位置变化，从而改变霍尔元件输出的电压。由于在组合磁铁产生的磁场中，霍尔元件的相对位移和输出电压呈线性关系，由此完成了被测物体振动位移情况向霍尔元件输出电压的转换过程。之后可以将霍尔元件的输出信号通过计算机进行处理和判断，实现对精密仪器的振动监测与诊断。通过该实用新型的传感器，可以对机械设备振动情况进行实时监测，并做出判断，可以及时发现隐患和预防更大的事故发生，从而保证机械设备安全稳定运行。

作为另一种具体的实施方式，如图2所示，在本实用新型的传感器中，组合磁铁与传感器外壳内层底部之间通过弹簧6支承连接之外，传感器其余部分的结构和连接方式与第一种实施方式相同。其工作原理与上述实施方式近似，此处不再赘述。

Claims (4)

1.一种基于霍尔效应的惯性测振传感器，所述传感器包括：霍尔元件、引线、条形磁铁、L形铁块、弹性支承部件以及外壳，其中，所述外壳包括内层和外层，内层为非铁磁材料层，外层为铁磁材料层；引线与霍尔元件相连接，所述的L形铁块有两个，两个L形铁块分别与条形磁铁上下两端对称固定形成组合磁铁，组合磁铁与传感器外壳内层顶部之间通过弹性支承部件一支承连接，组合磁铁与传感器外壳内层底部之间通过弹性支承部件二支承连接，霍尔元件位于两个L形铁块端部之间的间隙中，霍尔元件水平设置并与外壳相固定。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述外壳的内层为塑料层；所述外壳的外层为铁磁材料层。

3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述弹性支承部件一为弹簧；所述弹性支承部件二为弹簧或阻尼器。

4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述弹簧为低刚性弹簧。