CN212340412U - 一种超低频补偿的振动传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种超低频补偿的振动传感器，包括壳体和壳体内部的功能模块，特点是：功能模块包括磁电式检波器、补偿电路和积分放大电路，磁电式检波器包括惯性线圈、弹簧和阻尼，补偿电路由若干数量的电阻、电容和运算放大器组成，积分放大电路包括积分电路、高通隔直电路和放大电路。本实用新型通过对磁电式检波器进行超低频补偿，在补偿超低频段信号的同时提升了频率上限，使超低频信号检测的有效范围拓宽至0.3～300Hz，并且通过对积分放大电路的电路设计基本消除了直流信号对传感器使用和数据分析的影响，使传感器的输出达到了最佳效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械振动检测技术领域，特别是指一种超低频振动信号检测的传感器。
背景技术
超低频振动是一种常见的物理现象，在低速旋转机械的运行时尤为显著，例如，大中型水轮发电机组的转速普遍较低，转动频率基本处于1～10Hz，而水轮发电机尾部的水管因水涡流引起的振动频率更低，只有发电机组转动频率的1/6～1/3。此外，水轮发电机组的其他部位在甩负荷过程中产生的振动信号频率会更低，通过有效的检测这些超低频的信号可以预防水轮机组的振动故障，因此需要一种能在超低频率下有效检测振动信号的传感器。目前市场上提供的磁电式振动速度检波器的机械固有频率约为10Hz左右，而检测目标的频率范围为0.3～10Hz,若不对检波器进行低频段补偿，则难以直接应用于水轮发电机组的信号检测中。有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种超低频补偿的振动传感器。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理、检测灵敏、数据准确，可直接应用于水轮发电机组信号检测的超低频补偿的振动传感器。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该低频补偿的振动传感器，包括壳体和位于壳体内部的功能模块，所述壳体上设有接线端，其特征在于：所述功能模块包括磁电式检波器、补偿电路和积分放大电路，所述磁电式检波器包括惯性线圈、弹簧和阻尼，所述惯性线圈的中心设有磁体，所述补偿电路与磁电式检波器连接，补偿电路由若干数量的电阻、电容和运算放大器组成，所述积分放大电路包括积分电路、高通隔直电路和放大电路，所述高通隔直电路位于积分电路和放大电路之间。本实用新型的传感器通过接线端连接在导线上，接线端上加工有外螺纹，能与导线接头实现螺纹连接，便于传感器的拆装和更换，功能模块中的磁电式检波器用于检测振动信号，当振动发生时，磁电式检波器的惯性线圈在弹簧弹力和阻尼力的作用下将与传感器的壳体实现相对运动，通过建立数学模型，能够得出在振动平衡状态下的磁电式检波器的输出电压、惯性线圈与传感器壳体的相对运动速度、振动频率三者的线性关系。补偿电路用于补偿磁电式检波器的机械固有频率和机械阻尼系数以拓宽其频域范围，使磁电式检波器在低频域也能输出线性电压。积分放大电路中的积分电路用于将速度信号转换为位移信号，高通隔直电路用于消除积分电路产生的直流信号，放大电路用于对位移信号进行再次放大，放大电路选用产生直流信号小的运算放大器，与高通隔直电路配合使传感器的输出达到最佳效果。
作为优选，本实用新型的磁电式检波器的阻尼系数为0.69，固有频率为10Hz。
作为优选，本实用新型的补偿电路采用串联补偿的形式。电路补偿主要有反馈补偿与串联补偿两种形式，而反馈补偿在降低自然频率的同时也会降低阻尼比，导致稳定性变差，易产生振荡，因此，本实用新型采用串联补偿的形式。
作为优选，本实用新型的补偿电路各电容的电容值均相同，各运算放大器的同相输入端均与地线连接。将各电容值设计为同一值和各运算放大器的同相输入端接地均是为了便于电路设计。
作为优选，本实用新型的积分电路采用惯性积分电路。由于使用普通积分电路时会产生部分直流信号，直流信号经过放大后会增大引起信号失真，使输出的位移信号产生直流偏置，影响传感器的使用和数据分析，因此采用惯性积分电路以减小直流信号。
作为优选，本实用新型的高通隔直电路的截止频率小于0.3Hz。截止频率小于0.3Hz的高通隔直电路可以通过补偿后固有频率大于0.3Hz的交流信号，实现低频信号检测。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：
（1）本实用新型通过对磁电式检波器进行超低频补偿，能够在补偿超低频段信号的同时提升频率上限，使超低频信号检测的有效范围拓宽至下限0.3Hz，上限300Hz。
（2）本实用新型通过选用产生直流信号小的惯性积分电路与放大电路，并在惯性积分电路与放大电路之间增加高通隔直电路，能够基本消除直流信号对传感器使用和数据分析的影响，使传感器的输出达到最佳效果。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例的主视结构示意图。
图2是本实用新型实施例的磁电式检波器的数学模型图。
图3是本实用新型实施例的补偿电路原理图。
图4是本实用新型实施例的积分放大电路原理图。
附图标记说明：1、壳体；2、功能模块；3、接线端；4、磁电式检波器；5、补偿电路；6、积分放大电路；7、惯性线圈；8、弹簧；9、阻尼；10、积分电路；11、高通隔直电路；12、放大电路。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1至图4，本实施例的超低频补偿的振动传感器，低频补偿的振动传感器，包括壳体1和位于壳体1内部的功能模块2。
本实施例的壳体1上设有接线端3，接线端3上加工有外螺纹，能与导线接头实现螺纹连接，便于传感器的拆装和更换。
本实施例的功能模块包括磁电式检波器4、补偿电路5和积分放大电路6，磁电式检波器4的数学模型如图2所示，包括惯性线圈7、弹簧8和阻尼9，惯性线圈7通过弹簧8连接在壳体1上，当发生振动时，惯性线圈7在弹簧的弹力和阻尼力的作用下将与传感器的壳体1实现相对运动，由于惯性线圈7的中心设有磁体，在电磁感应效应作用下，惯性线圈7将产生电压，通过建立数学模型，能够得出在振动平衡状态下的磁电式检波器4的输出电压、惯性线圈7与传感器壳体1的相对运动速度、振动频率三者的线性关系。本实施例采用的磁电式检波器4的阻尼系数为0.69，固有频率为10Hz。
本实施例的补偿电路5与磁电式检波器4连接，用于补偿磁电式检波器4的机械固有频率和机械阻尼系数以拓宽其频域范围，使磁电式检波器4在低频域也能输出线性电压。电路补偿主要有反馈补偿与串联补偿两种形式，而反馈补偿在降低自然频率的同时也会降低阻尼比，导致稳定性变差，易产生振荡，因此，本实施例的补偿电路5用串联补偿的形式。补偿电路5由若干数量的电阻、电容和运算放大器组成，为了便于电路设计，本实施例各电容的电容值均相同，各运算放大器的同相输入端均与地线连接，根据运算放大器的虚短虚断原则可以利用公式求解出各电阻的阻值大小。
本实施例的积分放大电路6包括积分电路10、高通隔直电路11和放大电路12，高通隔直电路11位于积分电路10和放大电路12之间，积分放大电路6用于将速度信号转换为位移信号，由于使用普通积分电路时会产生部分直流信号，直流信号经过放大后会增大引起信号失真，使输出的位移信号产生直流偏置，影响传感器的使用和数据分析，因此，本实施例的积分电路10采用惯性积分电路以减小直流信号。由C2和R10组成的高通隔直电路11用于完全消除积分电路10产生的直流信号，放大电路12选用的是产生直流信号小的运算放大器，用于对位移信号进行再次放大，使传感器的输出达到最佳效果。高通隔直电路11的截止频率小于0.3Hz，可以使补偿后固有频率大于0.3Hz的交流信号顺利通过，实现传感器的低频信号检测。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种超低频补偿的振动传感器，包括壳体（1）和位于壳体（1）内部的功能模块（2），所述壳体（1）上设有接线端（3），其特征在于：所述功能模块（2）包括磁电式检波器（4）、补偿电路（5）和积分放大电路（6），所述磁电式检波器（4）包括惯性线圈（7）、弹簧（8）和阻尼（9），所述惯性线圈（7）的中心设有磁体，所述补偿电路（5）与磁电式检波器（4）连接，补偿电路（5）由若干数量的电阻、电容和运算放大器组成，所述积分放大电路（6）包括积分电路（10）、高通隔直电路（11）和放大电路（12），所述高通隔直电路（11）位于积分电路（10）和放大电路（12）之间。
2.根据权利要求1所述的超低频补偿的振动传感器，其特征在于：所述磁电式检波器（4）的阻尼系数为0.69，固有频率为10Hz。
3.根据权利要求1所述的超低频补偿的振动传感器，其特征在于：所述补偿电路（5）采用串联补偿的形式。
4.根据权利要求1所述的超低频补偿的振动传感器，其特征在于：所述补偿电路（5）各电容的电容值均相同，各运算放大器的同相输入端均与地线连接。
5.根据权利要求1所述的超低频补偿的振动传感器，其特征在于：所述积分电路（10）采用惯性积分电路。
6.根据权利要求1所述的超低频补偿的振动传感器，其特征在于：所述高通隔直电路（11）的截止频率小于0.5Hz。
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| CN202021058147.3U CN212340412U (zh) | 2020-06-10 | 2020-06-10 | 一种超低频补偿的振动传感器 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2021056096A (ja) * | 2019-09-30 | 2021-04-08 | 倉敷化工株式会社 | センサシステム、および該センサシステムを備える除振装置 |
| JP2021081248A (ja) * | 2019-11-15 | 2021-05-27 | 倉敷化工株式会社 | センサシステム、および該センサシステムを備える除振装置 |
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