CS218219B1

CS218219B1 - Induction vibration scanner

Info

Publication number: CS218219B1
Application number: CS3380A
Authority: CS
Inventors: Jurij Sirokorad; Ladislav Prijal
Original assignee: Jurij Sirokorad; Ladislav Prijal
Priority date: 1980-01-02
Filing date: 1980-01-02
Publication date: 1983-02-25

Description

Předmětem vynálezu je indukční snímač vibrací.The subject of the invention is an inductive vibration sensor.

Vibrace jsou jedním z důležitých parametrů charakterizujících provozní -stav strojů. Měření vibrací j-e velmi důležité u rychloběžných rotačních strojů a zařízení, zejména v energetice a dopravě, například u spalovacích a parních turbín, expandéru, leteckých motorů atd.Vibrations are one of the important parameters characterizing the operational status of machines. Vibration measurement is very important for high-speed rotary machines and equipment, especially in power and transport, such as combustion and steam turbines, expander, aircraft engines, etc.

U jmenovaných zařízení, zejména u leteckých -motorů a energetických zaří-zení jsou snímače vibrací často vystavovány zvýšeným teplotám, velkému zrychlení a amplitudě, dosahující v určitých provozních režimech hodnot několika set mikronů, zatímco v běžném ustáleném provozu je amplituda vibrací pouze několik málo mikronů.In said devices, particularly aircraft engines and power equipment, vibration sensors are often exposed to elevated temperatures, high acceleration and amplitude, reaching several hundred microns in certain operating modes, while in normal steady state operation the vibration amplitude is only a few microns.

Dalšími požadavky na snímače vibrací j-sou malé rozměry a hmotnost, lineární charakteristika v celém rozsahu a odolnost vůči elektromagnetickému rušení.Other requirements for vibration sensors are small dimensions and weight, linear characteristics over the entire range and immunity to electromagnetic interference.

V současné době se běžně používají indukční snímače vibrací, u nichž je permanentní magnet zavěšen na pružné membráně mezi dvěma pevně uchycenými cívkaimi. Při pohybu snímače se v těchto cívkách indukuje elektromotorická síla, která se vhodnou aparaturou zesiluje a měří. Nevýhodou u nicti je, že v těžkých podmínkách, zejmé2 na při velkém zvýšení amplitudy vibrací u nich praskají membrány.Inductive vibration sensors are currently used in which a permanent magnet is suspended on a resilient membrane between two rigidly held coils. As the sensor moves, an electromotive force is induced in these coils, which is amplified and measured by a suitable apparatus. The disadvantage of some is that under severe conditions, especially when the vibration amplitude is greatly increased, the membranes rupture.

Je rovněž znám indukční snímač vibrací, tvořený posuvným permanentním magnetem, který je umístěn v pouzdře a oboustranně uchycen dvěma pružinami·. Kolem pouzdra je uspořádána indukční cívka. Při pohybu posuvného magnetu se v cívce indukuje elektiromotorická síla. Nevýhodou tohoto snímače je nižší citlivost vlivem tření v pouzdře a následkem kroutícího momentu vyvozovaného pružinami na permanentní magnet a přitlačujícího jej ke stěnám pouzdra. Mimoto· hmota a vla-stní frekvence pružin omezuje použití těchto· snímačů na poměrně úzké pásmo frekvence o zrychlení. Rovněž výroba pružin je obtížná.An inductive vibration sensor is also known, consisting of a sliding permanent magnet which is housed in a housing and fastened on both sides by two springs. An induction coil is arranged around the housing. An electro-motor force is induced in the coil as the sliding magnet moves. The disadvantage of this sensor is its lower sensitivity due to friction in the housing and due to the torque exerted by the springs on the permanent magnet and pressing it against the housing walls. In addition, the mass and swelling frequency of the springs limits the use of these sensors to a relatively narrow frequency band by acceleration. The production of springs is also difficult.

Další způsob je měření piezoelektrickými snímači vibrací. Využívá se schopnosti některých krystalů převádět mechanické síly na elektrické napětí, které je úměrné zrychlení hmoty piezoelektrického- snímače, vznikajícími při vibracích. Výhodou je jednak jejich schopnost snášet velká zrychlení a amplitudy vibrací a jednak jejich malé rozměry. Nevýhodou je, že dávají slabé signály, dále jsou velmi citlivé na okolní nerovnoměrné pole.Another way is to measure piezoelectric vibration sensors. The ability of some crystals to convert mechanical forces into electrical voltage is proportional to the acceleration of the mass of the piezoelectric sensor generated by vibrations. The advantage is their ability to withstand high accelerations and amplitudes of vibrations and their small dimensions. The disadvantage is that they give weak signals and are very sensitive to the surrounding uneven field.

jsou známé i indukční snímače vibrací, u nichž pohyblivý permanentní maígnet je za218219 věšen v magnetickém poli, tvořeném dvěma pevnými magnety, které jsou neisousledně orientovány vůči pohyblivému magnetu. Pohyblivý magnet se pohybuje v pouzdře, ko’em kterého ;e pseudobifilárně navinuta Indukční cívka. Při pohybu permanentního ni gnciu v této cívce se indukuje elektromotorická síla, která se zesiluje a iměří. Tyto indukční snímače jsou velmi spolehlivé a rozměrově malé, ale zmenšení průměrů těchto snímačů pod 0 30 mm a délku 60 m.m je velím’ obtížné.Inductive vibration transducers are also known in which the movable permanent magnet is suspended in a magnetic field formed by two fixed magnets which are inconsistently oriented relative to the movable magnet. The movable magnet moves in a housing which the induction coil is pseudobifilarly wound around. As the permanent ni gnciu moves in this coil, an electromotive force is induced, which is amplified and measured. These inductive sensors are very reliable and small in size, but reducing the diameters of these sensors below 0 30 mm and a length of 60 m.m is difficult.

Tyto nevýhody odstraňuje indukční snímač vibrací, obsahující permanentní magnet pohyblivě uložený vzhledem k nejméně jedné indukční cívce a zavěšený v magnetickém poli, podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že v pouzdře s čelně umístěnými sousledně pólově orientovanými nepohyblivými magnety je v jejich společném čelním prostoru axiálně pohyblivě upravený nesousledně pólově orientovaný permanentní magnet, jehož dutinou volně prochází kostra, která je oběma svými konci ukotvena v čelech s ustavenými uvedenými nepohyblivými magnety, přičemž na této kostře je navinuta alespoň jedna z indukčních cívek. Nepohyblivé magnety jsou prstencového tvaru. Poměr tloušťky pouzdra k vnějšímu průměru pohyblivého permanentního magnetu je v rozmezí od 0,01 do. 1,0.These disadvantages are overcome by an induction vibration sensor comprising a permanent magnet movably mounted relative to at least one induction coil and suspended in a magnetic field according to the invention. SUMMARY OF THE INVENTION The invention is based on the fact that in a casing with front-facing sequentially-oriented stationary magnets there is an axially movable non-sequentially-oriented permanent magnet in their common front space. magnets, wherein at least one of the induction coils is wound on this frame. The stationary magnets are annular in shape. The ratio of housing thickness to outer diameter of the movable permanent magnet is in the range of 0.01 to. 1.0.

Indukční snímač podle vynálezu má mnohem menší rozměry než doposud známé indukční snímače a snese značná zrychlení a amplitudy vibrace. Provozně je nenáročný a nerovnoměrné teplotní pole nemá praktický vliv na jeho charakteristiku. Poměr tloušťky pouzdra k vnějšímu průměru pohyblivého permanentního magnetu v rozmezí 0,01h-0',.1 zaručuje dobré magnetické tlumení rozkmitu tohoto magnetu. Těleso· z feriticikého materiálu stíní indukční cívky od elektromagnetických poruch.The inductive transducer according to the invention has much smaller dimensions than the prior art inductive transducers and can withstand considerable acceleration and vibration amplitudes. Operationally it is undemanding and uneven temperature field has no practical influence on its characteristics. The ratio of the thickness of the housing to the outer diameter of the movable permanent magnet in the range 0.01 to 0.1 ensures good magnetic damping of the oscillation of the magnet. The body of ferritic material shields the induction coils from electromagnetic disturbances.

Příklad provedení vynálezu je znázorněn na přiloženém výkresu, představujícím osový řez indukčního· snímače podle vynálezu.An exemplary embodiment of the invention is illustrated in the accompanying drawing, which is an axial section of an induction sensor according to the invention.

Indukční snímač sestává z uzavřeného válcového tělesa 11, v němž je pevně uloženo· čelo· 7 a druhé čelo 8 vzájemně sešroubované kostrou 3, na kterou jsou navinuty indukční cívky 5, 6. Kostra 3 a indukční cívky 5, 6 jsou umístěny v dutině 12 pohyblivého permanentního magnetu 1, opatřeného antifrikčním olbaleim 2. Pevně uložené magnety 9, 10 prstencového· tvaru jsou nesousledně orientované vůči pohyblivému permanentnímu magnetu 1. Vzájemně nesousledná orientace obou pevně uložených magnetů 9, 10 vůči pohyblivému permanentnímu magnetu 1 vytváří odpudivé axiální síly, takže magnetické pole působí jako tlačné pružící prvky s velmi výhodnou charakteristikou. Uvedené odpudivé síly v libovolné klidové poloze indukčního snímače zamezují přímému dotyku pohyblivého permanentního magnetu 1 s pevně uloženými magnety 9, 10. V popisovaném provedení je antifrikční obal 2 tvořen pochromovanou mosazí a pouzdro· 4 je z nerezavějící antimagnetické oceli. Na kostře 3 jsou pseudobifilárně navinuty indukční cívky 5, 6. Těleso 11 indukčního snímače je z feromagnetického· materiálu.The inductive sensor consists of a closed cylindrical body 11 in which the face 7 and the second face 8 are screwed together by a frame 3 to which the induction coils 5, 6 are wound. The frame 3 and the induction coils 5, 6 are located in the cavity 12 The fixed magnets 9, 10 of the annular shape are inconsistently oriented relative to the movable permanent magnet 1. The mutually inconsistent orientation of the two fixed magnets 9, 10 relative to the movable permanent magnet 1 generates repulsive axial forces, so that the magnetic The field acts as compression spring elements with a very advantageous characteristic. Said repulsive forces in any rest position of the inductive sensor prevent direct contact of the movable permanent magnet 1 with the fixed magnets 9, 10. In the embodiment described, the antifriction casing 2 is made of chrome-plated brass and the housing 4 is of stainless antimagnetic steel. Induction coils 5, 6 are pseudobifilarly wound on the frame 3. The inductive sensor body 11 is made of ferromagnetic material.

Jelikož indukční cívky 5, 6 jsou uvnitř pohyblivého permanentního magnetu 1 ve velmi rovnoměrném magnetickém poli s velkou hustotou siločar, indukuje se v nich při pohybu pohyblivého- permanentního magnetu poměrně silný elektrický signál, což umožňuje zmenšení počtu závitů indukčních cívek 5, 0 a tím i zmenšení rozměrů indukčního snímače a jeho hmotnosti. Robustní provedení snímače zaručuje jeho spolehlivý chod. Vnější rušivé elektromagnetické signály jsou účinně stíněny feromagnetickým tělesem 11. Poměr tloušťky pouzdra· 4 z antimagnetickébo materiálu k vnějšímu průměru pohyblivého permanentního magnetu 1 v rozmezí hodnot 0,01 až 1,0 umožňuje uzavření magnetického· okruhu tohoto· magnetu •přes těleso· 11, které je z feritického materiálu. Takto uzavřený magnetický okruh účinně tlumí nežádoucí rozkmit pohyblivého permanentního magnetu 1 při současném· zachování dostatečné citlivosti snímače.Since the induction coils 5, 6 are inside a movable permanent magnet 1 in a very uniform magnetic field with a high density of field lines, they induce a relatively strong electrical signal when the movable permanent magnet is moved, thus reducing the number of turns of the induction coils 5, 0. reducing the dimensions of the inductive sensor and its weight. Robust design ensures reliable operation. The external interfering electromagnetic signals are effectively shielded by the ferromagnetic body 11. The ratio of the housing thickness · 4 of the antimagnetic material to the outer diameter of the movable permanent magnet 1 in the range of 0.01 to 1.0 allows the magnetic circuit of the magnet to be closed across the body · 11. which is made of ferritic material. The closed magnetic circuit effectively dampens the undesirable oscillation of the movable permanent magnet 1 while maintaining sufficient sensor sensitivity.

Při upevnění indukčního snímače na kmitající předmět, například na ložiskový stojan spalovací turbiny, se permanentní magnet 1 začne pohybovat vůči kostře 3 s indukčními cívkami 5, 6 vůči pouzdru 4 a vůči pevně uloženým magnetům 9, 10. Při tomto pohybu protínají siločáry pohyblivého permanentního magnetu 1 vinutí indukčních cívek 5, 0, ve kterých se indukuje elektromotorická síla, která se vhodnou aparaturou zesiluje a měří. Při pseudobifilámím vinutí indukčních cívek 5, 6 je výsledná elektromotorická síla součtem dílčích 'elektromotorických sil, indukovaných v jednotlivých indukčních cívkách 5, 6. Magnetické tlumení pohybu pohyblivého permanentního· magnetu 1 nedovoluje jeho· velké rozkmitání, je-li frekvence vibrací stroje blízká k vlastní frekvenci indukčního snímače, případně jejich vyšších harmonických násobků.When the inductive sensor is mounted on an oscillating object, for example a combustion turbine bearing rack, the permanent magnet 1 begins to move relative to the frame 3 with the induction coils 5, 6 relative to the housing 4 and to the fixed magnets 9, 10. 1, windings of induction coils 5, 0 in which an electromotive force is induced, which is amplified and measured by a suitable apparatus. In the pseudo-biphile winding of the induction coils 5, 6, the resulting electromotive force is the sum of the partial electromotive forces induced in the individual induction coils 5, 6. The magnetic damping of the movable permanent magnet 1 does not allow its vibration if the machine vibration frequency is close to frequency of the inductive sensor or their higher harmonic multiples.

Claims

SUBJECT

An inductive vibration sensor comprising a permanent magnet movably mounted with respect to at least one induction coil and suspended in a magnetic field, characterized in that in a housing (4) with front-facing sequentially-oriented stationary magnets (9, 10) in their common front space an axially movable non-consecutive pole oriented permanent magnet (1), the skeleton (3) of which passes freely through the cavity (12), which is anchored at both ends in faces (7, 8) with established arrangements with guided stationary magnets (9, 10) wherein at least one of the induction coils (5, 6) is wound on said frame (3).

Inductive sensor according to claim 1, characterized in that the stationary magnets (9, 10) are of annular shape.

An inductive sensor according to claim 1, characterized in that the ratio of the thickness of the housing (4) to the outside diameter of the movable permanent magnet (1) is in the range of 0, Q1 to 1.0.