DE3110926A1 - Induction generator for scanning vibrations - Google Patents

Induction generator for scanning vibrations

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DE3110926A1
DE3110926A1 DE19813110926 DE3110926A DE3110926A1 DE 3110926 A1 DE3110926 A1 DE 3110926A1 DE 19813110926 DE19813110926 DE 19813110926 DE 3110926 A DE3110926 A DE 3110926A DE 3110926 A1 DE3110926 A1 DE 3110926A1
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induction
permanent magnet
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Jurij Dipl.-Ing. Širokorad
Ladislav Dipl.-Ing. Brno Přijal
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Prvni Brnenska Strojirna Zavody Klementa Gottwalda
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    • G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
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Abstract

A simple, compact, easy-to-screen, but also robust induction generator of high sensitivity for scanning vibrations is provided by the invention when in the common base region of the poles, orientated in the same sense, of fixed magnets frontally arranged in a sleeve there is arranged an axially movable permanent magnet with contrary pole orientation through whose cavity there extends freely a carrier which is anchored with both its ends in the end faces by means of the specified fixed magnets, at least one of the induction coils being wound onto said carrier. The fixed magnets are annular. The ratio of the thickness of the sleeve to the outer diameter of the movable permanent magnet is in the range from 0.01 to 1.0. The abovementioned induction generator has far smaller dimensions than previous induction generators, and can withstand substantial accelerations and vibration amplitudes.

Description

DiPL.-PHYS. DR. WALTHER JUNIUS 3 HannoverDiPL.-PHYS. DR. WALTHER JUNIUS 3 Hanover

WOLFSTRASSE 24 · TELEFON (05 ti) 83 45 30WOLFSTRASSE 24 TELEPHONE (05 ti) 83 45 30

17.3.19813/17/1981

Meine Akte: 2614My file: 2614

Prvni brnenskä strojirna, närodnf podnik, Brno (Tschechoslowakei Induktionsgeber zum Abtasten von VibrationenPrvni brnenskä strojirna, närodnf podnik, Brno (Czechoslovakia Induction transmitter for sensing vibrations

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Induktionsgeber zum Abtasten von Vibrationen.The present invention relates to an induction transmitter for sensing vibrations.

Die Vibrationen gehören zu den wichtigsten, den Betriebsstand von Maschinen charakterisierenden Parametern. Das Messen der Vibrationen ist außerordentlich wichtig bei sehne11aufenden Rotationsmaschinen und Anlagen, insbesondere in der Energieerzeugung und im Transport, z.B. bei Verbrennungs- und Dampfturbinen, Flugzeugmotoren und beim Expander.The vibrations are one of the most important parameters that characterize the operating status of machines. Measuring the Vibration is extremely important for tendons Rotary machines and systems, especially in power generation and transport, e.g. in incineration and Steam turbines, aircraft engines and the expander.

Bei diesen Einrichtungen, insbesondere bei Flugzeugmotoren und bei energetischen Anlagen, sind die Vibrations geber oft erhöhten Temperaturen, einer großen Beschleunigung und Amplitude ausleset: die in bestimmten Betriebszuständen Werte von bis zu einigen Hun dert Mikrometern erreicht, wogegen im gewöhnlichen stabilisiertem Betrieb die Schwingungsamplitude nur einige Mikrometer beträgt.In these facilities, especially in aircraft engines and energy systems, the vibration donors are often increased Temperatures, a large acceleration and amplitude reads: the values of up to a few hun in certain operating conditions which reaches micrometers, whereas in normal stabilized operation the oscillation amplitude is only a few micrometers.

Weitere an Vibrationsgeber gestellte Anfcrderungen sind kleine Abmessungen und ein kleines Gewicht, eine lineare Charakteristik im ganzen Meßbereich und eine elektromagnetische Störstabilität.Other requirements placed on vibration transmitters are small Dimensions and a small weight, a linear characteristic over the whole measuring range and an electromagnetic interference stability.

CÖPYCOPY

Gegenwärtig werden üblicherweise Induktionsgeber benutzt, bei denen ein permanenter Magnet auf einer elastischen Membran zwischen zwei fest eingebauten Spulen angeordnet ist. Bei der ■ Bewegung des Gebers wird in den Spulen eine elektromotorische j Kraft induziert, die mit einer geeigneten Apparatur verstärkt und gemessen wird. Der Nachteil dieser Induktionsgeber liegt darin, daß unter schweren Bedingungen, insbesondere bei einer beträchtlichen Erhöhung der Vibrations amplitude, die Membranen platzen.At present, induction generators are commonly used where a permanent magnet is arranged on an elastic membrane between two permanently installed coils. At the ■ Movement of the encoder induces an electromotive force in the coils, which is amplified with a suitable apparatus and is measured. The disadvantage of this induction transmitter is in that under severe conditions, especially with a considerable increase in the vibration amplitude, the membranes burst.

Bei einem anderen bekannten Induktionsgeber ist dieser durch einen verschiebbaren permanenten Magneten gebildet, welcher in einer Hülse angebracht und beiderseitig mit zwei Federn befestigt ist. Rund um die Hülse ist eine Induktionsspule angeordnet. Bei der Bewegung des verschiebbaren Magneten wird in der Spule die elektromotorische Kraft induziert. Der Nachteil dieses Induktionsgebers besteht in einer niedrigen Empfindlichkeit wegen des Einflusses der Reibung in der Hülse und infolge des Drehmoments, das durch die Feder auf den permanenten Magnet ausgeübt wird und das denselben an die Wände der Hülse drückt. Außerdem begrenzt die Masse und die eigene Federfrequenz die Anwendung dieser Geber auf einen verhältnismässig engen Frequenz- und Beschleunigungsbereich. Ebenfalls ist die Federherstellung schwierig.In another known induction generator, this is through a sliding permanent magnet is formed, which in attached to a sleeve and fastened on both sides with two springs. An induction coil is arranged around the sleeve. at The movement of the movable magnet induces the electromotive force in the coil. The disadvantage of this induction transmitter consists of a low sensitivity due to the influence of friction in the sleeve and due to the torque, which is exerted on the permanent magnet by the spring and which presses the same against the walls of the sleeve. Also limited the mass and the own spring frequency, the application of this encoder to a relatively narrow frequency and acceleration range. The manufacture of springs is also difficult.

Ein weiteres bekanntes Verfahren liegt in der Anwendung von piezoelektrischen Schwingungsgebern. Es wird die Fähigkeit einiger Kristalle ausgenutzt, mechanische Kräfte in eine elektri-Another known method is the use of piezoelectric vibration transmitters. It becomes the ability of some crystals, mechanical forces into an electrical

derthe

sehe Spannung umzusetzen, die proportional bei der Schwingung entstehenden Beschleunigung der Masse des piezoelektrischen Gebers ist. Der Vorteil besteht einerseits in ihrer Fähigkeit, große Beschleunigungen und Schwingungsamplituden zu vertragen, andererseits in kleinen Abmessungen. Nachteilig ist dagegen die Übermittlung von schwachen Signalen. Weiterhin sind diese Geber sehr empfindlich gegen das ungleichmässige Temperaturfeld in der Umgebung.see voltage implement that is proportional to the oscillation resulting acceleration of the mass of the piezoelectric encoder. The advantage is, on the one hand, their ability to to tolerate large accelerations and oscillation amplitudes, on the other hand in small dimensions. On the other hand, the transmission of weak signals is disadvantageous. Furthermore, these are donors very sensitive to the uneven temperature field in the Surroundings.

Es sind auch Induktionsgeber bekannt, bei denen ein beweglicher permanenter Magnet in einem magnetischen Feld angeordnet ist, das von zwei festen Magneten gebildet ist. Diese sind gegenlaufex orientiert, gegen den beweglichen Magnet. Der bewegliche Magnet bewegt sich in einer Hülse, rund um welche pseudobifilar eine Induktionsspule aufgewickelt ist. Bei der Bewegung des permanenten Magneten wird in dieser Spule die elektromotorische Kraft induziert, die verstärkt und gemessen wird. Diese Induktionsgeber sind sehr zuverlässig und weisen kleine Abmessungen auf, aber eine Verminderung der Durchmesser ist bei diesen Gebern unter 0 3o mm und die Länge 6o mm sehr schwierig.There are also induction sensors known in which a movable permanent magnet is arranged in a magnetic field which is formed by two fixed magnets. These are counter-rotating ex oriented, against the moving magnet. The movable magnet moves in a sleeve around which an induction coil is wound pseudobifilar. When moving the permanent Magnets the electromotive force is induced in this coil, which is amplified and measured. These induction generators are very reliable and have small dimensions, but a reduction in diameter is not possible with these encoders 0 30 mm and the length 60 mm very difficult.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen anspruchslosen, kleinen, gut abschirmbaren. robusten Induktionsgeber von hoher Empfindlichkeit zum Abtasten von Vibrationen zu schaffen.The invention avoids these disadvantages. It is the object of the invention to provide an undemanding, small, well shieldable. robust induction transmitter with high sensitivity for scanning from creating vibrations.

Bei einem Induktions geber zum Abtasten von Vibrationen mit eine?· permanenten, wenigstens gegenüber einer Induktionsspule bewegiie. gelagerten und in dem magnetischen Feld angeordneten Magneten wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Hülse mit frontal angeordneten festen Magneten, deren Pole gleich laufend orientiertsind, in deren gemeinsame» Stirnraum ein axial beweglicher und gegenlaufend polenorientierter permanenter Magneangeordnet ist, durch dessen Hohlraum frei ein Träger durchgeht;, der mit seinen beiden Enden in den Stirnen mit den angeführten festen Magneten verankert ist, wobei auf diesem Träger wenigster^ eine der Induktionsspulen aufgewickelt ist. Die festen Magnete sind ringförmig. Das Verhältnis der Dicke der Hülse zu dem äußeren Durchmesser des beweglichen permanenten Magneten liegt im Bereich von o,ol bis l,o.In the case of an induction transmitter for scanning vibrations with a permanent, at least opposite one induction coil movable. This object is achieved according to the invention in that in a sleeve with frontally arranged fixed magnets, the poles of which are oriented in the same direction, in the common end space of which an axially movable and counter-rotating, pole-oriented permanent magnet is arranged, free through its cavity a support passes through; both ends of which are anchored in the foreheads with the fixed magnets mentioned, with at least one of the induction coils being wound on this support. The fixed magnets are ring-shaped. The ratio of the thickness of the sleeve to the outer diameter of the movable permanent magnet is in the range of 0.01 to 1.0.

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Der erfindungsgemäße Induktionsgeber hat weit kleinere Abmessungen als die bekannten Induktionsgeber und verträgt beträchtliche Beschleunigungen und Vibrationsamplituden. Er ist anspruchslos im Betrieb. Ein ungleichmässiges Temperaturfeld hat keinen praktischen Einfluß auf seine Charakteristik, Das Verhältnis der Dicke der Hülse zu dem äußeren Durchmesser des beweglichen permanenten Magneten im Bereich von o,ol bis l,o gewährleistet eine gute magnetische Dämpfung von Schwingungen dieses Magneten. Der das Gehäuse bildende Hohlkörper aus ferritischen Material schirmt die Induktionsspulen von elektromagnetischen Störungen ab.The induction transmitter according to the invention has much smaller dimensions than the well-known induction generators and can withstand considerable accelerations and vibration amplitudes. He is undemanding in operation. Has an uneven temperature field no practical influence on its characteristics, the ratio the thickness of the sleeve to the outer diameter of the movable permanent magnet in the range of o, ol to l, o is ensured good magnetic damping of vibrations of this magnet. The hollow body that forms the housing is made of ferritic Material shields the induction coils from electromagnetic interference.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles des * erfindungsgemäßen Induktionsgebers näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Achsenschnitt des erfindungsgemäßen Induktionsgebers.The essence of the invention is explained below using an exemplary embodiment of the * Induction transmitter according to the invention explained in more detail. The drawing shows an axial section of the induction transmitter according to the invention.

Der Induktionsgeber besteht aus einem geschlossenen walzenförmige?.; Hohlkörper 11, an dessen einer Stirnseite ein Träger 7 fest gelagert ist und an dessen anderer Stirnseite ein weiterer Träger 9 mit einem Tragdorn 3 zusammengeschraubt ist, auf welchen die Induktionsspulen 5, 6 aufgewickelt sind. Der Tragdorn 3 ist axial im Hohlkörper 3 angeordnet. Die Träger 7, 8 sind Kreisscheiben mit einem ringförmigen Vorsprung, dessen hohles Innerem ein Ende des Tragdornes aufnimmt und auf dessen äußerem Umfang ein ringförmiger Magnet 9, Io fest aufgesetzt ist. Der Tragdorn 3 und die Induktionsspulen 5, 6 sind im hohlen Innenraum 12 des beweglichen permanenten Magneten 1 angeordnet, der mit einer die Reibung herabsetzenden Antifriktionshülle 2 versehen ist. Die festen Magnete 9, Io sind mit ihren Polen gegenüber dem beweglichen Magneten 1 gegenläufig orientiert. Die gegenseitige gegenläufige Orientierung der beiden festen Magnete 9, Io gegenüber dem beweglichen permanenten Magneten 1 bildet axiale AbstoßkräfteThe induction transmitter consists of a closed cylinder-shaped?.; Hollow body 11, on one end of which a carrier 7 is firmly mounted and on the other end of which a further carrier 9 is screwed together with a support mandrel 3, on which the induction coils 5, 6 are wound. The support mandrel 3 is arranged axially in the hollow body 3. The carriers 7, 8 are circular disks with an annular projection, the hollow interior of which receives one end of the support mandrel and an annular magnet 9, Io is firmly placed on its outer circumference. The support mandrel 3 and the induction coils 5, 6 are arranged in the hollow interior 12 of the movable permanent magnet 1, which is provided with an anti-friction cover 2 which reduces friction. The fixed magnets 9, Io are oriented in opposite directions with their poles in relation to the movable magnet 1. The mutual opposing orientation of the two fixed magnets 9, Io with respect to the movable permanent magnet 1 forms axial repulsive forces

so daß das magnetische Feld wie federnde Druckelemente mit einer sehr günstigen Charakteristik wirkt. Die angeführten Abstoßkräfte in beliebiger Ruhelage des Induktionsgebers verhindern eine unmittelbare Berührung des beweglichen permanenten Magneten 1 mit den festen Magneten 9, Io. In der beschriebenen Ausführung ist die Antifriktionshülle 2 aus verchromtem Messing und die Hülle 4 aus nichtrostendem Stahl gebildet. Auf dem Tagdorn 3 sind die Induktionsspulen 5, 6 pseudobifilar aufgewickelt. Der Hohlkörper 11 des Induktionsgebers besteht aus ferromagnetisehern Material.so that the magnetic field acts like resilient pressure elements with very favorable characteristics. The listed repulsive forces in any rest position of the induction transmitter prevent an immediate Contact of the movable permanent magnet 1 with the fixed magnets 9, Io. In the embodiment described is the anti-friction cover 2 made of chrome-plated brass and the cover 4 made of stainless steel. On the daythorn 3 they are Induction coils 5, 6 wound pseudobifilar. The hollow body 11 of the induction transmitter consists of ferromagnetic material.

Da sich die Induktionsspulen 5, 6 im Inneren des beweglichen permanenten Magneten 1 in einem sehr gleichmässigen magnetischen Feld mit einer großen Dichte der Kraftlinien befinden, wird in diesen bei der Bewegung des beweglichen permanenten Magneten ein verhältnismäßig starkes elektrisches Signal induziert, was eine Verminderung der Gewindeanzahl der Induktionsspulen 5, 6 und damit auch eine Verminderung der Abmessungen des Induktionsgebers und seiner Masse bedeutet.Since the induction coils 5, 6 inside the movable permanent magnet 1 are located in a very uniform magnetic field with a large density of lines of force induces a relatively strong electrical signal in these when the moving permanent magnet moves, which a reduction in the number of threads of the induction coils 5, 6 and thus also a reduction in the dimensions of the induction transmitter and its mass means.

Die robuste Ausführung des Induktionsgebers gewährleistet seinen verlässlichen Betrieb. Die äußeren elektromagnetischen Störsignale werden wirksam mit einem ferromagne tischen Hohlkörper 11 abgeschirmt. Das Verhältnis der Dicke der Hülse 4 aus antimagnetischet?. Material zu dem äußeren Durchmesser des beweglichen permanenten Magneten 1 im Bereich der Werte von o,ol bis l,o ermöglicht die Schließung des magnetischen Kreises dieses Magneten über den Hohlkörper 11, der aus ferritischem Material besteht. Ein so geschlossener magnetischer Kreis dämpft wirksam die unerwünschte Schwingbreite des beweglichen permanenten Magneten 1 bei gleichzeitiger Einhaltung eines genügenden Empfindlichkeit des Gebers.The robust design of the induction transmitter ensures its reliable operation. The external electromagnetic interference signals are effectively shielded with a ferromagnetic hollow body 11. The ratio of the thickness of the sleeve 4 from antimagnetic ?. Material to the outer diameter of the movable permanent magnet 1 in the range of values from o, ol to l, o allows the closure of the magnetic circuit of this magnet via the hollow body 11, which consists of ferritic material. Such a closed one magnetic circuit effectively dampens the unwanted amplitude of the moving permanent magnet 1 while at the same time Compliance with a sufficient sensitivity of the encoder.

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Bei der Befestigung des Induktionsgebers auf einen schwingenden Gegenstand, z.B. auf dem Lagerständer einer Verbrennungsturbine, beginnt der permanente Magnet 1 sich gegenüber dem Tragdorn 3 mit Induktionsspulen 5,6 gegenüber der Hülse 4 und gegenüber den festen Magneten 9, Io zu bewegen. Bei dieser Bewegung überschneiden die Kraftlinien des beweglichen permanenten Magneten 1 die Wicklung der Induktionsspulen 5, 6, in denen die elektromotorische Kraft induziert wird, die dann in einer geeigneten Apparatur verstärkt und gemessen wird. Bei der pseudobxfilaren Wicklung der Induktionsspulen 5, 6 ist die resultierende elektromotorische Kraft die Summe der elektromotorischen Teilkräfte, die ( in den einzelnen Induktionsspulen 5, 6 induziert sind. Die magnetische Dämpfung der Bewegung des beweglichen permanenten Magneten 1 erlaubt nicht seine große Schwingungserregung, wenn die Vibrations frequenz der Maschine nahe der eigenen Frequenz des :When the induction transmitter is attached to a vibrating object, for example on the bearing stand of a combustion turbine, the permanent magnet 1 begins to move relative to the support mandrel 3 with induction coils 5, 6, relative to the sleeve 4 and relative to the fixed magnets 9, Io. During this movement, the lines of force of the movable permanent magnet 1 intersect the winding of the induction coils 5, 6, in which the electromotive force is induced, which is then amplified and measured in a suitable apparatus. In the pseudobxfilaren winding of the induction coils 5, 6, the resulting electromotive force is the sum of the electromotive part forces (in the individual induction coils 5, are induced. 6, the magnetic damping of the movement of the movable permanent magnet 1 does not allow its great vibration excitation if the The machine's vibration frequency is close to its own frequency:

Induktionsgebers, bzw. deren höheren harmonischen Frequenzver- jInduction generator, or their higher harmonic frequency ver- j

vielfachungen liegt. Imultiples lies. I.

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Claims (3)

Patentansprüche :Patent claims: 1) Induktionsgeber zum Abtasten von Vibrationen mit einem permanenten, wenigstens gegenüber einer Induktionsspule beweglich gelagerten und in einem magnetischen Feld angeordneten Magneten, dadurch gekennzeichnet, 1) Induction transmitter for scanning vibrations with a permanent magnet, which is movably mounted at least with respect to an induction coil and arranged in a magnetic field, characterized in that, daß in einer Hülse (4) mit frontal stirnseitig angebrachten, festen Magneten (9, lo), deren Pole gleichlaufend orientiert sind, in einem gemeinsamen Stirnraum ein axial beweglicher permanenter Magnet (1) mit gegenläufig orientierten Polen angeordnet ist, durch dessen Hohlraum (12) frei ein Tragdorn (3) hindurchgeht, der mit seinen beiden Enden an den Stirnseiten mittels Trägern (7, 8) mit den festen Magneten (9, lo) verankert ist, wobei auf dem Tragdorn (3) wenigstens eine der Induktionsspulen (5, 6) aufgewickelt ist.that in a sleeve (4) with frontally attached, fixed magnets (9, lo), the poles of which are oriented in the same direction are, in a common end space, an axially movable permanent one Magnet (1) is arranged with oppositely oriented poles, through whose cavity (12) a support mandrel (3) freely passes, which is anchored with its two ends on the front sides by means of supports (7, 8) with the fixed magnets (9, lo) is, wherein on the support mandrel (3) at least one of the induction coils (5, 6) is wound. 2. Induk ti ons geber nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,2. Induction encoder according to claim 1,
characterized, daß die festen Magnete (9, lo) ringförmig sind.that the fixed magnets (9, lo) are ring-shaped. 3. Induk ti ons geber nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,3. Induk ti ons encoder according to claim 1,
characterized, daß das Verhältnis der Dicke der Hülse (4) zu dem äußeren Durchmesser des beweglichen permanentem Magneten (1) im Bereich von o„ol bis l,o liegt.that the ratio of the thickness of the sleeve (4) to the outer diameter of the movable permanent magnet (1) in the range of o "ol to l, o lies.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3428914A1 (en) * 1984-08-06 1986-02-06 První brn&ecaron;nská strojírna, koncernov&yacute; podnik, Brno Induction sensor
RU211338U1 (en) * 2022-02-08 2022-06-01 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) DEVICE FOR MEASURING VIBRATIONS

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