FR2502777A1 - Induction type vibration transducer - has permanent magnet balanced in tube and axially displaceable by vibrations between pair of sensor coils - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un transducteur à vibrations pour mesurer des vibrations et des chocs, spécialement des vibrations engendrées pendant le fonctionnement des machines ou d'équipement mécanique. The invention relates to a vibration transducer for measuring vibrations and shocks, especially vibrations generated during the operation of machines or mechanical equipment.
Les vibrations sont l'un des paramètres importants, caractéristique des conditions de travail et du mode opératoire d'une machine. Il est de la plus grande importance de mesurer et d'évaluer des vibrations, en particulier pour des machines tournant à grande vitesse et pour des équipements fonctionnant en longue durée, tels que des turbines à vapeur ou à gaz. Vibration is one of the important parameters, characteristic of the working conditions and the operating mode of a machine. It is of the utmost importance to measure and evaluate vibrations, in particular for machines running at high speed and for equipment operating over a long period of time, such as steam or gas turbines.
Dans les équipements mentionnés, les transducteurs à vibrations sont exposés, très souvent, à des hautes températures, à de fortes accélérations, pouvant atteindre, dans certains cas, en mode opératoire, une valeur d'amplitude de plusieurs centaines de microns, ou en opération courante, l'amplitude des vibrations est seulement de quelques microns. En outre, les transducteurs à vibrations doivent avoir un faible encombrement et un poids léger, une caractéristique linéaire dans un large éventail de mesures et doivent & re résistant aux interférences électromagnétiques. In the equipment mentioned, the vibration transducers are very often exposed to high temperatures, to strong accelerations, which can reach, in certain cases, in operating mode, an amplitude value of several hundred microns, or in operation common, the amplitude of the vibrations is only a few microns. In addition, vibration transducers must be compact and light in weight, a linear characteristic in a wide range of measurements, and must be resistant to electromagnetic interference.
Présentement, on utilise couramment des transducteurs de vibrations à induction dans lesquels un aimant permanent est suspendu dans une membrane élastique entre deux bobines rigides. Currently, induction vibration transducers are commonly used in which a permanent magnet is suspended in an elastic membrane between two rigid coils.
Alors, le transducteur se déplace dans lesdites bobines où une foce électromotrice est induite qui est amplifiée et mesurée par un équipement approprié. De tels transducteurs à induction ont l'inconvénient, sous certaines conditions, en particulier si l'amplitude des vibrations augmente largement, de rompre leurs organes.Then, the transducer moves in said coils where an electromotive foce is induced which is amplified and measured by appropriate equipment. Such induction transducers have the disadvantage, under certain conditions, in particular if the amplitude of the vibrations increases greatly, of breaking their organs.
Ut autre transducteur à vibrations à induction connu concerne une bobine à transducteur et deux anneaux magnétiques. Another known induction vibration transducer relates to a transducer coil and two magnetic rings.
L'anneau magnétique intérieur qui se déplace, est monté avec jeu dans le cylindre de l'anneau magnétique extérieur. Dans l'espace cylindrique étroit, entre les deux anneaux magnétiques, se trouve une mince bobine à transducteurs dans un coussinet formant guide. L'oscillation de l'anneau magnétique intérieur mobile induit, dans la bobine à transducteurs, une force électromotrice qui est amplifiée et mesurée de manière convenable.The internal magnetic ring which moves is mounted with play in the cylinder of the external magnetic ring. In the narrow cylindrical space between the two magnetic rings is a thin coil of transducers in a guide pad. The oscillation of the movable inner magnetic ring induces, in the transducer coil, an electromotive force which is amplified and measured in a suitable manner.
L'inconvénient de ce type de transducteur à vibrations réside dans un signal relativement faible et dans un guidage im parfait de l'anneau magnétique intérieur mobile dans l'anneau magnétique extérieur rigide qui, formant guide, arrête son frottement croissant pendant le fonctionnement et contrecarre la marche des organes mobiles réciproquement. De ce fait, dans des amplitudes de faibles vibrations, des forces importantes non linéaires se développent en accord avec la force électromotrice induite en rapport avec la vitesse relative des anneaux magnétiques. Pour ces raisons, l'utilisation de ce transducteur à induction est limitée seulement pour mesurer la direction verticale. The disadvantage of this type of vibration transducer lies in a relatively weak signal and in a perfect im guiding of the mobile inner magnetic ring in the rigid outer magnetic ring which, forming a guide, stops its increasing friction during operation and counteracts the movement of the movable organs vice versa. Therefore, in low vibration amplitudes, large non-linear forces develop in accordance with the electromotive force induced in relation to the relative speed of the magnetic rings. For these reasons, the use of this induction transducer is limited only to measure the vertical direction.
Un autre transducteur à induction possède, dans un profil en forme de guide au-dessus d'un corps aimanté monté rigidement et placé concentriquement, une bobine à transducteur à disque mince au-dessus de laquelle est disposé un aimant mobile sur son axe. Gracie aux aimants de polarité contraire, des forces de répulsion axiales sont créées dans leur espace (intervalle) de front commun, forces qui influent la marche comme un organe élastique soutenant l'aimant mobile dans une sustentation permanente au-dessus du corps aimanté. Ce type de transducteur à induction ne rend possible également la mesure de vibrations que dans la direction verticale. Another induction transducer has, in a profile in the form of a guide above a magnet body rigidly mounted and placed concentrically, a coil with a thin disc transducer above which is disposed a movable magnet on its axis. Thanks to magnets of opposite polarity, axial repulsive forces are created in their common front space (interval), forces which influence walking like an elastic organ supporting the mobile magnet in a permanent levitation above the magnetized body. This type of induction transducer also makes it possible to measure vibrations only in the vertical direction.
Il est connu également un transducteur de vibrations à induction équipé d'un aimant permanent mobile, monté dans un coussinet et fixé de chaque c8té par deux ressorts. It is also known an induction vibration transducer equipped with a movable permanent magnet, mounted in a bearing and fixed on each side by two springs.
Autour du coussinet, une bobine d'induction est disposée. Around the bearing, an induction coil is arranged.
Quand I'aimant se déplace, une force électromotrice est induite dans la bobine qui est amplifiée, mesurée et évaluée par un moyen approprié. Cependant ce type de transducteur a une faible sensibilité due au frottement dans le coussinet et due à la force de torsion transmise par les ressorts à l'aimant permanent et à sa pression sur les parois du coussinet. En outre, la masse et la fréquence propre des ressorts limitent l'utilisation de ces transducteurs à une zone relativement étroite de fréquence et d'accélération. Egalement, il est très difficile et cher de fabriquer des ressorts à une caractéristique et dimensions précises.When the magnet moves, an electromotive force is induced in the coil which is amplified, measured and evaluated by an appropriate means. However, this type of transducer has a low sensitivity due to friction in the bearing and due to the torsional force transmitted by the springs to the permanent magnet and to its pressure on the walls of the bearing. In addition, the mass and natural frequency of the springs limit the use of these transducers to a relatively narrow zone of frequency and acceleration. Also, it is very difficult and expensive to manufacture springs with a specific characteristic and dimensions.
Pour mesurer des vibrations, en particulier dans le domaine de l'invention, des transducteurs à vibrations piezoélectriques sont utilisés. Dans ces transducteurs piezo-électriques la propriété de certains cristaux est utilisée pour transmettre des forces mécaniques à une force électrique proportionnelle à l'accélération de la masse du transducteur piezo-électrique créé pendant la vibration. Cette force électrique est à nouveau amplifiée, mesurée et évaluée par un équipement approprié. To measure vibrations, in particular in the field of the invention, piezoelectric vibration transducers are used. In these piezoelectric transducers the property of certain crystals is used to transmit mechanical forces to an electrical force proportional to the acceleration of the mass of the piezoelectric transducer created during the vibration. This electrical force is again amplified, measured and evaluated by appropriate equipment.
L'avantage des transducteurs piezo-électriques réside dans leur aptitude à résister aux grandes accélérations et amplitudes de vibrations et aussi leurs petites dimensions. Cependant, ils donnent de faibles signaux. Toutefois, l'équipement d'amplification nécessaire doit autre à une distance relativement faible du transducteur piezo-électrique. En outre, les transducteurs piézo-électriques sont très sensibles aux changements irréguliers des températures. The advantage of piezoelectric transducers lies in their ability to withstand large accelerations and amplitudes of vibration and also their small dimensions. However, they give weak signals. However, the necessary amplification equipment must other at a relatively short distance from the piezoelectric transducer. In addition, piezoelectric transducers are very sensitive to irregular temperature changes.
L'invention a pour but l'élimination de la majorité des inconvénients des transducteurs à vibrations connus. Selon l'invention, dans un transducteur de vibrations à induction pour mesurer les vibrations et les chocs, se trouve un aimant permanent monté mobile à travers au moins une bobine à induction qui est munie, dans la cavité axiale, d'un coussinet, de corps aimantés, placés face à face aux piles résultants, dans l'espace commun formés par ceux-ci, un aimant permanent mobile axialement avec des pales non-résultants, dans le coussinet portant des enroulements à induction autour de l'espace commun cité plus haut. The object of the invention is to eliminate the majority of the drawbacks of known vibration transducers. According to the invention, in an induction vibration transducer for measuring vibrations and shocks, there is a permanent magnet mounted movable through at least one induction coil which is provided, in the axial cavity, with a pad, magnetized bodies, placed face to face with the resulting batteries, in the common space formed by them, a permanent magnet movable axially with non-resulting blades, in the bearing bearing of the induction windings around the common space more high.
Dans le coussinet, autour de l'espace commun formé par les corps aimantés, se trouvent des enroulements à induction speudobifilaires à l'endroit des intervalles polaires. Dans la cavité axiale du coussinet est monté un corps antifriction. In the bearing, around the common space formed by the magnetized bodies, are speudobifilar induction windings at the location of the polar intervals. In the axial cavity of the bearing is mounted an anti-friction body.
L'aimant permanent peut porter une enveloppe antifriction.The permanent magnet can carry an anti-friction envelope.
Le transducteur de vibrations à induction, selon l'invention, a des dimensions relativement petites et résiste aussi à une plage de température irrégulière et donne un signal de sortie relativement fort pour qu'il soit possible de placer l'équipement amplificateur et de mesure à une grande distance. The induction vibration transducer according to the invention has relatively small dimensions and also withstands an irregular temperature range and gives a relatively strong output signal so that it is possible to place the amplifier and measurement equipment at a great distance.
Sa sensibilité est très bonne, gardant ses caractéristiques linéaires en dépendance de la force électromotrice de sortie et de la vitesse, il résiste à des températures jusqu'à 2500C.Its sensitivity is very good, keeping its linear characteristics in dependence on the output electromotive force and the speed, it resists temperatures up to 2500C.
Deux modes de réalisation de l'invention sont montrés sur les dessins annexés
- la figure 1 montre une coupe axiale de l'un des modes de réalisation,
- la figure 2 est une coupe axiale du second.Two embodiments of the invention are shown in the accompanying drawings
FIG. 1 shows an axial section of one of the embodiments,
- Figure 2 is an axial section of the second.
Comme montré en figure 1, le transducteur de vibrations à linduction, se présente sous la forme d'un corps cylindrique fermé 7 à l'intérieur duquel est fixé un coussinet 2, où se trouvent placés concentriquement des corps aimantés 5, 6, face à face. As shown in Figure 1, the induction vibration transducer is in the form of a closed cylindrical body 7 inside which is fixed a pad 2, where are located concentrically magnetized bodies 5, 6, facing face.
Entre les corps aimantés 5, 6 dans l'intervalle commun frontal de l'ouverture cylindrique du coussinet 2 est placé un aimant permanent 1 cylindrique mobile axialement. L'orientation des po- les résultant de l'aimantation des aimants 5, 6 et à travers les mêmes pales non-résultant orientés, se déplace l'aimant permanent 1 par les forces de répulsion axiales et dans le premier intervalle frontal 9 des pôles entre le premier aimant fixe 5 et l'aimant permanent mobile 1, aussi bien que dans le second intervalle frontal des pales 10, entre le second aimant fixe 6 et l'aimant permanent mobile 1. Les champs magnétiques dans les intervalles polaires situés face à face, font fonction d'organe élastique de poussée avec des caractéristiques très avantageuses.Between the magnetized bodies 5, 6 in the common front interval of the cylindrical opening of the bearing 2 is placed a permanent magnet 1 axially movable cylindrical. The orientation of the poles resulting from the magnetization of the magnets 5, 6 and through the same non-resulting oriented blades moves the permanent magnet 1 by the axial repulsion forces and in the first frontal interval 9 of the poles between the first fixed magnet 5 and the movable permanent magnet 1, as well as in the second frontal gap of the blades 10, between the second fixed magnet 6 and the movable permanent magnet 1. The magnetic fields in the polar intervals located opposite face, act as an elastic thrust member with very advantageous characteristics.
Les forces de répulsion des champs magnétiques agissant dans les intervalles polaires 9, 10 empêchent en même temps, dans une position stationnaire quelconque du transducteur de vibrations à induction, le contact direct de l'aimant permanent mobile 1 avec aucun des corps aimantés 5, 6. I1 est prévu une ouverture 12 frontale de ventilation dans l'aimant permanent mobile 1, qui comporte sur sa surface cylindrique extérieure, une enveloppe 8 anti-friction. Le matériau de la surface glissante de l'enveloppe 8 anti-friction et le matériau du coussinet 2 sont déterminés en fonction d'un facteur minimal mutuel de frottement. Deux évidements périphériques sont prévus sur la surface cylindrique extérieure du coussinet 2 pour permettre de placer des enroulements pseudo-bifilaires d'induction 3, 4. The repulsive forces of the magnetic fields acting in the polar intervals 9, 10 prevent at the same time, in any stationary position of the induction vibration transducer, direct contact of the movable permanent magnet 1 with none of the magnetized bodies 5, 6 I1 is provided with a front ventilation opening 12 in the movable permanent magnet 1, which comprises on its external cylindrical surface, an anti-friction casing 8. The material of the sliding surface of the anti-friction casing 8 and the material of the pad 2 are determined as a function of a minimum mutual friction factor. Two peripheral recesses are provided on the external cylindrical surface of the pad 2 to allow the placement of pseudo-two-wire induction windings 3, 4.
L'enroulement bifilaire des bobines 3, 4 est fait de deux conducteurs enroulés en forme d'enveloppe dans le corps de la bobine et de deux conducteurs d'une longueur sensiblement égale. Le conducteur de la première enveloppe est enroulé à contre sens du conducteur de la seconde enveloppe. Les deux conducteurs sont enroulés alternativement à leur voisinage immédiat, étant connectés conducteurs au centre du solénotde. L'étendue de cette disposition bifilaire du solénotde sert à compenser les champs magnétiques formés pendant le passage du courant électrique à travers les deux enveloppes d'enroulement conducteur. The two-wire winding of the coils 3, 4 is made of two conductors wound in the form of an envelope in the body of the coil and two conductors of substantially equal length. The conductor of the first envelope is wound against the direction of the conductor of the second envelope. The two conductors are wound alternately in their immediate vicinity, being connected conductors in the center of the solenoid. The extent of this two-wire arrangement of the solenoid serves to compensate for the magnetic fields formed during the passage of the electric current through the two envelopes of conductive winding.
D'après l'invention, le concept du dispositif pseudobifilaire du solénoïde signifie une disposition de deux enveloppes d'enroulement conducteur à travers deux endroits d'enroulement indépendant. Dans le mode de réalisation montré, la première enveloppe d'enroulement conducteur de la première bobine à induction 4 est décalée axialement vers la seconde enveloppe d'enroulement conducteur de la seconde bobine à induction 5. According to the invention, the concept of the pseudobifilar device of the solenoid means an arrangement of two conductive winding envelopes through two independent winding locations. In the embodiment shown, the first conductive winding envelope of the first induction coil 4 is axially offset towards the second conductive winding envelope of the second induction coil 5.
Dans un tel dispositif pseudo-bifilaire les champs magnétiques formés pendant le passage du courant électrique à travers les deux enveloppes conducteurs sont compensés seulement partiellement. Autrement dit, le dispositif pseudo-bifilaire rend possible l'augmentation de la force électromotrice totale induite pendant le déplacement axial donné de l'aimant permanent 1 dans l'ouverture du coussinet 2. Un tel dispositif affaiblit en outre l'influence d'interférences, s'il y en a, des champs magnétiques extérieurs. Ce faible effet impose alors d'exécution du corps 7 en matériau ferromagnétique. In such a pseudo-two-wire device the magnetic fields formed during the passage of the electric current through the two conductive envelopes are only partially compensated. In other words, the pseudo-two-wire device makes it possible to increase the total electromotive force induced during the given axial displacement of the permanent magnet 1 in the opening of the pad 2. Such a device also weakens the influence of interference , if there are any, external magnetic fields. This weak effect then requires execution of the body 7 made of ferromagnetic material.
Dans le second mode de réalisation montré en figure 2, le coussinet 2 est, dans son ouverture cylindrique, pourvu d'un corps mince cylindrique antifriction 11. Le coussinet 2 est fabriqué en céramique et le corps 11 anti-friction, en téflon. Cela empêche à l'aimant permanent 1 de venir frapper l'ouverture cylindrique du coussinet 2. Il garantit la stabilité dimensionnelle du coussinet 2, même pendant les changements de température relativement élevée. In the second embodiment shown in FIG. 2, the pad 2 is, in its cylindrical opening, provided with a thin cylindrical anti-friction body 11. The pad 2 is made of ceramic and the body 11 anti-friction, of Teflon. This prevents the permanent magnet 1 from striking the cylindrical opening of the bearing 2. It guarantees the dimensional stability of the bearing 2, even during relatively high temperature changes.
Autrement dit, ce second mode de réalisation est le même que le premier. In other words, this second embodiment is the same as the first.
Quand on fixe le transducteur de vibrations à induction sur un corps oscillant, tel qu'un palier support d'une turbine, l'aimant permanent 1 se déplace dans les parties fixes du transducteur, c'est-à-dire dans son corps 7, dans le coussinet 2, les corps aimantés 5, 6 et les bobines d'induction 3, 4. Pendant ce déplacement, les lignes de force de l'aimant permanent 1, croisent l'enroulement des bobines d'induction 3, 4, dans lesquelles la force électromotrice résultant est induite, amplifiée et mesurée alors par un équipement approprié. Grâce au dispositif speudo-bifilaire décrit des bobines d'induction 3, 4, cette force électromotrice résultant est la somme des forces partielles électromotrices formées séparément dans la première bobine à induction 3 et dans la deuxième bobine à induction 4, étant alors à sa valeur maximale. When the induction vibration transducer is fixed to an oscillating body, such as a support bearing for a turbine, the permanent magnet 1 moves in the fixed parts of the transducer, that is to say in its body 7 , in the bearing 2, the magnetized bodies 5, 6 and the induction coils 3, 4. During this displacement, the lines of force of the permanent magnet 1 cross the winding of the induction coils 3, 4, in which the resulting electromotive force is induced, amplified and then measured by appropriate equipment. Thanks to the speudo-two-wire device described for induction coils 3, 4, this resulting electromotive force is the sum of the partial electromotive forces formed separately in the first induction coil 3 and in the second induction coil 4, then being at its value. maximum.
Claims (4)
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FR8105887A Expired FR2502777B1 (en) | 1981-03-24 | 1981-03-24 | VIBRATION TRANSDUCER |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU210847U1 (en) * | 2022-02-14 | 2022-05-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) | DEVICE FOR MEASURING VIBRATIONS |
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1981
- 1981-03-24 FR FR8105887A patent/FR2502777B1/en not_active Expired
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FR2502777B1 (en) | 1986-04-04 |
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