RU6236U1

RU6236U1 - VIBRATION SENSOR

Info

Publication number: RU6236U1
Application number: RU95103542/20U
Authority: RU
Inventors: Н.Б. Герасимов; А.Ф. Грешнов; С.В. Колесников; В.М. Сергеев; В.Г. Собянин
Original assignee: Министерство Российской Федерации по атомной энергии
Priority date: 1995-03-14
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 1998-03-16

Abstract

1. Датчик вибраций, содержащий ферромагнитный корпус, закрепленную в нем измерительную катушку, инерционный элемент с постоянным магнитом, установленный на магнитном подвесе, включающее два постоянных магнита, размещенных соосно на противоположных торцах корпуса, отличающийся тем, что инерционный элемент снабжен двумя дополнительными постоянными магнитами, размещенными вдоль его оси по обе стороны от основного магнита с возможностью взаимодействия с постоянными магнитами подвеса, при этом все указанные магниты ориентированы одноименными полосами навстречу друг другу, а основной магнит инерционного элемента охвачен магнитопроводом, выполненным в виде стакана с внутренним торцевым буртиком, и полюсным наконечником, в радиальном зазаоре между которыми размещена измерительная катушка.2. Датчик вибраций по п.1, отличающийся тем, что постоянные магниты магнитного подвеса установлены на торцах корпуса с возможностью регулировки их осевого положения относительно друг друга.1. A vibration sensor comprising a ferromagnetic housing, a measuring coil fixed therein, an inertial element with a permanent magnet mounted on a magnetic suspension, including two permanent magnets placed coaxially on opposite ends of the housing, characterized in that the inertial element is equipped with two additional permanent magnets, placed along its axis on both sides of the main magnet with the possibility of interaction with permanent suspension magnets, while all these magnets are oriented to the same name GOVERNMENTAL strips towards each other, and the main magnet of the inertial element is covered yoke formed as a sleeve with an inner end flange and a pole piece radially located between them zazaore measuring katushka.2. The vibration sensor according to claim 1, characterized in that the permanent magnets of the magnetic suspension are mounted on the ends of the housing with the possibility of adjusting their axial position relative to each other.

Description

i Ь i b

ДАТЧИК ВИБРАЦИЙVIBRATION SENSOR

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и регистрации механических колебаний различных объектов, машин и сооружений.The invention relates to measuring technique and can be used to measure and record mechanical vibrations of various objects, machines and structures.

Известны индукционные датчики вибраций, например, /1/, у которых постоянный магнит подвешен на механических упругих элементах в зоне измерительной катушки. При колебательных движениях контролируемого объекта постоянный магнит установленного на нем датчика, перемещаясь относительно измерительной катушки, наводит в ней ЭДС, пропорциональную виброскорости, которая затем усиливается и обрабатывается соответствующей аппаратурой.Known induction vibration sensors, for example, / 1 /, in which a permanent magnet is suspended on mechanical elastic elements in the area of the measuring coil. During oscillatory movements of the controlled object, the permanent magnet of the sensor mounted on it, moving relative to the measuring coil, induces an EMF in it proportional to the vibration velocity, which is then amplified and processed by the corresponding equipment.

Недостатком этих датчиков является низкая надежность из-за частой поломки механических упругих элементов, особенно в тяжелых условиях эксплуатации. Поэтому в настоящее время большой интерес проявляется к индукционным датчикам на магнитных подвесах, которые являются более надежными в эксплуатации и выдерживают большие ускорения и амплитуды вибраций.The disadvantage of these sensors is their low reliability due to the frequent breakdown of mechanical elastic elements, especially in severe operating conditions. Therefore, at present, great interest is shown in induction sensors on magnetic suspensions, which are more reliable in operation and can withstand large accelerations and amplitudes of vibrations.

Известен датчик колебаний /2/, содержащий корпус, два соосных постоянных магнита с противоположной ориентацией их магнитных полей и измерительную катушку, установленную неподвижно между магнитами и соосно с ними. Один из магнитов, закрепленный жестко на корпусе, является магнитным подвесом для второго, играющего роль инерционного элемента и имеющего возможность перемещаться относительно катушки. По общей центральной оси установлен немагнитный штифт с радиальным зазором между его наружным диаметром и внутренним диаметром подвижного магнита.Known vibration sensor / 2 /, comprising a housing, two coaxial permanent magnets with the opposite orientation of their magnetic fields and a measuring coil mounted motionless between the magnets and coaxially with them. One of the magnets, fixed rigidly to the housing, is a magnetic suspension for the second, playing the role of an inertial element and having the ability to move relative to the coil. A non-magnetic pin with a radial clearance between its outer diameter and the inner diameter of the movable magnet is installed along a common central axis.

При воздействии вибрации на корпус датчика подвижный магнит совершает колебательные движения относительно измерительной катушки, вызывая в ней ЭДС индукции.When vibration acts on the sensor housing, the movable magnet oscillates with respect to the measuring coil, causing induction EMF in it.

Несмотря на простоту конструкции, датчик имеет серьезные недостатки: низкий уровень выходного сигнала в связи с большим рассеянием поля подвижного магнита; нестабильная частотная характеристика, вызванная хаотичностью движения подвижного магнита вследствие неравномерности взаимодействующих полей; большие нелинейные искажения, связанные с соударением подвижного магнита о немагнитный штифт.Despite the simplicity of the design, the sensor has serious disadvantages: a low level of the output signal due to the large scattering of the field of the moving magnet; unstable frequency response caused by the randomness of the movement of the moving magnet due to the unevenness of the interacting fields; large nonlinear distortions associated with the collision of the movable magnet with a non-magnetic pin.

G01H 11/02G01H 11/02

с магнитным подвесом, выполненным в виде двух установленных неподвижно постоянных магнитов, размещенных соосно и ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов подвижного постоянного макнита.with a magnetic suspension made in the form of two fixed motionless permanent magnets placed coaxially and oriented by the same poles relative to the poles of the movable permanent magnet.

Отталкивающие силы взаимодействующих между собой полей подвижного магнита, выполняющего функцию инерционного элемента, и неподвижных магнитов, закрепленных на противоположных торцах корпуса, действуют как пружинные элементы, удерживающие постоянный подвижный магнит в подвешенном состоянии относительно неподвижных.The repulsive forces of the interacting fields of the movable magnet, which performs the function of the inertial element, and the stationary magnets mounted on opposite ends of the housing act as spring elements that hold the permanent movable magnet in suspension relative to the stationary ones.

При наличии вибрации подвижный постоянный магнит совершает колебательные движения относительно измерительных катушек, вызывая этим изменение магнитного потока, пронизывающего витки этих катушек. Разность ЭДС, наведенных таким образом в катушках, представляет собой выходной сигнал датчика.In the presence of vibration, the movable permanent magnet oscillates relative to the measuring coils, thereby causing a change in the magnetic flux penetrating the coils of these coils. The difference of the EMF induced in this way in the coils is the output signal of the sensor.

Положительными качествами прототипа являются малые габариты и высокая надежность при эксплуатации.The positive qualities of the prototype are small dimensions and high reliability during operation.

Однако он имеет ряд существенных недостатков: относительно слабый выходной сигнал из-за малой индукции в зоне измерительных катушек ввиду большого рассеяния поля подвижного магнита; большие нелинейные искажения сигнала вследствие расположения измерительных катушек в зонах взаимодействия неравномерных магнитных полей; пот- решности измерения, вызванные смещением подвижного магнита относительно катушек при установке датчика по разным плоскостям на контролируемом объекте. Кроме того постоянная жесткость магнитного подвеса ограничивает частотный диапазон измерений.However, it has a number of significant drawbacks: a relatively weak output signal due to small induction in the area of the measuring coils due to the large scattering of the field of the moving magnet; large nonlinear distortion of the signal due to the location of the measuring coils in the areas of interaction of non-uniform magnetic fields; measurement errors caused by the displacement of the movable magnet relative to the coils when the sensor is installed on different planes at the controlled object. In addition, the constant stiffness of the magnetic suspension limits the frequency range of the measurements.

Задача,на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности измерений механических колебаний различных объектов.The problem to which the invention is directed, is to increase the accuracy of measurements of mechanical vibrations of various objects.

Технический результат, полученный при осуществлении изобретения, заключается в снижении нелинейных искажений, связанных с неравномерностью магнитных полей,и повышении уровня выходного сигнала, а также в расширении функциональных возможностей датчика путем обеспечения возможности установки его по разным плоскостям на контролируемом объекте и регулировки частотного диапазона измерений .The technical result obtained by carrying out the invention is to reduce non-linear distortions associated with uneven magnetic fields and increase the level of the output signal, as well as expanding the functionality of the sensor by providing the possibility of installing it on different planes on a controlled object and adjusting the frequency range of measurements.

Это достигается тем, что в датчике вибраций, содержащем ферромагнитный корпус, закрепленную в нем измерительную катушку,This is achieved by the fact that in the vibration sensor containing a ferromagnetic casing, a measuring coil fixed therein,

t. « t. "

жен двумя дополнительными постоянными магнитами, размещенными вдоль его оси по обе стороны от основного магнита с возможностью взаимодействия с постоянными магнитами подвеса, при этом все указанные магниты ориентированы одноименными полюсами навстречу друг другу, а основной магнит инерционного элемента охвачен магнитопроводом,, выполненным в виде стакана с внутренним торцовым буртиком, и полюсным наконечником, в радиальном зазоре между которыми размещена измерительная катушка.They are coupled by two additional permanent magnets located along its axis on both sides of the main magnet with the possibility of interaction with the permanent magnets of the suspension, while all of these magnets are oriented by the same poles towards each other, and the main magnet of the inertial element is covered by a magnetic circuit, made in the form of a glass with an internal end collar, and a pole piece, in the radial clearance between which the measuring coil is located.

Указанное выполнение датчика, т.е. установка на инерционном элементе двух дополнительных магнитов позволяет создать независимый от основного магнита подвес, что практически исключает влияние магнитов подвеса на картину поля основного магнита в зоне измерительной катушки, обеспечивая тем самым значительное снижение нелинейных иска-жений выходного сигнала. Размещение измерительной катушки в равномерном магнитном поле, созданном в радиальном зазоре между магнитопроводом и полюсным наконечником, также позволяет снижать нелинейные искажения благодаря уменьшению краевого эффекта(т.е. неравномерности потоков рассеяния основного магнита) и одновременно повысить уровень выходного сигнала вследствие повышения индукции магнитного поля в зоне измерительной катушки за счет концентрации всего потока основного магнита.The indicated sensor implementation, i.e. the installation of two additional magnets on the inertia element makes it possible to create a suspension independent of the main magnet, which virtually eliminates the influence of the suspension magnets on the field pattern of the main magnet in the measuring coil zone, thereby providing a significant reduction in the nonlinear distortion of the output signal. Placing the measuring coil in a uniform magnetic field created in the radial gap between the magnetic circuit and the pole piece also allows one to reduce non-linear distortions by reducing the edge effect (i.e., uneven scattering fluxes of the main magnet) and at the same time increase the output signal level due to increased magnetic field induction in zone of the measuring coil due to the concentration of the entire flux of the main magnet.

Для расширения функциональных возможностей датчика постоянные магниты магнитного подвеса установлены на торцах корпуса с возможностью регулировки их осевого положения относительно друг друга. Это позволяет устанавливать начальное положение радиального зазора между магнитопроводом и полюсным наконечником на одинаковом расстоянии от противоположных крайних витков измерительной катушки при любых положениях датчика на контролируемом объекте, исключая тем самым составляющую погрешности, возникающую в случае смещения поля основного магнита относительно измерительной катушки под действием собственного веса инерционного элемента, а также позволяет регулировать частотный диапазон измерений путем изменения жесткости магнитного подвеса.To expand the functionality of the sensor, permanent magnets of the magnetic suspension are mounted on the ends of the housing with the possibility of adjusting their axial position relative to each other. This allows you to set the initial position of the radial clearance between the magnetic circuit and the pole tip at the same distance from the opposite extreme turns of the measuring coil at any position of the sensor on the controlled object, thereby eliminating the error component that occurs when the field of the main magnet is displaced relative to the measuring coil under the action of its own inertial weight element, and also allows you to adjust the frequency range of measurements by changing the stiffness of the magnetic wow suspension.

Продольный разрез датчика вибрации показан на фигуре.A longitudinal section of a vibration sensor is shown in the figure.

Датчик содержит ферромагнитный корпус 1, закрепленную в нем измерительную катушку 2 и инерционный элемент.The sensor comprises a ferromagnetic housing 1, a measuring coil 2 fixed therein and an inertial element.

териала, установлен в полости корпуса 1 на двух направляющих втулках 9,10, выполненных из материала, имеющего низкий коэффициент трения скольжения в паре с материалом стержня 8.terial, installed in the cavity of the housing 1 on two guide bushings 9.10 made of a material having a low coefficient of sliding friction paired with the material of the rod 8.

Витки измерительной катушки 2 помещены в радиальный зазор, образованный между охватывающими основной магнит 3 магнитопроводом 4, выполненным в виде стакана с внутренним буртиком по торцу, и полюсным наконечником.The turns of the measuring coil 2 are placed in a radial gap formed between the magnetic core 4 enclosing the main magnet 3 and made in the form of a glass with an inner flange at the end and a pole piece.

На противоположных торцах корпуса 1 установлены два соосных постоянных магнита 11,12 с возможностью осевого перемещения, например, с помощью винтов 13 и 14.On the opposite ends of the housing 1 there are two coaxial permanent magnets 11,12 with the possibility of axial movement, for example, using screws 13 and 14.

Дополнительные магниты б, 7 инерционного элемента ориентированы по отношению к полюсам основного магнита 3 и магнитов 11,12 на торцах корпуса 1 одноименными полюсами.Additional magnets b, 7 of the inertial element are oriented with respect to the poles of the main magnet 3 and magnets 11,12 at the ends of the housing 1 with the same poles.

Встречная ориентация Магнитов 11,12 на торцах корпуса 1 и дополнительных магнитов б, 7 обуславливает возникновение аксиально направленных сил отталкивания, действующих в торцовых зазорах между ними как пружинные элементы. Организованный таким образом магнитный подвес обеспечивает поддержание инерционного элемента на расстоянии от магнитов 11, 12 на торцах корпуса 1 при любом положении датчика в пространстве.The opposite orientation of the Magnets 11,12 at the ends of the housing 1 and the additional magnets b, 7 causes the appearance of axially directed repulsive forces acting in the end gaps between them as spring elements. Organized in this way, the magnetic suspension ensures the maintenance of the inertial element at a distance from the magnets 11, 12 at the ends of the housing 1 at any position of the sensor in space.

Одноименная ориентация полюсов основного магнита 3 и дополнительных магнитов б, 7 исключает влияние полей магнитов, образующих магнитный подвес, на выходной сигнал.The same orientation of the poles of the main magnet 3 and additional magnets b, 7 excludes the influence of the fields of the magnets forming the magnetic suspension on the output signal.

Датчик работает следующим образом.The sensor operates as follows.

В состоянии покоя инерционный элемент находится во взвешенном состоянии между постоянными магнитами 11, 12 на торцах корпуса 1. При воздействии вибрации на корпус 1 закрепленная в нем измерительная катушка 2, находясь в радиальном зазоре между магнитопроводом 4 и полюсным наконечником 5, совершает колебательное движение относительно инерционного элемента, остающегося неподвижным. При этом магнитный поток, создаваемый основным магнитом 3 в зазоре, пересекая витки измерительной катушки 2, индуцирует в ней ЭДСУ пропорциональную виброскорости.At rest, the inertial element is in suspension between the permanent magnets 11, 12 at the ends of the housing 1. When vibrating on the housing 1, the measuring coil 2 fixed in it, being in the radial clearance between the magnetic circuit 4 and the pole piece 5, oscillates relative to the inertial element remaining motionless. In this case, the magnetic flux generated by the main magnet 3 in the gap, crossing the coils of the measuring coil 2, induces in it an EMF proportional to vibration velocity.

Постоянные магниты 11, 12 на торцах корпуса 1, имеющие возможность перемещаться вдоль продольной оси, позволяют отрегулировать положение радиального зазора таким образом, чтобы при отсутствии вибраций зазор находился на одинаковом расстоянии от крайних витков на противоположных концах измерительной катушки 2, что повышает точность измерения за счет ликвидации погрешности, вызванной смещением магнитного поля основного магнита относительно измерительной катушки под действием собственного веса инерционного элемента в разных положениях датчика.Permanent magnets 11, 12 at the ends of the housing 1, having the ability to move along the longitudinal axis, allow you to adjust the position of the radial gap so that, in the absence of vibration, the gap is at the same distance from the extreme turns at opposite ends of the measuring coil 2, which increases the measurement accuracy due to elimination of the error caused by the displacement of the magnetic field of the main magnet relative to the measuring coil under the action of the own weight of the inertial element in different positions Occupancy.

Настройку можно производить в динамическом режиме, добиваясь симметричности формы выходного сигнала и наименьших нелинейных искажений Путем перемещения магнитов 11, 12 с последующей их фиксацией. При этом положение датчика должно соответствовать положению при эксплуатации.The adjustment can be done in dynamic mode, achieving symmetry of the output signal shape and the least non-linear distortion By moving the magnets 11, 12 with their subsequent fixation. In this case, the position of the sensor should correspond to the position during operation.

Изменение частотного диапазона измерений производится сближением магнитов 11, 12 на торцах корпуса 1 к дополнительным магнитам б, 7 инерционного элемента или удалением от них, что соответствует изменению жесткости подвеса.Changing the frequency range of measurements is made by bringing the magnets 11, 12 at the ends of the housing 1 closer to the additional magnets b, 7 of the inertial element or moving away from them, which corresponds to a change in the suspension stiffness.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:Sources of information taken into account during the examination:

1.Иориш Ю.И. Вибрация. Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1963. Стр.532.1.Iorish Yu.I. Vibration. State Scientific and Technical Publishing House of Engineering Literature, 1963. Page 532.

2.Авторское свидетельство СССР N 1821649, кл. G01H 11/02;2. The author's certificate of the USSR N 1821649, cl. G01H 11/02;

I993rv SU 22 зэ i993iI993rv SU 22 ze i993i

3.Авторское свидетельство СССР N 1302147, кл. G01H 11/02;3. The author's certificate of the USSR N 1302147, cl. G01H 11/02;

1987гуЛ/ /v /J jc, 1987gul / / v / J jc,

Claims

1. A vibration sensor comprising a ferromagnetic housing, a measuring coil fixed therein, an inertial element with a permanent magnet mounted on a magnetic suspension, including two permanent magnets placed coaxially on opposite ends of the housing, characterized in that the inertial element is equipped with two additional permanent magnets, placed along its axis on both sides of the main magnet with the possibility of interaction with permanent suspension magnets, while all these magnets are oriented to the same name GOVERNMENTAL strips towards each other, and the main magnet of the inertial element is covered yoke formed as a sleeve with an inner end flange and a pole piece radially located between them zazaore measuring coil.

2. The vibration sensor according to claim 1, characterized in that the permanent magnets of the magnetic suspension are mounted on the ends of the housing with the possibility of adjusting their axial position relative to each other.