SU1432342A1

SU1432342A1 - Variable-induction vibration pickup

Info

Publication number: SU1432342A1
Application number: SU817772159A
Authority: SU
Inventors: Широкорад Юрий; Пржиял Ладислав
Original assignee: Првни Брненска Стройирна (Инопредприятие)
Priority date: 1981-11-17
Filing date: 1981-11-17
Publication date: 1988-10-23

Description

(Л(L

0000

ьоyo

0000

4;four;

NDND

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени вибраций, например, быстроходных ротационных машин, а также агрегатов , используемых в энергетике и на транспорте (газовых или паровых турбин, тур- бодетандеров, авиационных моторов и т.д.).The invention relates to a measurement technique and can be used to measure vibrations of, for example, high-speed rotary machines, as well as units used in power engineering and transport (gas or steam turbines, turboexpanders, aircraft engines, etc.).

Датчики вибрации, установленные на авиационных моторах и другом энергетическом оборудовании, часто подверженыVibration sensors mounted on aircraft engines and other power equipment are often exposed

ускорени и амплитуды вибрации, а также небольшие габариты.acceleration and amplitude of vibration, as well as small dimensions.

Недостатком вл етс слабый электрический сигнал, из-за которого необходимо устанавливать усилительную аппаратуру вблизи от датчика, а также чувствительность к температурным изменени м окружающей среды.The disadvantage is a weak electrical signal, due to which it is necessary to install amplifying equipment near the sensor, as well as sensitivity to temperature changes in the environment.

Более близким техническим решением к данному изобретению вл етс индуктивный магнит подвешен в магнитном поле, образованном двум неподвижными магнитами , ориентированными одноименными полюсами относительно полюсов подвижного магнита. Этот магнит перемешаетс поA closer technical solution to this invention is an inductive magnet suspended in a magnetic field formed by two fixed magnets oriented like poles with respect to the poles of the moving magnet. This magnet is mixed by

воздействию повышенных температур, боль- Ю ный датчик вибраций, у которого подвиж- шого ускорени и значительной амплитуды вибраций, котора достигает при некоторых режимах эксплуатации нескольких сот микрометров , тогда как при нормальном режимеexposure to elevated temperatures, a large vibration sensor, which has a mobile acceleration and a large amplitude of vibrations, which in some modes of operation reaches several hundred micrometers, whereas in normal mode

величина амплитуды вибрации составл ет .... „„the magnitude of the vibration amplitude is .... „„

всего лишь несколько микрометров. Другими втулке, на которой намотаны две катушки требовани ми, предъ вленными к датчикам вибрации, вл ютс малые габариты и вес, линейность характеристики преобразовани во всем диапазоне измерений и устойчивость против электромагнитных помех.just a few micrometers. The other sleeve on which the two coils are wound, the requirements placed on the vibration sensors are small dimensions and weight, linearity of the conversion characteristic in the entire measurement range and resistance to electromagnetic interference.

В насто щее врем широко примен - ютс индуктивные датчики вибрации, у которых посто нный магнит подвешен на эластичной мембране между двум жестко закрепленными катушками индуктивности.-При движении магнита в катушках индуктиру- 25 етс электрическое напр жение, пропорциональное амплитуде вибраций. Недостатком этих датчиков вл етс часта поломка мембран при т желых услови х эксплуатации, особенно при повышении амплитуды вибрации .At present, inductive vibration sensors, in which a permanent magnet is suspended on an elastic membrane between two rigidly fixed inductors, are widely used. - As the magnet moves in the coils, an electrical voltage proportional to the amplitude of the vibrations is induced. The disadvantage of these sensors is frequent membrane breakage under severe operating conditions, especially with increasing vibration amplitude.

Известен индуктивный датчик вибрации, у которого подвижный посто нный магнит, наход щийс в направл юшей втулке, подвешен на двух пружинах. Катушка индуктивности намотана на направл ющей втулке.An inductive vibration sensor is known, in which a mobile permanent magnet located in the direction of the sleeve is suspended on two springs. The inductor is wound on a guide bush.

индуктивности, соединенные встречно-последовательно . При перемещении подвижного магнита в этих катушках индуцируетс электрическое напр жение, которое затем 20 усиливаетс и измер етс (Авторское свидетельство СССР № 6931 18, кл. G 01 Н 11/02, 1977). Такой датчик отличаетс большой надежностью, но уменьшение его габаритов до диаметра менее 30 мм и длины менее 60 мм затруднительно. Кроме того, он обладает недостаточной помехоустойчивостью и чувствителен к изменени м температуры окружающей среды, так как его измерительные катушки охватывают снаружи подвижный магнит датчика. Эти недостатки устранены в индуктивном датчике вибраций, в котором посто нный магнит установлен с возможностью перемещени по отношению не менее, чем к одной катушке индуктивности и подвешен в магнитном поле. Этот датчик содержит корпус, в котором размещены две измерительные катушки.inductance, connected in series When a moving magnet is moved in these coils, an electric voltage is induced, which then increases and measures 20 (USSR Copyright Certificate No. 6931 18, Cl. G 01 H 11/02, 1977). Such a sensor is highly reliable, but reducing its dimensions to a diameter of less than 30 mm and a length of less than 60 mm is difficult. In addition, it has insufficient noise immunity and is sensitive to changes in ambient temperature, since its measuring coils enclose the movable magnet of the sensor on the outside. These disadvantages are eliminated in the inductive vibration sensor, in which the permanent magnet is mounted for movement relative to at least one inductor and suspended in a magnetic field. This sensor includes a housing in which two measuring coils are placed.

30thirty

При перемещении подвижного магнита в ка- намотанные встречно на общем изол ци- тушке индуктируетс электрическое напр - , онном каркасе, а магнитный подвес посто- жение, которое соответствующим образом усиливаетс и измер етс (За вка ФРГ № 2439072, кл. G 01 Н 1/00, 1976).When a mobile magnet is moved into the windings opposite to a common insulator, an electric voltage is induced in the carcass, and the magnetic suspension is a post that is appropriately amplified and measured (German Federal Law No. 2439072, Cl. G 01 H 1 / 00, 1976).

Недостатком этого датчика вл етс 40 ными полюсами относительно полюсов основ нного , магнита выполнен в виде двух дополнительных посто нных магнитов,установленных соосно и ориентированных одноименускорени и амплитуды вибрации, а также небольшие габариты.The disadvantage of this sensor is 40 poles relative to the poles of the main magnet, made in the form of two additional permanent magnets, installed coaxially and oriented with the same acceleration and vibration amplitude, as well as small dimensions.

Более близким техническим решением к данному изобретению вл етс индуктив ный датчик вибраций, у которого подвиж- A closer technical solution to this invention is an inductive vibration sensor, in which

ный магнит подвешен в магнитном поле, образованном двум неподвижными магнитами , ориентированными одноименными полюсами относительно полюсов подвижного магнита. Этот магнит перемешаетс поThe magnet is suspended in a magnetic field formed by two fixed magnets oriented like poles with respect to the poles of the moving magnet. This magnet is mixed by

ный датчик вибраций, у которого подвиж- vibration sensor, which has

.... „„.... „„

втулке, на которой намотаны две катушки a sleeve on which two coils are wound

индуктивности, соединенные встречно-последовательно . При перемещении подвижного магнита в этих катушках индуцируетс электрическое напр жение, которое затем усиливаетс и измер етс (Авторское свидетельство СССР № 6931 18, кл. G 01 Н 11/02, 1977). Такой датчик отличаетс большой надежностью, но уменьшение его габаритов до диаметра менее 30 мм и длины менее 60 мм затруднительно. Кроме того, он обладает недостаточной помехоустойчивостью и чувствителен к изменени м температуры окружающей среды, так как его измерительные катушки охватывают снаружи подвижный магнит датчика. Эти недостатки устранены в индуктивном датчике вибраций, в котором посто нный магнит установлен с возможностью перемещени по отношению не менее, чем к одной катушке индуктивности и подвешен в магнитном поле. Этот датчик содержит корпус, в котором размещены две измерительные катушки.inductance, connected in series When a moving magnet is moved in these coils, an electrical voltage is induced, which is then amplified and measured (USSR Copyright Certificate No. 6931 18, Cl. G 01 H 11/02, 1977). Such a sensor is highly reliable, but reducing its dimensions to a diameter of less than 30 mm and a length of less than 60 mm is difficult. In addition, it has insufficient noise immunity and is sensitive to changes in ambient temperature, since its measuring coils enclose the movable magnet of the sensor on the outside. These disadvantages are eliminated in the inductive vibration sensor, in which the permanent magnet is mounted for movement relative to at least one inductor and suspended in a magnetic field. This sensor includes a housing in which two measuring coils are placed.

намотанные встречно на общем изол ци- онном каркасе, а магнитный подвес посто- coiled on a common insulating frame, and the magnetic suspension is permanently

ными полюсами относительно полюсов основ нного , магнита выполнен в виде двух дополнительных посто нных магнитов,установленных соосно и ориентированных одноименpoles relative to the poles of the base, the magnet is made in the form of two additional permanent magnets mounted coaxially and oriented in the same name

ного посто нного магнита.permanent magnet.

С целью повышени помехоустойчивости и уменьшени габаритных размеров, этот датчик снабжен втулкой из немагнитного металла, установленной между корпусом иIn order to increase noise immunity and reduce overall dimensions, this sensor is equipped with a non-magnetic metal sleeve installed between the housing and

пониженна чувствительность, вызванна трением в направл ющей втулке, которое обусловлено крут щим моментом, создаваемым воздействием обеих пружин на посто нный магнит и прижимающим этот магнитreduced sensitivity caused by friction in the guide sleeve, which is caused by the torque generated by the action of both springs on the permanent magnet and pressing this magnet

к стенкам втулки. Кроме того, масса и соб- 45 посто нными магнитами, которые вьшолнены ственна частота колебаний ограничивают кольцевыми, а измерительные катушки возможность использовани этого датчика установлены в полости основного посто н- довольно узким диапазоном частоты вибра- ного магнита с нанесенным на его внеш- ций. Производство пружин с точной харак- ней поверхности антифрикционным покры- теристикой и габаритами сложно и дорого. ткем, изол ционный каркас прикреплен тор- Измерение вибраций возможно также с цами к неподвижно установленным допол- помощью пьезоэлектрических датчиков, у которых используетс способность преобразонительным посто нным магнитам. Кроме того, отношение толщины втулки к внешнему диаметру основного посто нного магнита находитс в пределах 0,01 - 1,0.to the walls of the sleeve. In addition, the mass and its own permanent magnets, which limit the frequency of oscillations, are annular, and the measuring coils can be used in the cavity of the main constant constant by a rather narrow frequency range of the vibrating magnet with its external surface. The manufacture of springs with accurate surface characteristics with antifriction coating and dimensions is difficult and expensive. We set an insulating frame attached to a torus. Vibration measurement is also possible with fixed to a fixedly mounted option using piezoelectric sensors, which use the ability of conversion permanent magnets. In addition, the ratio of the thickness of the sleeve to the outer diameter of the main permanent magnet is in the range of 0.01 - 1.0.

вывать механическое усилие в электрическое напр жение, пропорциональное ускорению массы пьезоэлектрического датчика под действием вибраций. Положительным качеством пьезоэлектрических датчиков вл етс их способность выдерживать большееpull the mechanical force into an electrical voltage proportional to the acceleration of the mass of the piezoelectric sensor under the action of vibrations. The positive quality of piezoelectric sensors is their ability to withstand more

ного посто нного магнита.permanent magnet.

посто нными магнитами, которые вьшолнены кольцевыми, а измерительные катушки установлены в полости основного посто н- ного магнита с нанесенным на его внеш- ней поверхности антифрикционным покры- ткем, изол ционный каркас прикреплен тор- цами к неподвижно установленным допол- permanent magnets, which are ring-filled, and the measuring coils are installed in the cavity of the main permanent magnet with an antifriction coating applied to its outer surface, the insulating frame is attached with the ends to the fixed ones

нительным посто нным магнитам. Кроме того, отношение толщины втулки к внешнему диаметру основного посто нного магнита находитс в пределах 0,01 - 1,0.permanent magnets. In addition, the ratio of the thickness of the sleeve to the outer diameter of the main permanent magnet is in the range of 0.01 - 1.0.

Индуктивный датчик вибраций согласно изобретению имеет значительно меньшие габариты, чем до сих пор известные индуктивные датчики, и выдерживает большиеThe inductive vibration sensor according to the invention has significantly smaller dimensions than the previously known inductive sensors, and can withstand large

ускорени и амплитуды вибраций. Он надежен в эксплуатации, а температурные измерени окружающей среды практически не вли ют на его характеристику. Отношение толщины втулки к внешнему диа- метру посто нного магнита, выбранное в диапазоне 0,01 -1,0, обеспечивает хорошее магнитное демпфирование колебаний последнего . Корпус из ферритового материала защищает измерительные катушки от элекacceleration and amplitude of vibrations. It is reliable in operation, and temperature measurements of the environment have virtually no effect on its characteristics. The ratio of the thickness of the sleeve to the external diameter of the permanent magnet, selected in the range of 0.01–1.0, provides good magnetic damping of the oscillations of the latter. The case of ferrite material protects the measuring coils from electric

трических помех.tricky interference.

10ten

каркасе 3, наход тс внутри подвижного посто нного магнита 1 в зоне равномерного магнитного пол с большой густотой силовых линий, при движении этого магнита относительно катушек в них индуктируетс достаточно .сильный электрический сигнал, что позвол ет уменьшить число витков в этих катушках. Внешние электромагнитные помехи демпфируютс корпусом 11 из ферромагнитного материала. Выбор отношени толщины втулки 4, изготовленной из немагнитного материала, к внешнему диаметру подвижного магнита 1 в пределах 0,0 - 1,0 позвол ет замкнуть магнитную цепь подвижного магнита через корпус 11 датНа чертеже представлен индуктивный датчик вибраций, разрез.the frame 3, located inside the moving permanent magnet 1 in the zone of a uniform magnetic field with a large density of lines of force, when this magnet moves relative to the coils, a strong electric signal is induced in them, which allows reducing the number of turns in these coils. External electromagnetic interference is damped by the housing 11 of a ferromagnetic material. The choice of the ratio of the thickness of the sleeve 4 made of a non-magnetic material to the outer diameter of the movable magnet 1 in the range of 0.0–1.0 allows the magnetic circuit of the movable magnet to be closed through the housing 11. The drawing shows an inductive vibration sensor, a slit.

Датчик содержит закрытый корпус 11, в котором жестко закреплен торцами 7 и 8The sensor contains a closed housing 11, which is rigidly fixed ends 7 and 8

изол ционный каркас 3 с намотанными 5 чика, изготовленного из ферромагнитного на нем катушкам 5 и б индуктивности. материала. Эта замкнута магнитна цепь Каркас 3 и катушка 5,6 установлены в полость 12 подвижного посто нного магнита 1, который имеет на внешней поверхности антифрикционное покрытие 2. Неподвижно закрепленные в корпусе дополнительные по- 20 сто нные магниты 9 и 10 кольцеобразной формы установлены соосно и ориентированы одноименными полюсами относительно полюсов подвижного посто нного магнита 1,insulating frame 3 with wound 5 chica, made of ferromagnetic on it coils 5 and b inductance. material. This closed magnetic circuit Frame 3 and the coil 5.6 are installed in the cavity 12 of the movable permanent magnet 1, which has an anti-friction coating 2 on the outer surface 2. The stationary 20 additional stationary magnets 9 and 10 are ring-shaped and fixed coaxially and oriented poles of the same name with respect to the poles of the moving constant magnet 1,

благодар чему отталкивающие силы их маг- намотанным на нем катушками 5,6, а также нитных полей,действуют как пружинные эле- по отношению к втулке 4 и неподвижно ус- менты, имеющие согласованные характеристики . Отталкивающие силы взаимодействующих магнитных полей не позвол ют подвижному магниту 1 касатьс неподвижных магнитов 9 и 10, образующих его магнитный подвес, 30 л ет собой разность напр жений, индукти- при любом положении датчика в простран- рованных в каждой катушке 5,6. Магнитное стве. Антифрикционное покрытие 2 на по- демпфирование движени магнита 1 пре- верхности магнита 1 может быть выпол- дотвращает большие резонансные биени нено, например, из хромированной латуни, этого магнита в том случае, когда собствен- а втулка 4, установленна между этим на частота датчика или его высших гармо- магнитом и корпусом датчика, должна быть 35 ник близка к частоте вибраций контро- выполнена из немагнитного металла, на- лируе.мого объекта, пример из нержавеющей стали. Корпус 11whereby the repulsive forces of their coils 5, 6 and their magnetic fields, act as spring elements with respect to sleeve 4 and motionless elements having consistent characteristics. The repulsive forces of the interacting magnetic fields do not allow the movable magnet 1 to touch the stationary magnets 9 and 10, which form its magnetic suspension, 30 is a difference in voltage, induced at any position of the sensor in the spaces in each coil 5.6. Magnetic field The anti-friction coating 2 on the damping of the movement of the magnet 1 of the surface of the magnet 1 can be prevented by a large resonant beating, for example, from chrome-plated brass, this magnet when the sleeve 4 is mounted between this and the sensor frequency or its higher harmonic and sensor housing, should be 35 nickname close to the vibration frequency of a non-magnetic metal, a polished object, an example of stainless steel. Building 11

датчика может быть изготовлен из ферро-Признано изобретение.м по результатамThe sensor can be made from ferro-recognized inventions. According to the results

магнитного материала.экспертизы, осуществленной ведомством поmagnetic material. examination carried out by the Office of

Так как катушки 5 и 6 индуктивности,изобретательству Чехословацкой Социанамотанные встречно (псевдобифил рно) на листической Республики.Since the coils 5 and 6 of inductance, the invention of the Czechoslovak Social Fund was counterproductive (pseudobifillary) in the Republic of Lithuania.

эффективно демпфирует нежелательные колебани подвижного посто нного магнита 1 при одновременном сохранении достаточной чувствительности датчика.effectively damps unwanted oscillations of the moving permanent magnet 1 while maintaining sufficient sensitivity of the sensor.

При установке индуктивного датчика на вибрирующий объект, например на подшипниковую опору газовой турбины, посто нный магнит 1 начинает вибрировать, перемеща сь по отношению к каркасу 3 сWhen an inductive sensor is mounted on a vibrating object, such as a gas turbine bearing support, the permanent magnet 1 begins to vibrate, moving with respect to the frame for 3 seconds.

тановленным дополнительным магнитам 9,10. При этом движении силовые линии посто нного магнита пересекают витки катущек 5,6. Выходное напр жение датчика представadditional magnets 9,10. During this movement, the permanent magnet lines of force intersect the coils of the coils 5,6. The output voltage of the sensor is

каркасе 3, наход тс внутри подвижного посто нного магнита 1 в зоне равномерного магнитного пол с большой густотой силовых линий, при движении этого магнита относительно катушек в них индуктируетс достаточно .сильный электрический сигнал, что позвол ет уменьшить число витков в этих катушках. Внешние электромагнитные помехи демпфируютс корпусом 11 из ферромагнитного материала. Выбор отношени толщины втулки 4, изготовленной из немагнитного материала, к внешнему диаметру подвижного магнита 1 в пределах 0,0 - 1,0 позвол ет замкнуть магнитную цепь подвижного магнита через корпус 11 датчика , изготовленного из ферромагнитного материала. Эта замкнута магнитна цепь the frame 3, located inside the moving permanent magnet 1 in the zone of a uniform magnetic field with a large density of lines of force, when this magnet moves relative to the coils, a strong electric signal is induced in them, which allows reducing the number of turns in these coils. External electromagnetic interference is damped by the housing 11 of a ferromagnetic material. The choice of the ratio of the thickness of the sleeve 4 made of a non-magnetic material to the outer diameter of the movable magnet 1 in the range of 0.0 to 1.0 allows the magnetic circuit of the moving magnet to be closed through the sensor housing 11 made of a ferromagnetic material. This closed magnetic circuit

чика, изготовленного из ферромагнитного материала. Эта замкнута магнитна цепь Chica, made of ferromagnetic material. This closed magnetic circuit

намотанным на нем катушками 5,6, а также по отношению к втулке 4 и неподвижно ус- л ет собой разность напр жений, индукти- рованных в каждой катушке 5,6. Магнитное демпфирование движени магнита 1 пре- дотвращает большие резонансные биени этого магнита в том случае, когда собствен- на частота датчика или его высших гармо- ник близка к частоте вибраций контро- ируе.мого объекта, the coils 5,6 wound on it, as well as with respect to the sleeve 4, and still immobilize the difference in voltages induced in each coil 5,6. Magnetic damping of the motion of the magnet 1 prevents large resonance beats of this magnet when the self-frequency of the sensor or its higher harmonics is close to the frequency of the vibration of the control object.

намотанным на нем катушками 5,6, а также по отношению к втулке 4 и неподвижно ус- л ет собой разность напр жений, индукти- рованных в каждой катушке 5,6. Магнитное демпфирование движени магнита 1 пре- дотвращает большие резонансные биени этого магнита в том случае, когда собствен- на частота датчика или его высших гармо- ник близка к частоте вибраций контро- лируе.мого объекта, the coils 5,6 wound on it, as well as with respect to the sleeve 4, and still immobilize the difference in voltages induced in each coil 5,6. Magnetic damping of the motion of the magnet 1 prevents large resonance beats of this magnet when the self-frequency of the sensor or its higher harmonics is close to the frequency of vibration of the controlled object.

Claims

1. INDUCTIVE SENSOR

VIBRATION containing housing 11, measuring coils placed therein

5,6 wound on an insulating frame 3, and a permanent magnet 1 with a magnetic suspension made in the form of two additional permanent magnets 9, 10 mounted coaxially and oriented by the same poles relative to the poles of the main permanent magnet, characterized in that, О! < equipped with a sleeve 4 of non-magnetic metal installed between the housing H and the permanent magnets 1,9,10, which are made circular, and measuring coils are installed in the cavity of the main permanent magnet 1 with an applied on its outer surface tiffric coating 2 so that their insulating frame 3 is attached by the ends

7.8 to fixedly mounted additional permanent magnets 9.10.

2. The sensor according to claim i, characterized in that the ratio of the thickness of the sleeve 4 to the outer diameter of the main permanent magnet 1 is in the range of 0.01 - 1.0.

12 34

I I

SU „„ 1432342