一種基於大阻尼比的雙參量速度和加速度輸出拾振器的製作方法

2023-06-13 21:08:06

專利名稱：一種基於大阻尼比的雙參量速度和加速度輸出拾振器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種振動測量裝置，特別是為工程振動和地震觀測提供了一種基於大阻尼比的雙參量輸出拾振器，可同時測量振動加速度和振動速度。
背景技術：
目前，用于振動測量和地震觀測的傳感器一般只能測量單一振動參量，如電容換能力平衡加速度計、壓電式加速度計、應變式加速度計和線圈換能式加速度計等只能測量加速度；線圈式速度計、無源伺服式速度計等只能測量速度。如需要同時獲得加速度和速度參量，需要使用加速度計和速度計兩種振動傳感器，給用戶帶來不便，增加使用成本；或利用一個加速度計經過信號調理器調理後得到這兩種振動參量，此方法不可避免的要使用到積分器將加速度計的輸出電壓信號經積分後獲得正比於速度的電壓信號，然而積分勢必會帶來誤差，尤其是針對長周期積分時將帶來較大的漂移。
發明內容本實用新型的目的在於克服上述技術中存在的不足之處，提供一種結構緊湊、設計合理，可同時測量振動加速度和振動速度的基於大阻尼比的一種基於大阻尼比的雙參量速度和加速度輸出拾振器。為了達到上述目的，本實用新型採用的技術方案是所述的單自由度系統由彈簧、 阻尼器和運動部分質量塊組成，運動部分質量塊通過彈簧和阻尼器懸置在外殼內，所述的單自由度系統的上部設置有電容換能速度計，電容換能速度計由差動電容器和電容換能器相連組成，差動電容器與運動部分質量塊上端連接，單自由度系統的下部設置有線圈換能大阻尼比加速度計，在運動部分質量塊的下端連接一線圈架，線圈架上繞有輸入線圈和反饋線圈兩組線圈，兩組線圈置於磁路系統的磁縫隙中，並分別與伺服放大器的輸入端和輸出端相連。本實用新型的優點是1、結構緊湊、設計合理，在一個單自由度系統中實現了電容換能的振動速度測量和線圈換能的振動加速度測量；2、利用大阻尼比線圈、換能技術拓寬傳感器的頻率特性和擴大了測量量程，且兩種參量輸出具有相同的幅頻特性和相位特性；3、適用範圍廣，可廣泛用於多種土木水利工程的振動測量和地震觀測。
圖1是本實用新型原理框圖；圖2是本實用新型結構示意圖；圖3是電容換能速度計電原理圖；圖4是線圈換能大阻尼比加速度計電原理圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的實施例作進一步詳細描述。由圖1-圖4可知，本實用新型所述的單自由度系統2由彈簧7、阻尼器12和運動部分質量塊14組成，運動部分質量塊14通過彈簧7和阻尼器12懸置在外殼6內，所述的單自由度系統2的上部設置有電容換能速度計1，電容換能速度計1由差動電容器和電容換能器18相連組成，差動電容器與運動部分質量塊14上端連接，單自由度系統2的下部設置有線圈換能大阻尼比加速度計3，在運動部分質量塊14的下端連接一線圈架15，線圈架15 上繞有輸入線圈16和反饋線圈17兩組線圈，兩組線圈置於磁路系統的磁縫隙中，並分別與伺服放大器19的輸入端和輸出端相連。所述的電容換能速度計1的差動電容器由上極板8、下極板10和活動極板9組成， 上極板8和下極板10分別通過極板連接器11與外殼6相連，活動極板9通過活動極板連接器13與運動部分質量塊14相連。所述的電容換能速度計1的電容換能器18是由電容電壓變換電路23和濾波電路 24組成，差動電容器的三極板和電容電壓變換電路23輸入端相連，電容電壓變換電路23的輸出端與濾波電路M的輸入端相連。所述的磁路系統是由外磁路4和永磁體5組成，永磁體5和外磁路4下部的上端面連接，外磁路4的下部的下端面和外殼6相連，外磁路4和永磁體5的上端有一定磁縫隙。所述的輸入線圈16和反饋線圈17 —端分別與伺服放大器19正輸入端和靈敏度電阻20相連，另一端接地，靈敏度電阻20的另一端接伺服放大器19的輸出端，伺服放大器 19的負輸入端連接輸入電阻21和反饋電阻22，輸入電阻21的另一端接地，反饋電阻22的另一端接伺服放大器19的輸出端。下面詳述其工作原理和過程大阻尼比加速度計的基本原理可用圖2、圖3來描述。在進行振動測量時，拾振器外殼6固定在被測物上，當被測物發生振動時與外殼6相連的磁路系統亦產生振動，運動部分質量塊14相對於外殼3產生相對位移，則線圈架15上的輸入線圈16便由於在磁場內運動而產生了感生電動勢&。該電動勢經伺服放大器19放大後得到輸出電壓ei。同時，輸出電壓ei通過與之相連的靈敏度電阻20輸送到反饋線圈17，由於作用在該線圈上的電壓與感生電動勢es極性相反，使之對與其相連的運動部分質量塊14產生了反向作用力，從而加大了系統的阻尼。系統的運動微分方程為mx + bx + G2i + L· = -mX(a)其中，m為運動部分質量塊14質量，k為彈簧7的彈簧剛度，b為包括空氣阻尼在內的阻尼器12的阻尼力係數,G1為輸入線圈16的機電耦合係數，( 為反饋線圈17的機電耦合係數，&為靈敏度電阻20的電阻，i為流入反饋線圈17中的電流，X為外殼3的運動位移，χ為運動部分質量塊14相對於外殼3的相對位移。其電路方程為[0024]
權利要求1.一種大阻尼比雙參量輸出拾振器，包括單自由度系統O)，其特徵在於所述的單自由度系統O)由彈簧(7)、阻尼器(1 和運動部分質量塊(14)組成，運動部分質量塊(14) 通過彈簧(7)和阻尼器(1 懸置在外殼(6)內，所述的單自由度系統O)的上部設置有電容換能速度計(1)，電容換能速度計(1)由差動電容器和電容換能器(18)相連組成，差動電容器與運動部分質量塊(14)上端連接，單自由度系統( 的下部設置有線圈換能大阻尼比加速度計(3)，在運動部分質量塊(14)的下端連接一線圈架(15)，線圈架(1 上繞有輸入線圈(16)和反饋線圈(17)兩組線圈，兩組線圈置於磁路系統的磁縫隙中，並分別與伺服放大器(19)的輸入端和輸出端相連。
2.根據權利要求1所述的一種大阻尼比雙參量輸出拾振器，其特徵在於所述的電容換能速度計(1)的差動電容器由上極板(8)、下極板(10)和活動極板(9)組成，上極板(8) 和下極板(10)分別通過極板連接器(11)與外殼(6)相連，活動極板(9)通過活動極板連接器(1 與運動部分質量塊(14)相連。
3.根據權利要求1所述的一種大阻尼比雙參量輸出拾振器，其特徵在於所述的電容換能速度計⑴的電容換能器(18)是由電容電壓變換電路03)和濾波電路04)組成，差動電容器的三極板和電容電壓變換電路輸入端相連，電容電壓變換電路的輸出端與濾波電路04)的輸入端相連。
4.根據權利要求1所述的一種大阻尼比雙參量輸出拾振器，其特徵在於所述的磁路系統是由外磁路(4)和永磁體( 組成，永磁體( 和外磁路(4)下部的上端面連接，外磁路的下部的下端面和外殼(6)相連，外磁路(4)和永磁體(5)的上端有一定磁縫隙。
5.根據權利要求1所述的一種大阻尼比雙參量輸出拾振器，其特徵在於所述的輸入線圈(16)和反饋線圈(17) —端分別與伺服放大器(19)正輸入端和靈敏度電阻OO)相連，另一端接地，靈敏度電阻OO)的另一端接伺服放大器(19)的輸出端，伺服放大器(19) 的負輸入端連接輸入電阻和反饋電阻(22)，輸入電阻的另一端接地，反饋電阻 (22)的另一端接伺服放大器(19)的輸出端。
專利摘要本實用新涉及一種基於大阻尼比的雙參量速度和加速度輸出拾振器，所述的單自由度系統由彈簧、阻尼器和運動部分質量塊組成，運動部分質量塊通過彈簧和阻尼器懸置在外殼內，單自由度系統的上部設置有電容換能速度計，電容換能速度計由差動電容器和電容換能器相連組成，差動電容器與運動部分質量塊上端連接，單自由度系統的下部設置有線圈換能大阻尼比加速度計，在運動部分質量塊的下端連接一線圈架，線圈架上繞有輸入線圈和反饋線圈兩組線圈，兩組線圈置於磁路系統的磁縫隙中，並分別與伺服放大器的輸入端和輸出端相連。本實用新型結構緊湊、設計合理，在一個單自由度系統中實現了電容換能的振動速度測量和線圈換能的振動加速度測量。
文檔編號G01P3/42GK202041541SQ20112011586
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月19日 優先權日2011年4月19日
發明者匙慶磊, 孫志遠, 楊學山, 楊巧玉, 楊立志, 王南, 高峰 申請人:中國地震局工程力學研究所, 楊學山, 楊巧玉