數字式振動傳感裝置的集成結構的製作方法
2024-03-10 14:51:15
專利名稱：數字式振動傳感裝置的集成結構的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於儀器裝置領域，特別涉及到一種監測振動時用到的數字式振動傳感裝置的集成結構。
背景技術：
振動傳感裝置，通俗稱之為振動傳感器，有時也稱為地震檢波器，可以放在地面使用，也可以安裝在機井下使用，觀測微振時，一般稱為拾震器、地聽器、震動探測頭等等，其功能是感受外界的震動，並將這種機械震動信號轉換為電信號。它主要包括震動的感受、接收、能量轉換等三大部分。
已有的振動傳感裝置中振動的接收，至今仍採用慣性原理，如圖1a所示，一個彈簧k吊著一個質量塊m(慣性體)，當外界A振動時，m由於慣性與A之間產生一個相對運動，如果在m上連接一個換能器，比如動圈式換能器，如圖1b所示，線圈c與磁鋼作相對運動，線圈上則產生感應電動勢，即外界振動產生的電信號，從線圈抽頭a、b輸出，當外界振動頻率與系統固有諧振頻率相同時將產生共振，因此實際應用時，還要加上一個阻尼器，過去曾採用過液體阻尼器，現早已不用這種方式，而是適當調整線圈迴路的參數，使其產生所需要的電磁阻尼值，可用阻尼常數D1表示，D1值不同，振動系統反應外界振動的頻率響應也不同，可以測算出不同D1值時的幅度-頻率響應曲線。具體換能器的結構有如圖1b動圈式的，也有變電容型的或壓電型的等等。
從裝置的結構而言，基本上有兩種類型，其一為，傳感器裝置單獨為一體，可以是單個分量或多個分量，傳感器產生的模擬信號由導線饋送到另一個裝置裡去進行數據採集和記錄等，這裡就存在了饋線之間的幹擾。數據採集中首先是進行模數(A/D)轉換，將模擬電信號轉換為數字電信號，例如現在國內外地震系統用的儀，石油地質等系統用的地震勘探設備，以及工程上用的測振設備等等；其二是將傳感器、數據採集、GPS時鐘接收、記錄介質、電源等等都組合在一起，形成一個整體，例如國內外地震系統現用的強振儀，實踐中得知，這兩種結構方式都有不便之處，第一種，對微弱電信號而言，由於連接的饋線往往有時能長達數十米至百米，儘管用屏蔽電纜，但仍會引進外界的電磁幹擾，降低了儀器的信噪比及動態範圍，而第二種，外界電磁幹擾的影響雖說是很小了，但裝置內部其他部件對傳感器輸出的微弱模擬電信號的影響則增加了，因而以上的一、二種結構形式都分別存在著外部與內部的幹擾影響。為了克服上述的不足，本設計人開發一種新的產品，其特點是把數據採集部分與振動傳感器做成一體，不需要再外加模數轉換部分，從傳感器輸出的信號就是數位訊號而不是模擬信號，該數位訊號再傳送到另一裝置進行記錄時，無論採用有線與無線傳輸，都不會因為存在傳輸的距離而受幹擾，傳感器的輸出是數位訊號，就有足夠的強度與能力抗電磁幹擾，連接饋線再長些也無關緊要。
目前國內外觀測微振和觀測強振的測量多是分別進行的，如能把微振及強振的觀測集於一體進行並採用數字式傳感器，不僅可以增加抗電磁幹擾能力，還可以節省設備和部件。
發明內容
本實用新型需要解決的技術問題，是針對已有技術中，多數振動傳感器裝置的構成要麼作為單獨一體，它存在著不可避免的外界電磁幹擾；要麼作為將傳感器、數據採集、GPS時鐘接收、記錄介質、電源等統統組合在一起，又存在著儀器內部對微弱模擬電信號的影響，由於這兩種方法都有無法避免的缺陷，故本實用新型的目的是提供一種一體化的數位化振動傳感裝置，以克服上述缺陷，滿足對強振、微振都能方便的進行觀測的要求，本實用新型的目的，是採用以下技術方案來實現的，一種數字式振動傳感裝置的集成結構，包括振動傳感器部分及數據採集部分，該裝置還包括一個裝置機殼及供電饋線，其特徵在於，同時將振動傳感部分及數據採集部分二者集成為一體安裝在所述同一裝置機殼內。
機殼內同時安裝有觀測微振的拾震器及微振數據採集器；用於觀測強振的力平衡式加速度計及強振數據採集器，其輸出端部分別是微振、強振各自的數字電信號。也可以分別包含其中的一種。
所述組裝在一起的觀測微振的拾震器及觀測強振的力平衡式加速度計可以分別具有上下、南北、東西三個分量。
本實用新型的有益效果是，在同一臺裝置中，既可用於觀測弱震又可用於觀測強振，從裝置中傳感器輸出的直接為數位訊號，具有足夠強的抗電磁幹擾能力，還可以節省設備和部件，例如記錄部分、時鐘部分(GPS時鐘)、電源部分等都可以共用，若要建立觀測臺網，則數據傳輸設備也可以共用，這樣可以節省開支，便於維修管理。本裝置較少受外界及儀器內部對信號的幹擾，能廣泛應用於地震研究及工程振動測量中。
圖1a-圖1b表示慣性振動接收及動圈式換能器圖2表示本裝置外形示意圖圖3本數字式地震傳感裝置各部件位置關係圖圖4裝置中觀測強、微振的電路連接原理圖具體實施方式
參照圖1a-圖1b，表示在已有技術中，慣性振動接收及傳統的動圈式換能器的示意圖。
參照圖2，表示數字式地震傳感裝置的外形機箱示意圖，圖中，外殼為L，外殼前方設有前面板，面板上有調節數據的旋鈕，機殼內的4表示三個分量的微振數據採集板，與其平行放置的是三分量加速度計的伺服反饋電路板8和三個分量強振數據採集板9，側邊部為電源饋線安裝板10，參照圖3，表示在外殼L內各部件位置關係示意圖，圖中1表示豎直方向放置的觀測微振用的拾震器正視圖，2是南北方向放置的微振拾震器俯視圖，3為東西方向的微振拾震器俯視圖，採集板4與安裝板10相連，5是豎直方向測強振用的加速度計正視圖，它的側面裝有6，圖中6是南北方向放置的強振加速度計的俯視圖，圖中7是東西方向放置的強振加速度計的俯視圖，其中5、6、7與電路板8相連接，8是三分量加速度計的伺服反饋電路板，它連接著電路板9，9是三個分量強振數據採集板。參照圖4，表示置於外殼L內部標註為1-9的各部分電路連接的原理圖，即分別於豎直方向、南北方向、東西方向的微振拾震器1、2、3的電原理圖及數據採集電路圖4；分別於豎直方向、南北方向、東西方向放置的測強振用的加速度計5、6的電原理圖，標註8、9分別是伺服反饋電路和強振數據採集板電路。
權利要求1.一種數字式振動傳感裝置的集成結構，包括振動傳感器部分及數據採集部分，該裝置還包括一個裝置機殼及供電饋線，其特徵在於，同時將振動傳感器部分及數據採集部分二者集成為一體安裝在所述同一個裝置機殼內。
2.根據權利要求1所述的振動傳感器裝置的集成結構，其特徵在於，所述振動傳感器部分，可以同時包含觀測微振用的拾震器及微振數據採集器；以及觀測強振用的力平衡式加速度計及強振數據採集器，也可以分別包含其中的一種。
3.根據權利要求1所述的振動傳感裝置的集成結構，其特徵在於，所述組裝在一起的觀測微振的拾震器及觀測強振的力平衡式加速度計分別具有上下、南北、東西三個分量。
專利摘要一種數字式振動傳感裝置的集成結構，屬於儀器裝置領域，包括一個裝置外殼及供電饋線，所述裝置外殼內，同時將振動傳感部分及數據採集部分二者集成為一體。在同一臺裝置中，既可用於觀測微振又可用於觀測強振，從裝置中傳感器輸出的直接為數位訊號，具有足夠強的抗電磁幹擾能力，較少受外界及儀器內部對信號的幹擾，能廣泛應用於地震研究及工程振動測量中。
文檔編號G01V1/20GK2788209SQ200420009110
公開日2006年6月14日 申請日期2004年6月14日 優先權日2004年6月14日
發明者萬季梅, 陸建松 申請人:萬季梅