ДАТЧИК ВИБРАЦИЙ

i Ь
ДАТЧИК ВИБРАЦИЙ
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и регистрации механических колебаний различных объектов, машин и сооружений.
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.
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.
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.
При воздействии вибрации на корпус датчика подвижный магнит совершает колебательные движения относительно измерительной катушки, вызывая в ней ЭДС индукции.
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.
G01H 11/02
с магнитным подвесом, выполненным в виде двух установленных неподвижно постоянных магнитов, размещенных соосно и ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов подвижного постоянного макнита.
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.
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.
Положительными качествами прототипа являются малые габариты и высокая надежность при эксплуатации.
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.
Задача,на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности измерений механических колебаний различных объектов.
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 .
Это достигается тем, что в датчике вибраций, содержащем ферромагнитный корпус, закрепленную в нем измерительную катушку,
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.
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.
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.
Продольный разрез датчика вибрации показан на фигуре.
Датчик содержит ферромагнитный корпус 1, закрепленную в нем измерительную катушку 2 и инерционный элемент.
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.
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.
На противоположных торцах корпуса 1 установлены два соосных постоянных магнита 11,12 с возможностью осевого перемещения, например, с помощью винтов 13 и 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.
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.
Одноименная ориентация полюсов основного магнита 3 и дополнительных магнитов б, 7 исключает влияние полей магнитов, образующих магнитный подвес, на выходной сигнал.
Датчик работает следующим образом.
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.
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.
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.
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.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1.Иориш Ю.И. Вибрация. Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1963. Стр.532.
2.Авторское свидетельство СССР N 1821649, кл. G01H 11/02;
I993rv SU 22 зэ i993i
3.Авторское свидетельство СССР N 1302147, кл. G01H 11/02;
1987гуЛ/ /v /J jc,