АВТОНОМНЫЙ ИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК ВИБРАЦИЙ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для автономного контроля и записи параметров вибраций удаленных объектов, например, железнодорожного полотна.
Область использования датчиков диктует достаточно высокие требования к ним, поскольку амплитуда вибраций может достигать при некоторых режимах нескольких десятков микрометров, тогда, как при обычном режиме эксплуатации она составляет микрометры. Другими требованиями, предъявляемыми к датчикам вибрации, являются малые габариты и вес, линейность характеристики преобразования во всем диапазоне измерений и устойчивость против электромагнитных помех.
Известен преобразователь виброскорости (RU Патент №2512881, МПК G01H 11/02, опубл. 10.04.2014) содержащий корпус, размещенную в корпусе двухсекционную измерительную обмотку, охваченную втулкой из магнитного материала, полую немагнитную ось с закрепленным на ней ферромагнитным сердечником и жестко установленную в отверстии основания, а также установленный соосно с сердечником оси и свободно охватывающий ось кольцевой продольно намагниченный постоянный магнит.
Недостатком рассматриваемого устройства является низкая чувствительность измерений, так как они основаны на измерении разности перемещений достаточно жестко закрепленных деталей.
В электродинамическом датчике вибраций (А.С. №693118, МПК G01H 1/06, опубл. 25.10.1979), содержащем корпус из магнитомягкого материала, размещенные в нем измерительные катушки, постоянный магнит с полюсными наконечниками, пружины подвеса магнита к корпусу, два возвратно-поступательных механизма с гидроцилиндрами, поршни, две квазиупругих пружины, каждая из которых выполнена в виде двух дополнительных постоянных магнитов, чувствительность измерений повышена за счет того, что подвижный элемент закреплен с помощью пружинного подвеса и за счет этого снижена инерционность перемещения измерительного элемента. Недостатком этого устройства является его конструктивная сложность и большие массогабаритные характеристики. Следствием является невозможность его использования для измерения вибрации легких объектов.
Известен индуктивный датчик вибраций (А.С. №1432342, МПК G01H 11/02, опубл. 23.10.1988) достаточно малогабаритный, обладающий высокой чувствительностью. По назначению и совокупности существенных признаков он наиболее близок к предлагаемому устройству и принят за прототип.
Известный датчик содержит корпус и изоляционный каркас с намотанными на него встречно катушками индуктивности. Каркас и катушки установлены в полость подвижного кольцевого постоянного магнита с магнитным подвесом, который выполнен в виде установленных соосно постоянных кольцевых магнитов, ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов подвижного кольцевого постоянного магнита. Недостатком прототипа является сложность его конструкции и необходимость наличия зарядного устройства или частой смены источника питания фиксатора или индикатора показаний датчика.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является повышение удобства обслуживания и эксплуатации датчика.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в обеспечении долговременной автономной работы.
Данный технический результат достигается тем, что в индуктивном датчике вибраций, содержащем выполненный из магнитомягкого материала корпус с крышкой с расположенным внутри него изоляционным каркасом, подвижный постоянный кольцевой магнит с магнитным подвесом,
выполненным в виде двух соосно установленных неподвижных кольцевых магнитов, ориентированных одноименными полюсами относительно полюсов подвижного постоянного магнита и две намотанные на каркас включенные встречно катушки индуктивности, новым является то, что подвижный постоянный кольцевой магнит установлен по скользящей посадке на помещенном внутри каркаса стержне из немагнитного материала, а неподвижные магниты расположены в торцах изоляционного каркаса. Кроме двух измерительных катушек на каркас намотаны изолированные от них еще две, также встречно включенные катушки индуктивности. При этом свободные концы измерительных катушек соединены с входом записывающего устройства или, при необходимости фиксации пороговой величины вибраций, с входом компаратора, а свободные концы второй пары катушек соединены через выпрямитель к клеммам заряжаемого аккумулятора.
Расположение обмотки измерительных катушек вне полости корпуса и подвижного постоянного магнита, обеспечивает легкий доступ к ней, благодаря чему корректировка ее параметров не требует разборки всего датчика, а наличие второй пары катушек индуктивности делает возможным зарядку источника питания записывающей или сигнальной аппаратуры и обеспечение автономной работы.
Сущность полезной модели поясняется фигурой, на которой приведен вид датчика.
Индуктивный датчик вибраций состоит из корпуса 1 с крышкой 2, выполненных из магнитомягкого материала. Выбор материала определен необходимостью уменьшения внешних помех. Внутри корпуса 1 размещен изоляционный каркас 3, на который намотаны две включенные встречно измерительные катушки 4. В рассматриваемом примере выполнения каркас 3 выполнен из полиэтиленовой трубки. Внутри каркаса 3 расположен стержень 5 из немагнитного материала с установленным на нем по скользящей посадке кольцевым подвижным магнитом 6. В качестве материала стержня 5 может быть использован фторопласт, поскольку он обладает антифрикционными свойствами. В торцах каркаса 3 соосно расположены неподвижные кольцевые магниты 7, которые ориентированы одноименными полюсами к полюсам подвижного постоянного магнита 6. Кроме двух катушек 4 на каркас намотаны изолированные от них еще две, также встречно включенные катушки 8. Возможна еще намотка этих катушек 8 под катушками 4 или на катушки 4. Свободные концы измерительных катушек 4 соединены с входом записывающего устройства или, при необходимости фиксации пороговой величины вибраций, с входом компаратора (на фиг. не показаны), а свободные концы катушек 8 через выпрямитель подключены к клеммам заряжаемого источника электроэнергии., необходимого для автономной работы устройств записи или сигнализации (на фиг. не показаны).
Устройство работает следующим образом.
При установке индуктивного датчика на вибрирующий объект, подвижный магнит 6 начинает вибрировать, перемещаясь относительно каркаса 3 с намотанными на нем катушками 4 и 8, а также по отношению к неподвижно установленным магнитам 7. Так как каждая пара катушек 4 и 8 включены встречно, то в зависимости от интенсивности движения подвижного магнита 6, в них индуцируется достаточно сильный электрический сигнал в виде напряжения индукции на свободных концах этих катушек. Отталкивающие силы взаимодействующих магнитных полей кольцевого магнита 6 и неподвижных постоянных кольцевых магнитов 7 не позволяют подвижному магниту 6 касаться неподвижных магнитов. Такое магнитное демпфирование движения магнита 6 предотвращает большие резонансные биения этого магнита в том случае, когда собственная частота датчика или его высших гармоник близка к частоте вибраций контролируемого объекта. Внешние помехи демпфируются корпусом. Сигнал со свободных концов катушек 4 подается на записывающее устройство или, при необходимости фиксации пороговой величины вибрации, на вход компаратора, при срабатывании которого происходит включение сигнализации предупреждения или тревоги. Напряжение же со свободных концов катушек 8 подается через выпрямитель на клеммы источника питания этих устройств, обеспечивая его подзарядку и бесперебойность автономной работы.