[發明專利]一種基于電壓倍增器的新型振動頻率傳感器系統

在審

• 申請號: 201710360082.4
• 申請日: 2017-05-20
• 公開（公告）號: CN108955863A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 馬建國;趙升;傅海鵬
• 申請（專利權）人: 天津大學（青島）海洋工程研究院有限公司
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于電壓倍增器的新型振動頻率傳感器系統，由壓電能量采集器和信號調理電路組成，通過壓電能量采集器直接檢測正弦振動，并將該振動轉化為相應輸出電壓；利用電壓倍增器、脈沖整形器和低通濾波器搭建信號調理電路；通過信號調理電路對壓電能量采集器的輸出電壓進行處理，得到一個反映振動頻率大小的輸出電壓信號；以實現正弦振動頻率的直接測量，同時簡化振動傳感器系統結構，降低使用成本。

技術領域

本發明屬于傳感器領域，特別涉及到一種基于電壓倍增器的新型振動頻率傳感器系統。

背景技術

機械振動現象普遍存在于生產、生活的方方面面，人們期望控制機械振動以更好地服務于人類的生產、生活。但是大多數情況下，機械振動是無法控制的，而且是有害的，例如：機械軸承的摩擦或偏心將會導致高速精密主軸產生振動，進而影響精密加工的精度；機械共振會加劇機器和旋轉部件的振動，導致機械故障，甚至破壞整個生產系統，造成經濟損失、人員傷亡、環境污染等嚴重后果。為減少機械振動的危害，保證機械設備安全可靠運行，機械振動的實時監測和機械故障的早期診斷是十分重要的。

目前，常用的機械振動實時監測和分析方法包括：振動測量和分析、油樣分析、探傷檢驗、噪聲檢測等，在上述方法中振動測量和分析是一種比較有效的方法。

近年來，市面上出現了多種形式的振動傳感器，大體上可分為兩類：非接觸式傳感器系統和接觸式傳感器系統。其中非接觸式傳感器系統多由電容、電感、光學元件等組成，在某種程度上取得了一定的效果。但是仍有諸多問題需要解決，例如基于電容和電感的傳感器系統抗電磁干擾性能較差；基于光學元件的傳感器系統容易受粗糙表面、不透明氣體、灰塵等因素的影響；另外，非接觸式傳感器系統結構比較復雜、成本較高。相對而言，接觸式傳感器系統則是采用一些傳感器如加速度計或探針測量物體表面的振動，與非接觸式傳感器系統相比，接觸式傳感器系統相對比較簡單、成本較低、同樣可以獲得較好的效果。

然而，現有的振動頻率傳感器系統，無論是接觸式還是非接觸式，都存在以下缺陷：

（1）振動傳感器系統大多數直接測量振動的位移、速度和加速度，而無法直接反映振動頻率的大小；

（2）為了從這些常見的振動傳感器系統中獲取頻率信息，必須增加額外的轉換或處理單元，導致系統更加復雜、冗余，增加了使用成本。

發明內容

針對現有振動頻率傳感器系統存在的問題，發明了一種基于電壓倍增器的新型振動頻率傳感器系統，由壓電能量采集器和信號調理電路組成，通過壓電能量采集器直接檢測正弦振動，并將該振動轉化為相應輸出電壓；利用電壓倍增器、脈沖整形器和低通濾波器搭建信號調理電路；通過信號調理電路對壓電能量采集器的輸出電壓進行處理，得到一個反映振動頻率大小的輸出電壓信號；以實現正弦振動頻率的直接測量，同時簡化振動傳感器系統結構，降低使用成本。

一種基于電壓倍增器的新型振動頻率傳感器系統，如圖1所示，包括：壓電能量采集器和信號調理電路。

所述壓電能量采集器采用壓電懸臂梁結構，壓電能量采集器被夾鉗固定在振動臺上。函數信號發生器產生一個正弦輸出信號，經過功率放大器放大后輸入到振動臺產生相應的正弦振動，以此方式，振動臺為壓電懸臂梁提供確定頻率下的正弦振動。受輸入正弦振動激勵的影響，基于壓電效應，壓電懸臂梁上下兩層的壓電材料因振動而產生拉伸或壓縮形變，形成正弦輸出電壓。因而，壓電能量采集器可以將正弦振動頻率轉換成對應的正弦輸出電壓。

所述信號調理電路由電壓倍增器、脈沖整形器和低通濾波器組成，可用于處理壓電能量采集器的正弦輸出電壓，并輸出一個與振動頻率大小相關的電壓信號。