[發(fā)明專利]壓電與電磁耦合振動傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910317437.0
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN109995215A
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 穆靜;王長元
• 申請（專利權(quán)）人: 西安工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02K35/02
• 分類號: H02K35/02;H02N2/18
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務(wù)所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發(fā)明涉及一種壓電與電磁耦合振動傳感器，包括筒體，所述筒體內(nèi)構(gòu)成密封的共振腔，在筒體內(nèi)設(shè)置有電磁振動系統(tǒng)和壓電振動系統(tǒng)；外界振動引起電磁振動系統(tǒng)振動產(chǎn)生電磁電信號，電磁振動系統(tǒng)振動時引起共振腔中的氣流波動使壓電振動系統(tǒng)發(fā)生振動產(chǎn)生壓電電信號，實現(xiàn)電磁電信號與壓電電信號的耦合。本發(fā)明電磁振動傳感器和壓電振子安裝于筒體內(nèi)密封的共振腔中，電磁振動傳感器的彈簧——質(zhì)量振動系統(tǒng)在外界振動作用下產(chǎn)生振動，引起腔體中氣流波動，氣流波動帶動壓電振子振動產(chǎn)生壓電電信號，兩種效應(yīng)處于同頻振動，避免信號之間的頻差，便于信號的后期處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及振動傳感器，具體為一種壓電與電磁耦合振動傳感器。本發(fā)明可以用于各種振動檢測，如各種地質(zhì)條件的地質(zhì)勘探、設(shè)備振動、地震監(jiān)測等方面。尤其適用于水聲領(lǐng)域的振動監(jiān)測和海洋、湖泊、沼澤等環(huán)境的地震勘探。

背景技術(shù)

電磁振動傳感器是一種將振動能量轉(zhuǎn)換為電能的機電轉(zhuǎn)換裝置。線圈懸掛于由永磁體所形成的間隙磁場中，振動使線圈與磁體之間產(chǎn)生相對運動，線圈切割磁力線在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，輸出形成電信號。線圈架由彈簧懸掛在振動激勵作用下產(chǎn)生往復(fù)運動，線圈架采用金屬制作，在運動過程中使線圈架在磁場作用線產(chǎn)生電渦流，反過來在磁場中的渦流又使線圈架產(chǎn)生阻尼力，阻止線圈架振動。

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，金屬線圈長度為L垂直于磁通密度B，又垂直于速度v運動，在線圈的兩端產(chǎn)生一電動勢，可按下式計算：

V＝vBL

電壓值正比于地震能量引起的線圈對于磁體的相對速度，可以假設(shè)磁通密度基本上為一常量，可以完成一個電路來監(jiān)測振動傳感器產(chǎn)生的電壓信號，此信號用以探測產(chǎn)生振動結(jié)構(gòu)的特性。

壓電式振動傳感器是基于壓電效應(yīng)的傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成，是一種自發(fā)電式和機電轉(zhuǎn)換式傳感器。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電壓輸出。主要用來測量振動、力等非電的物理量，優(yōu)點是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠和重量輕等。缺點是某些壓電材料需要防潮處理，而且輸出的直流響應(yīng)差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來克服這一缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種壓電與電磁耦合振動傳感器，解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

為了達到本發(fā)明的目的，本發(fā)明提出的方案如下：

一種壓電與電磁耦合振動傳感器，包括筒體，所述筒體內(nèi)構(gòu)成密封的共振腔，在筒體內(nèi)設(shè)置有電磁振動系統(tǒng)和壓電振動系統(tǒng)；外界振動引起電磁振動系統(tǒng)振動產(chǎn)生電磁電信號，電磁振動系統(tǒng)振動時引起共振腔中的氣流波動使壓電振動系統(tǒng)發(fā)生振動產(chǎn)生壓電電信號，實現(xiàn)電磁電信號與壓電電信號的耦合。

進一步的，所述電磁振動系統(tǒng)包括擺架和設(shè)置在擺架上的電磁振動傳感器，所述擺架通過其兩端的軸承支撐機構(gòu)設(shè)置在筒體的壁孔上，擺架可保持電磁振動傳感器始終垂直；在所述擺架兩端設(shè)置轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸的外端連接接線柱，接線柱外端緊壓彈簧壓片；所述電磁振動傳感器的電信號連接轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸將電信號傳至接線柱，接線柱通過彈簧壓片將電信號傳出；所述壓電振動系統(tǒng)包括兩組壓電振子，兩組壓電振子分別設(shè)置在筒體上下兩端，壓電振子的電信號通過筒壁上的絕緣端子輸出。

進一步的，所述軸承支撐機構(gòu)包括軸承座和設(shè)置在軸承座內(nèi)的軸承，軸承座通過螺釘固定在筒體的壁孔上，擺架的兩端設(shè)置在它們所對應(yīng)的軸承中，所述彈簧壓片通過螺釘固定在軸承座外壁并緊壓在接線柱外。

進一步的，所述電磁振動傳感器包括外殼、上磁靴、下磁靴、上線圈架、下線圈架、永磁體、上彈簧片、下彈簧片、上蓋、下蓋和彈簧卡圈；所述上蓋、下蓋均與外殼連接；上磁靴、下磁靴設(shè)置在永磁體上下端；上線圈架、下線圈架設(shè)置在外殼與上、下磁靴之間、套設(shè)在永磁體外，上線圈架、下線圈架上均繞設(shè)線圈；上、下線圈架通過上、下彈簧片和彈簧卡圈懸掛在永磁體外，上、下線圈架可以實現(xiàn)上下振動。