[發(fā)明專(zhuān)利]超低頻伺服式振動(dòng)加速度傳感器及加速度測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111170969.X
• 申請(qǐng)日: 2021-10-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113899917A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周振華;戴志輝;周民瑞;劉鑫
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01P15/08
• 分類(lèi)號(hào): G01P15/08;G01P15/097
• 代理公司: 長(zhǎng)沙惟盛赟鼎知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43228
• 代理人: 黃凱

本發(fā)明屬于振動(dòng)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及超低頻伺服式振動(dòng)加速度傳感器及加速度測(cè)量方法。一種超低頻伺服式振動(dòng)加速度傳感器，它包括：殼體，其內(nèi)部設(shè)有電磁元件、連接軸和金屬質(zhì)量塊，電磁元件包括電磁線(xiàn)圈和環(huán)形永磁體，電磁線(xiàn)圈與殼體固定連接，且環(huán)繞環(huán)形永磁體；連接軸的一端與金屬質(zhì)量塊固定連接，另一端通過(guò)彈性元件與殼體連接；環(huán)形永磁體與連接軸固定連接；控制單元，與電磁線(xiàn)圈連接，對(duì)電磁線(xiàn)圈施加反饋電流，使金屬質(zhì)量塊與殼體的相對(duì)位移為零。本發(fā)明提供的超低頻伺服式振動(dòng)加速度傳感器通過(guò)控制單元對(duì)傳感器機(jī)械系統(tǒng)施加較大的電子質(zhì)量和電子阻尼，提高傳感器的低頻特性，從而使加速度傳感器具有較小的結(jié)構(gòu)尺寸。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于振動(dòng)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及超低頻伺服式振動(dòng)加速度傳感器及加速度測(cè)量方法。

背景技術(shù)

振動(dòng)是一種常見(jiàn)的物理現(xiàn)象，如橋梁振動(dòng)、飛機(jī)機(jī)翼振動(dòng)、車(chē)床振動(dòng)、汽車(chē)振動(dòng)等。大部分情況下，振動(dòng)是有害的，劇烈的振動(dòng)將導(dǎo)致動(dòng)力結(jié)構(gòu)裂紋的萌生和擴(kuò)展，最后導(dǎo)致構(gòu)件的疲勞破壞，進(jìn)而影響機(jī)械裝備的使用壽命；因此準(zhǔn)確測(cè)量各種工程結(jié)構(gòu)的振動(dòng)情況對(duì)于確定結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，研究結(jié)構(gòu)破壞機(jī)制，減少由振動(dòng)造成的損失具有重要意義。

在工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)、精密工程以及科學(xué)研究等實(shí)踐中，要對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制及隔振，測(cè)量該系統(tǒng)的振動(dòng)是極為重要的一環(huán)。傳統(tǒng)的磁電式速度傳感器的輸入速度信號(hào)和輸出電壓呈線(xiàn)性關(guān)系，不需要進(jìn)行積分轉(zhuǎn)化或者其他復(fù)雜運(yùn)算，輸出信號(hào)則不會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，還具有抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、靈敏度高等特點(diǎn)，但傳統(tǒng)的磁電式速度傳感器由于其頻響特性為典型的高通特性，受其機(jī)械結(jié)構(gòu)剛度和共振質(zhì)量的影響，其體積較大，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)，因此需克服傳統(tǒng)磁電式傳感器體積較大的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)的磁電式速度傳感器體積較大這一技術(shù)問(wèn)題，一方面，提供一種體積較小的超低頻伺服式振動(dòng)加速度傳感器；另一方面，提供一種利用超低頻伺服式振動(dòng)加速度傳感器測(cè)量加速度的方法。具體技術(shù)方案如下。

一方面，本發(fā)明提供的一種超低頻伺服式振動(dòng)加速度傳感器包括：

殼體，其內(nèi)部設(shè)有電磁元件、連接軸和金屬質(zhì)量塊，所述電磁元件包括電磁線(xiàn)圈和環(huán)形永磁體，所述電磁線(xiàn)圈與所述殼體固定連接，且環(huán)繞所述環(huán)形永磁體；所述連接軸的一端與金屬質(zhì)量塊固定連接，另一端通過(guò)彈性元件與殼體連接；所述環(huán)形永磁體與連接軸固定連接，且所述連接軸可隨環(huán)形永磁體沿殼體的軸向移動(dòng)；

控制單元，與電磁線(xiàn)圈連接，對(duì)電磁線(xiàn)圈施加反饋電流，使金屬質(zhì)量塊與殼體的相對(duì)位移為零。

此結(jié)構(gòu)，通過(guò)連接軸、電磁元件、金屬質(zhì)量塊和控制單元實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體加速度的測(cè)量；所述電磁線(xiàn)圈環(huán)繞所述環(huán)形永磁體，使傳感器結(jié)構(gòu)緊湊；通過(guò)控制單元對(duì)電磁線(xiàn)圈施加反饋電流，反饋電流產(chǎn)生一個(gè)使金屬質(zhì)量塊與殼體相對(duì)位移為零的電磁力，從而實(shí)現(xiàn)傳感器的設(shè)計(jì)。因此，該加速度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外形尺寸較小、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)。

進(jìn)一步的，所述電磁線(xiàn)圈與所述環(huán)形永磁體間留有間隙，在工作過(guò)程中電磁線(xiàn)圈與環(huán)形永磁體不接觸。未對(duì)電磁線(xiàn)圈施加反饋電流時(shí)，被測(cè)物體振動(dòng)，連接軸隨被測(cè)物體振動(dòng)，環(huán)形永磁體隨連接軸振動(dòng)，環(huán)形永磁體與電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生相對(duì)位移。

進(jìn)一步的，所殼體包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室與第二腔室之間通過(guò)通孔連通；所述通孔內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)向軸承；所述連接軸從第一腔室內(nèi)穿過(guò)導(dǎo)向軸承后伸入第二腔室內(nèi)；所述導(dǎo)向軸承限制連接軸的徑向移動(dòng)，從而提高加速度傳感器的測(cè)量精度。

進(jìn)一步的，所述金屬質(zhì)量塊位于第一腔室內(nèi)，且無(wú)法穿過(guò)導(dǎo)向軸承；所述電磁元件位于第二腔室內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述控制單元包括：渦流計(jì)和PID控制器；所述渦流計(jì)安裝于殼體的端部，用于測(cè)量金屬質(zhì)量塊與殼體的相對(duì)位移；所述PID控制器分別與渦流計(jì)、電磁線(xiàn)圈連接，根據(jù)金屬質(zhì)量塊與殼體的相對(duì)位移向電磁線(xiàn)圈施加反饋電流。

進(jìn)一步的，所述環(huán)形永磁體和電磁線(xiàn)圈同軸布置。