振动位移传感器:一种低频振动位移传感器及其检测方法

2021/11/11 01:55 · 传感器知识资讯 ·  · 振动位移传感器:一种低频振动位移传感器及其检测方法已关闭评论
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振动位移传感器:一种低频振动位移传感器及其检测方法摘要:本申请公开了一种低频振动位移传感器及其检测方法,通过振动检测模块检测由于被测对象振动而使得线圈和永磁体产生相对运动而生成的位移信号,然后通过信号预处理模块对所述位移信号进行预处理以滤除频率低于预定的低频阈值的位移信号,并根据所

振动位移传感器:一种低频振动位移传感器及其检测方法

摘要:

本申请公开了一种低频振动位移传感器及其检测方法,通过振动检测模块检测由于被测对象振动而使得线圈和永磁体产生相对运动而生成的位移信号,然后通过信号预处理模块对所述位移信号进行预处理以滤除频率低于预定的低频阈值的位移信号,并根据所述位移信号反馈调节所述振动检测模块的固有频率和阻尼比,进而通过信号处理模块生成与所述被测对象的振动位移成比例的信号以检测所述被测对象的振动.这实现了无需静态参考点便可以较为精确地检测高耸建筑物及大跨度建筑物的振动位移的功能.

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振动位移传感器:一种低频振动位移传感器及其检测方法  第1张

振动位移传感器:什么是振动位移传感器,振动速度传感器,振动加速度传感器

振动传感器按照直接测量的物理量分为位移传感器、速度传感器和加速度传感器。
顾名思义,振动位移传感器(常用电涡流传感器)测量的是位移量(间隙变化),振动速度传感器测量的是速度,振动加速度传感器测量的是加速度。速度经过一次积分可以成为位移,加速度经过1、2次积分可以变成速度和位移,但积分通常会引起误差。
传感器的选择与测量的部位和振动频率有关。
一般认为,在低频范围内,振动强度与位移成正比;在中频范围内,振动强度与速度成正比;在高频范围内,振动强度与加速度成正比。大型旋转机械通常用装在轴承上的非接触式电涡流位移传感器来测量转子轴颈的相对振动,用装在机器壳体上的磁电式速度传感器或压电式加速度传感器来测量振动,齿轮和滚动轴承的振动用加速度传感器来测量。
振动位移具体地反映了间隙的大小,振动速度反映了能量的大小,振动加速度反映了冲击力的大小。由于振动能量能够比较准确反映振动的强弱,目前的振动标准倾向于用振动烈度(速度有效值)来作为判断设备的振动状态。
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振动位移传感器:振动位移传感器

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振动位移传感器:一种低频振动位移传感器及其检测方法  第3张

振动位移传感器:电涡流振动位移传感器 ST

电涡流传感器ST-2
是以高频电涡流效应为原理的非接触式位移,振动传感器。可对进入其测量范围内的金属物体的运动参数进行精密地非接触测量.用于机械中的振动和位移、转子与机壳的热膨胀量的长期监测;生产线的在线自动检测和自动控制;科学研究中的多种微小距离和微小运动的测量等。总之,电涡流传感器目前已被广泛应用于能源、化工、医学、汽车、冶金,机器制造,军工,科研教学等诸多领域,并且还在不断地扩展。 电涡流振动位移传感器
ST-2电涡流传感器是在差动位移传感器的基础上集广大用户多年应用实践的要求设计而成的。由于选用了新型进口原料,因此探头部分具有高强度、耐高温,耐压,耐油,耐水浸泡及耐化学腐蚀等突出优点,使传感器满足更多用户的需要,从而得到更广泛的应用。
一、传感器系统主要技术指标
※测试条件:探头、延长电缆在-20℃~150℃,前置器在-20℃~+85℃;相对湿度95%环境中。在室温22℃,标定材料为45#钢
1、通用型传感器
通用传感器指的是国际通用的-24V电源-2V~-18V输出与国外其它厂家的传感器性能相接近并可替代。
1)通用型传感器的主要技术指标:(电源输入-24V )

标 准 传 感 器 规 格

探头直径(mm)

03

05

08

11

18

25

50

线性量程(mm)

0.8

1.5

2

4

6

10

20

灵敏度mV/μ

10

8

8

4

2

0.8

0.4

线性误差(%)

±1.0

±1.0

±1.0

±1.0

±1.0

±1.0

±1.0

互换性误差(%)

2.5

2.5

2.5

2.5

2.5

2.5

2.5

探头温度漂移

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

分辨率 μm/mV

0.1

0.125

0.125

0.25

0.5

1.25

2.5

*小被测面直径 ㎜

10

15

20

30

55

75

150

线性区电压(V)

-2~-10

-2~-12

-2~-18

-2~-18

-2~-14

-2~-10

-2~-10

频率响应KHZ

>5

>5

>5

>5

>5

>5

>5

波纹(mA)

<10 <10 <10 <10 <10 <10 <10 功耗(W) <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 2)普通型传感器的工作温度 温度类型 普通型 高温型 传感器使用的温度区域 -20℃~+80℃ 20℃~+120℃ 前置器使用的温度区域 -20℃~+60℃ 20℃~+80℃ 3、高灵敏度传感器(ST-GL) 对于微小变形或微小振动(通常只有几个微米到几十个微 米),如果选用标准传感器测量,由于非测量干扰信号(或杂波)与测量值相差不大,测量结果不能正确表现出实际情况,此时应选用高灵敏度传感器。高灵敏度传感器是在位移,振动值相同的情况下,靠提高传感器输出的灵敏度,来减少测量的误差。 例如:测量镀膜厚度、高速轴承振动等。 型 号 探头直径(㎜) 灵敏度(mV/μm) 线性量程(μm) GL03(08) 3, 8 20 500 GL03(08) 3, 8 40 200 GL03 (08) 3、 8 60 150 GL03(08) 3、 8 100 80 GL03(08) 3、 8 160 50 4、抗干扰的屏蔽式传感器(ST-PB) 在测量时因周围环境限制(三倍传感头直径范围内有金属物,或一侧贴近金属且现场定标有困难,或传感器在轴瓦内又无法按要求扩大空间)时,可选用屏蔽式传感器,在灵敏度不变的情况下,其量程比标准传感器小。 型 号 PB08 PB11 探头直径(㎜) 8 11 线性量程(㎜) 1 2 其它参数与通用型传感器的主要技术指标相同 5、异型传感器(ST-ET) 随着机械自动化程度的不断提高,越来越多的机械加工、机械制造和机器的使用需要更多现场的在线测量,但有些场合普通的传感器不适合测量的需要,因此,我所针对使用的不同情况为用户量身定做,将传感头制成多种形状,如:长方形、扁平形、环形,筒形;或将其缩小后镶嵌在工作台面的槽,孔内来适应测量的需要。也可利用传感器对不同金属材料测量的不同结果,做成特殊传感器,如:货币识别器等。(其它参数与通用型传感器的主要技术指标相同) 1、旋转机械监测:(见下面典型系统组态图) S T-2型电涡流传感器(包括探头,前置放大器和延长电缆),可以用于测量汽轮发电机的轴振动,轴位移和机壳与转子间的胀差等,ST-1-DCV/DCV和ST-2-DCV/DCA型及ST-1-DC/DCV、ST-1-DC/DCI型传感器都可以直接与计算机接口相连接,进行旋转机械的监测及故障分析并及时发现问题,这些问题包括早期轴裂纹,机壳内部轴的不对中,转子的不平衡,轴承的非正常磨损,以及油膜振动和润滑问题。ST—1型电涡流传感器还可用于蒸汽机、燃汽机,压缩机。透平机械,发电机组,各种离心机械,往复运动机械的振动量、位移量和磨损量的测量。其中的ф8mm和ф1lmm 探头是*常用的两种电涡流传感器。由寸它们结构尺寸小,具有充裕的线性范围,因而可直接测量旋转面。具体测量项目有: (1) 径向振动测量,通过安装在轴的径向位置上相互垂直的两套传感器,可测出转子的不对中,不平衡和轴裂纹等机械故障,并可指示轴承的工作状态; (2) 轴向位置的测量,通过测量轴台阶面,轴端面,可测得其轴向窜动及止推轴承磨损或潜在轴承失效; (3) 可通过测出的轴振动幅值和相角在极坐标图中和波特图中画出故障诊断信息; (4) 对于大型透平机械,在起动时可监测轴的偏心度,ф25mm传感器可用于对大中型蒸汽透平机进行胀差测量.在汽轮机发电机组起动时,测量胀差可使操作者确定机壳和转子的间隙,以免造成严重后果。 以上三种探头都能承受在汽轮机内所能碰到的恶劣环境。 典型的系统组态图 2、用于科研和教学 柔性转子试验台是大专院校、科研院所、进行柔性转子多种振动实验的装置,他可以模拟多种转动机械的振动情况:如转速、振幅、相位、位移进行测量。并利用计算机等现代设备对实验进行科学的分析。 柔性试验台实际上就是一个旋转机械,有一个电动机做为动力,并带动一根具有重块的轴旋转。它在实验室或者教学上应用是非常理想的。该实验台可用来表演在大型旋转机械上发生的振动现象。 柔性转子试验台,其参数可以改变,诸如转子的速度,转子上重块的重量等并且可以使转子产生不平衡,使转子发生弯曲,也可以使转子与定子发生摩擦。产生上述问题时,其结果可以在示波器上和ST-5000A进行观察。 用户可以用试验台来模拟一些机械的工作状态。该试验台可做如下9个基本实验: 1. 刚性转子动平衡。 2. 柔性转子动平衡。 3. 转子的临界转速。 4. 转子结构形式的变化对临界转速的影响。 5. 柔性转子的振型。 6. 转子在振动过程中由于摩擦引起的振动 7. 滑动轴承油膜形成。 8. 滑动轴承油膜震荡。 9. 非接触测量轴的径向振动和轴向位移。 3、其它用途: 测量柴油机燃烧喷咀形阀的上升动作; 测量气缸内活塞的动作; 监测轧辊的压限量; 检测汽车、自行车、摩托车的偏摆; 检测电风扇轴的动平衡、扇叶的动平衡; 监测原子反应堆的料棒振动; 测量船舶螺旋桨各部位的振动; 测量压力机在高下的变形; 测量蒸汽管的热胀量; 测量导弹、火箭发射台在发射时的动态; 判断高速电机的磨损; 测量制动物的移动; 测量建筑物、桥梁、车辆、 飞机、堤坝等实验模型的振动,离心,静力试验时的位移式形变 测量机械构件在受力时相对于零位的位移或形变; 监测精密机床的振动; 大型磨床安装工件时的精密定位; 检测流水线中工件的尺寸公差并自动计数;测量转速; 在线检测管,棒材在冷轧过程中的尺寸公差; 检测长轧钢焊接处的翘曲度; 检测工件的内外径; 检测加热设备隔热材料的厚度; 检测金属表面非金属涂层的厚度 测量纺织机械高速旋转锭子的振动; 汽车、飞机、坦克的耐振试验; 货币真伪的识别;组合新型压力、速度、流量等传感器 工作原理: 将一块金属板放在一个线圈附近,当线圈中有一高频电流通过时,便产生了高频电磁场。此交变磁场通过靠近的金属板,便在金属板表面产生感生电流。即电涡流. (见图2-1) 根据楞次定律、电涡流也产生一个交变磁场。其方向与线圈原磁场方向相反,因此这两个磁场相互迭加,改变了原线圈的阻抗。线圈阻抗的变化即与电涡流效应有关又与静磁学效应有关、即与金属导体的电导率、磁导率、几何形状,线圈的几何参数,激励电流频率以及线圈到金属导体的距离等参数有关。电涡流传感器正是利用这个定律将传感器线圈与被测金属导体之间距离的变化转换成线圈品质因数、等效阻抗和等效电感三个参数的变化。再通过测量.检波、校正等电路变为线性电压(电流)的变化。 (见图2—2)

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