[发明专利]一种磁电式智能数字振动速度传感器超低频实现方法

说明书

技术领域

本发明属于磁电式速度传感器制造技术领域，具体涉及一种磁电式智能数字振动速度传感器超低频实现方法。

背景技术

超低频振动是一种常见的物理现象，矿井井架、井塔、高层建筑物、铁路、公路桥梁、水坝的振动都属此类，地震波也是这种振动方式的产物。这类振动具有振动频率低（1Hz以下频率成份极丰富）、振幅大（可高达10mm以上）、破坏力强等特点。它在正常情况下对人们的日常生活没有太大影响，然而一旦超过允许的极限将会对社会生产和生活造成极大的危害。因此在工程技术领域，超低频振动的测试与研究一直受到高度重视。但在工程测试中，常用的磁电式振动速度传感器，由于其下限频率都在13Hz以上，导致超低频测试精度不能满足工程要求。

目前多数采用的串连校正电路的方法来降低磁电式振动传感器的测试频率，即“基于模拟滤波技术对传感器传递函数进行电路模拟补偿与校正”，在理论、实际中均得到了验证，也取得了良好的效果；但在批量生产和产品化上遇到多个难题无法解决，因此其只能作为实验室研究。

磁电式振动速度传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。磁电式振动速度传感器有时也称作电动式或感应式传感器，它只适合进行动态测量。

磁电式振动速度传感器由于具有输出信号大、后续电路简单及抗干扰能力强的优点，在低频传感器中得到了广泛应用。它是一种惯性式传感器，为单自由度系统，其频域具有二阶高通特性。受系统的固有频率制约，通常可测频率要高于速度传感器的3倍固有频率。目前工程测量用磁电式振动速度传感器的机械结构固有频率一般不低于4Hz，因而测量频率在13Hz以上，因此不能满足超低频测试的需要。

磁电式惯性速度传感器,是测量超低频绝对振动的主要传感器之一,其力学模型可简化为一个弹性系数为k的弹簧,惯性质量块m和阻尼C三部分组成的单自由度系统。

要直接检测超低频绝对振动,磁电式速度传感器有其机械结构上的先天不足。

由对传感器进行标定,求出其灵敏度、固有频率、阻尼比和幅频特性等，但是，需要根据每个传感器的个体进行独立分析后才能设计出反馈网络电路及补偿校正网络电路。这种设计后电路板需要根据不同传感器个体的机器结构差异进行电路调整，该调整过程只能由人工完成，因此很难批量生产，精度也与操作人员的人为因素有很大关联，因此即使生产成本也很高。

发明内容

本发明的目的是在磁电式速度传感器数字化基础上，结合磁电式绝对振动速度传感器的力学模型分析，利用“数字滤波技术进行数字信号补偿校正”代替传统“基于模拟滤波技术,对传感器传递函数进行电路模拟补偿与校正”，从而展宽磁电式振动速度传感器的频响，能够解决工程爆破振动测试领域超低频测试实际问题，可以大大降低超低频磁电式速度传感器的制造成本，实现超低频磁电式速度传感器的批量生产，具有广阔的应用前景。

本发明采用的技术方案是：一种磁电式智能数字振动速度传感器超

低频实现方法，包括以下步骤：

S1，对采用的磁电式速度传感器进行标定分析，建立数字补偿法的数学模型，要求采用的磁电式速度传感器机芯应在1Hz，其参考速度灵敏度在50mv/cm/s以上，目前国内正规生产企业的产品均能满足该要求；

S2，在出厂时对数学模型关键点参数进行实际标定并写入数字磁电式速度传感器中，关键点参数为1-10Hz内的超低频段，要求最少每1Hz标定一次参考速度灵敏度，并且每个频率的线性幅值度小于±5%，目前工程爆破标定中心设备完全可以实现出厂时关键参数的标定；

S3，在实际测量过程中利用FFT（快速傅里叶变换）求得实测波形的FFT主频，然后将频率和实测电压值带入数字补偿法的数学模型求得其实际振动速度，现场实际测试结果表明：采用磁电式智能数字振动速度传感器超低频实现方法的设备与价格昂贵的传统低频磁电式振动速度传感器采集的数据基本一致，误差小于±5%。

进一步地，所述步骤S3具体为：

S31，根据对传感器进行的标定,求出其灵敏度、固有频率、阻尼比和幅频特性，然后利用快速付里叶变换的方法直接实现公式：

的补偿效果；