[发明专利]一种多轴悬浮式低频振动传感器

说明书

本发明提供一种多轴悬浮式低频振动传感器，由壳体、电磁线圈、立方体形铁磁体、霍尔位移传感器和微弹簧组成。传感器壳体顶部安装有电磁线圈、底部安装有微弹簧，二者共同作用对质量块进行悬浮支撑；利用轴向位移检测电路检测质量块纵向相对位移变化，同时采用霍尔位移传感器敏感质量块水平方向上相对位移变化，实现低频振动信号的多轴测量。采用电磁和铁磁混合结构取代传统低频振动传感器的机械结构，从而有效地降低了系统的机械固有频率，极大的扩展了低频段的测量下限，减小了传感器的体积和重量。该传感器在悬浮结构固定的情况下，系统刚度、阻尼随测量振动信号的量程可变，进一步扩展了该传感器在工程领域的应用范围。

技术领域

本发明属于测试计量仪表领域，具体涉及一种多轴悬浮式低频振动传感器。低频振动传感器广泛应用于航空航天、地震预报及防震减灾、生物医学、核工程以及大型建筑设备等测量和控制领域。

背景技术

振动是外力作用于弹性体后产生周期性运动的一种自然现象，0.01Hz～20Hz之间的振动被称为低频超低频振动。目前常用的低频振动传感器有磁电式振动速度传感器、压电式加速度传感器和电涡流式测振传感器等。电涡流传感器可以不失真地提取低频振动信号，但由于采用相对式测量方法，实际上检测到的是被测振动对象和支撑臂附加振动的叠加信号，测量误差较大。压电式传感器电路体积大、测量时易受电路器件漂移影响，且以一维测量为主，造价昂贵。磁电式传感器直接测量低频振动的速度和位移，测量精度较高、抗干扰能力强。但它的测量范围受振动频率制约，即不能测量低于其固有频率以下的信号。目前国内外大都采用电子技术加入校正网络来扩展此类传感器的频率响应，但由于电路设计复杂以及传感器机械结构限制，能扩展的频率范围有限，且体积庞大、稳定性和可靠性也较差，未能在工业领域广泛应用。

目前国内外已有的低频振动传感器多以一维轴向测量为主，而且研制出的多轴低频振动传感器多为磁电式，例如：中国电子科技集团公司四十九所生产的CS-CD-006型机载振动传感器达到了国际水平，该产品的外形尺寸为Φ40*70mm，测量频率大于20Hz；中国地震局工程力学研究所研制的941B型拾振器，其尺寸达Φ70*80mm，重量达1.5kg，尺寸和重量都比较大，且测试频率受限在一定程度上限制了应用。

因此，设计一种能够同时敏感多方向振动、机械固有频率低、测量范围宽、尺寸小、重量轻的多轴低频振动传感器是十分必要的。本发明的新型多轴悬浮式低频振动传感器采用电磁和铁磁混合的悬浮结构来代替传统惯性式机械结构，这种结构最主要优点就是可以随测量振动信号的量程主动控制系统的支承刚度和阻尼，从而降低系统的机械固有频率。采用磁悬浮式的结构，能有效减小传感器的尺寸和重量，可以灵活应用在各种测量环境下。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供了一种新型的可实现多方向振动参数测量，机械固有频率低、测量下限频率低，系统刚度、阻尼随测量振动信号量程可调、测量范围宽，体积小、重量轻的多轴悬浮式低频振动传感器。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种多轴悬浮式低频振动传感器，包括壳体、电磁线圈、立方体形铁磁体、微弹簧和霍尔位移传感器；电磁线圈的顶端固连在壳体顶部，微弹簧下端固定在壳体底部、微弹簧上端与立方体形铁磁体底部固连，两个霍尔位移传感器分别安装在壳体的两侧，立方体形铁磁体相当于该多轴悬浮式低频振动传感器形成的振动系统中的质量块。

进一步的，电磁线圈、立方体形铁磁体以及微弹簧同轴心，电磁线圈和立方体形铁磁体之间产生一定电磁吸力，在该电磁力与微弹簧产生的轴向拉力共同作用下，质量块保持稳定悬浮。

进一步的，当壳体受到外界振动的冲击时，立方体形铁磁体的悬浮位置发生变化，致使电磁线圈电感变化，利用轴向位移检测电路将电磁线圈电压进行滤波、解调，可获得其轴向位移变化。