專利名稱：一種超低頻絕對(duì)振動(dòng)傳感器幅頻特性補(bǔ)償電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種振動(dòng)檢測(cè)工程領(lǐng)域中的超低頻絕對(duì)振動(dòng)檢測(cè)方法，尤其是小質(zhì)量振動(dòng)體或大質(zhì)量振動(dòng)體的局部振動(dòng)檢測(cè)。
背景技術(shù)：
絕對(duì)振動(dòng)是指相對(duì)于慣性空間沒(méi)有靜止參考點(diǎn)(即基準(zhǔn))的振動(dòng)，如海上船舶的顛簸，高層建筑、海洋平臺(tái)、大跨度橋梁和大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械(如水輪發(fā)電機(jī)組)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，空中飛機(jī)的波動(dòng)、地震波動(dòng)等。在絕對(duì)振動(dòng)測(cè)試中，測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法找到靜止不動(dòng)的參考點(diǎn)，一切相對(duì)式測(cè)量方法都難以實(shí)現(xiàn)，必須選用慣性式傳感器測(cè)量。由于上述各類振動(dòng)的主模態(tài)往往集中于低頻段，故對(duì)慣性式傳感器的低頻特性提出了特殊的要求，而目前的慣性式傳感器有如下缺點(diǎn)在超低頻段(IHz以下)，由于輸出信號(hào)完全“淹沒(méi)”在噪聲中，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)頻率的準(zhǔn)確測(cè)量。 為了能夠在超低頻段的測(cè)量能夠較好的反映振動(dòng)信號(hào)的特性，國(guó)內(nèi)外普遍采用的方法是采用軟件信號(hào)處理的方法對(duì)傳感器獲得的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行二次處理，常用的方法如FFT、數(shù)字濾波器、反卷積等。采用軟件的方法實(shí)現(xiàn)超低頻段振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量具有較強(qiáng)的實(shí)用性，但其明顯的缺點(diǎn)是不具有實(shí)時(shí)性。而如果能夠用硬件的方法實(shí)現(xiàn)超低頻段的振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量，則能夠滿足實(shí)時(shí)性的要求。因此，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者試圖在硬件上實(shí)現(xiàn)對(duì)超低頻段振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量。方法一通過(guò)増大慣性質(zhì)量塊質(zhì)量m來(lái)減小傳感器的固有頻率，從而提高傳感器在低頻段的靈敏度。此種方法的缺點(diǎn)也非常明顯傳感器的體積、重量大大增加。國(guó)內(nèi)能測(cè)得O. 5Hz絕對(duì)振動(dòng)頻率的慣性磁電式速度傳感器質(zhì)量重達(dá)十幾公斤。若以此種傳感器用于測(cè)振，則會(huì)因?yàn)橹亓刻蠖淖冋駝?dòng)源本身的振動(dòng)特性，從而限制了其在エ業(yè)場(chǎng)合的應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)能進(jìn)行IHz低頻檢測(cè)的同類傳感器DS-4B-V型外形尺寸達(dá)Φ 150mmX 160mm,重量為2. OKg (北京地震局地震信息技術(shù)研究所研制)。中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所研制的FFS-3短周期地震計(jì)也具有較大的體積和重量。方法ニ 采用頻響展寬的方法來(lái)改善此類傳感器的性能。通過(guò)此方法來(lái)改善傳感器性能的典型產(chǎn)品為丹麥BK公司振動(dòng)傳感器。但此類傳感器的電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，在頻率低于IHz時(shí)，振動(dòng)信號(hào)發(fā)生畸變，從而無(wú)法反應(yīng)真實(shí)的振動(dòng)情況。概括來(lái)說(shuō)，上述慣性式磁電速度傳感器有如下缺點(diǎn)①頻率下限高，傳統(tǒng)的慣性式磁電傳感器固有頻率一般為10-15HZ，因此不能在超低段(く IHz)進(jìn)行エ業(yè)測(cè)量。②重量太，目前，對(duì)傳統(tǒng)的慣性式磁電速度傳感器進(jìn)行改進(jìn)后，可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)頻率為O. 5Hz的振動(dòng)測(cè)量，但其傳感器的重量重達(dá)十幾公斤。③體積大。目前，國(guó)內(nèi)較理想的同類傳感器(DS-4B0V型)外型尺寸為Φ 150mmX 160mmo④需軟件處理。由于大體積的傳感器難以適應(yīng)エ業(yè)測(cè)量，目前多數(shù)慣性式傳感器為實(shí)現(xiàn)超低頻測(cè)量都借助于軟件處理的方法進(jìn)行信號(hào)提取，其缺點(diǎn)也是非常明顯不具有實(shí)時(shí)性。⑤價(jià)格昂貴。⑥經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)膫鞲衅麟娐吩O(shè)計(jì)復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種針對(duì)當(dāng)前慣性磁電式速度傳感器存在的缺點(diǎn)，在保持小體積，輕質(zhì)量的前提下，采用純硬件技術(shù)，以較為簡(jiǎn)單的電路進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)超低頻振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量的超低頻絕對(duì)振動(dòng)傳感器幅頻特性補(bǔ)償電路。本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種超低頻絕對(duì)振動(dòng)傳感器幅頻特性補(bǔ)償電路，其特征在于其包括由電阻、電容及運(yùn)算放大器構(gòu)成的全通模擬濾波器，所述全通模擬濾波器包括ー個(gè)高通濾波器、一個(gè)帶通濾波器和ー個(gè)低通濾波器；所述高通濾波器、帶通濾波器和低通濾波器從左至右依次串聯(lián)；所述高通濾波器、帶通濾波器和低通濾波器 是有源RC濾波器；所述全通模擬濾波器還包括帶阻電路。所述高通濾波器的傳遞函數(shù)為
及5 +^6 及4
-—器、^[
R5 R3+R4 R1C1 R5 R1R2C1C2所述帶通濾波器的傳遞函數(shù)為
+Sf
タ3⑶…Rs ^3+^4及A
K(S)爐+十.w瓦所述低通濾波器的傳遞函數(shù)為
^5+^6 及4I
れ V4(S)R5 R3+R4 R1R2C1C2Λ )—V'(S「S2 ‘R5+R6 R4 SI
Rs R3+ R4 Rs R\R2CxC2。
0本實(shí)用新型超低頻絕對(duì)振動(dòng)傳感器幅頻特性補(bǔ)償電路的有益效果是①頻率下限低，下限頻率低于1Hz，采用網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償?shù)姆椒▽?shí)現(xiàn)了在低頻段較好的頻率特性，克服了傳統(tǒng)的慣性式磁電傳感器在低頻段頻率特性的不足；②進(jìn)行改進(jìn)后的傳感器仍然具有體積小，重量輕的特性，直徑39毫米，高度54毫米，整機(jī)僅150g ;③純硬件結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)；④無(wú)需軟件處理便可獲得較理想的信號(hào)電路結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)； 成本低。

圖I為磁電式振動(dòng)速度傳感器等效力學(xué)模型；[0022]圖2為傳感網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償原理圖；圖3為選頻式頻率特性補(bǔ)償原理硬件實(shí)現(xiàn)圖。
具體實(shí)施方式
如圖I、圖2和圖3所示，本實(shí)用新型的一種超低頻絕對(duì)振動(dòng)傳感器幅頻特性補(bǔ)償電路，包括磁電式振動(dòng)速度傳感器，及設(shè)置在磁電式振動(dòng)速度傳感器內(nèi)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)電路，及設(shè)置在補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)電路內(nèi)，且由電阻、電容及運(yùn)算放大器構(gòu)成的模擬濾波器，所述磁電式振動(dòng)速度傳感器通過(guò)簡(jiǎn)化成由一個(gè)彈性系數(shù)為k，慣性質(zhì)量塊m和阻尼c三部分組成的磁電式振動(dòng)速度傳感器力學(xué)模型，根據(jù)此模型，傳感器的歸ー化傳遞函數(shù)為
權(quán)利要求1.一種超低頻絕對(duì)振動(dòng)傳感器幅頻特性補(bǔ)償電路，其特征在于其包括由電阻、電容及運(yùn)算放大器構(gòu)成的全通模擬濾波器，所述全通模擬濾波器包括一個(gè)高通濾波器、一個(gè)帶通濾波器和一個(gè)低通濾波器，所述高通濾波器、帶通濾波器和低通濾波器從左至右依次串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超低頻絕對(duì)振動(dòng)傳感器幅頻特性補(bǔ)償電路，其特征在于所述高通濾波器、帶通濾波器和低通濾波器是有源RC濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超低頻絕對(duì)振動(dòng)傳感器幅頻特性補(bǔ)償電路，其特征在于所述全通模擬濾波器還包括帶阻電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的超低頻絕對(duì)振動(dòng)傳感器幅頻特性補(bǔ)償電路，其特征在于所述高通濾波器的傳遞函數(shù)為
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的超低頻絕對(duì)振動(dòng)傳感器幅頻特性補(bǔ)償電路，其特征在于所述帶通濾波器的傳遞函數(shù)為
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的超低頻絕對(duì)振動(dòng)傳感器幅頻特性補(bǔ)償電路，其特征在于所述低通濾波器的傳遞函數(shù)為
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種超低頻絕對(duì)振動(dòng)傳感器幅頻特性補(bǔ)償電路，其包括由電阻、電容及運(yùn)算放大器構(gòu)成的全通模擬濾波器，所述全通模擬濾波器包括一個(gè)高通濾波器、一個(gè)帶通濾波器和一個(gè)低通濾波器，所述高通濾波器、帶通濾波器和低通濾波器從左至右依次串聯(lián)，所述高通濾波器、帶通濾波器和低通濾波器是有源RC濾波器；通過(guò)采用所設(shè)計(jì)的傳感器補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)對(duì)磁電式速度傳感器進(jìn)行補(bǔ)償，使得補(bǔ)償后的傳感器在保持傳感系統(tǒng)傳遞函數(shù)不變的前提下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超低頻(1Hz)以下的絕對(duì)振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01H11/00GK202631100SQ201220129238
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者陳希, 余水寶 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)