旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)用全差分傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)用全差分傳感器，包括底部開(kāi)有一螺孔9的基座1、頂部安裝有引線接頭3的屏蔽罩2、由質(zhì)量塊固定螺釘8通過(guò)質(zhì)量塊5緊固在基座1上部凹槽中的振動(dòng)沖擊敏感元件6、由電荷放大器固定螺釘7固定于基座1頂部的電荷放大器4，傳感器通過(guò)螺孔9安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的被監(jiān)測(cè)部位，振動(dòng)沖擊敏感元件6拾取旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)并差分輸出至電荷放大器4，電荷放大器4的工作電源及其差分輸出信號(hào)通過(guò)引線接頭3連接屏蔽雙絞線傳輸至監(jiān)測(cè)裝置，振動(dòng)沖擊敏感元件6、電荷放大器4安裝在由基座1、屏蔽罩2和引線接頭3組成的密封金屬腔體內(nèi)部，能有效抑制旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)工況環(huán)境的強(qiáng)電磁干擾，使旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。
【專利說(shuō)明】
旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)用全差分傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器，尤其是一種用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)的全差分振動(dòng)沖擊傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械長(zhǎng)期處于高速、重載的工作狀態(tài)，由于其工作面接觸應(yīng)力的長(zhǎng)期反復(fù)作用，極易引起軸承疲勞、裂紋和壓痕等故障，導(dǎo)致軸承發(fā)熱、轉(zhuǎn)軸斷裂，給旋轉(zhuǎn)機(jī)械帶來(lái)額外的沖擊振動(dòng)，繼而產(chǎn)生“熱軸”或者其他故障;為此，必需對(duì)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的關(guān)鍵部件進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷。由于大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行工況復(fù)雜，關(guān)鍵部件工作環(huán)境惡劣、干擾因素繁多，常易受到?jīng)_擊、摩擦等外部作用，這是大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器的設(shè)計(jì)與制作中難以解決的問(wèn)題。
[0003]在對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷時(shí)，監(jiān)測(cè)裝置及傳感器所受到的電磁干擾主要有:(I)旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟動(dòng)、停止的干擾:旋轉(zhuǎn)機(jī)械的啟動(dòng)、停止的操作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一系列高頻率、前沿陡峭的瞬變電磁脈沖，并以阻尼振蕩波的形式向周?chē)臻g傳導(dǎo)和輻射能量，對(duì)監(jiān)測(cè)裝置構(gòu)成阻尼振蕩波干擾和阻尼振蕩磁場(chǎng)干擾。(2)儲(chǔ)能元件產(chǎn)生的干擾:旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)由于儲(chǔ)能元件的存在，電容兩端的電壓、電感中的電流均不能發(fā)生突變，在運(yùn)行狀態(tài)變化過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)衰減振蕩的暫態(tài)過(guò)電壓;這些暫態(tài)過(guò)電壓產(chǎn)生的振蕩波通過(guò)互感器等傳導(dǎo)耦合到監(jiān)測(cè)裝置電路當(dāng)中去；這種情況下，在監(jiān)測(cè)裝置中就會(huì)出現(xiàn)大量高頻的、振蕩的、快速衰減的交流電壓分量。(3)雷電引起的暫態(tài)干擾:雷電是自然界產(chǎn)生的劇烈電磁干擾，可以通過(guò)直接雷擊輸電線路或者電氣設(shè)備，然后經(jīng)過(guò)線路傳入或感應(yīng)耦合到監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)部；由于雷電具有大量的放電電流，會(huì)在雷擊周?chē)a(chǎn)生交變的電磁場(chǎng)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的金屬導(dǎo)體或者接地網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，很容易造成旋轉(zhuǎn)機(jī)械絕緣的損害，由于雷電感應(yīng)的作用，監(jiān)測(cè)裝置的信號(hào)線可能產(chǎn)生浪涌高壓脈沖且由于空間輻射耦合以及傳導(dǎo)耦合也可能造成不正常的運(yùn)行或者誤診。(4)運(yùn)行中電氣設(shè)備的干擾:運(yùn)行中的電氣設(shè)備中的工頻電流產(chǎn)生工頻磁場(chǎng)，對(duì)監(jiān)測(cè)裝置產(chǎn)生干擾;工頻磁場(chǎng)波形為工頻正弦波形，在正常情況下，由工頻電流所產(chǎn)生的穩(wěn)定磁場(chǎng)相對(duì)較小;但在故障狀態(tài)下電流伴生的磁場(chǎng)就比較強(qiáng)，不過(guò)持續(xù)時(shí)間很短，直到保護(hù)設(shè)備動(dòng)作為止。(5)射頻干擾:無(wú)線電臺(tái)、電視臺(tái)、移動(dòng)電話等都是監(jiān)測(cè)裝置正常工作的射頻干擾源，對(duì)監(jiān)測(cè)裝置構(gòu)成射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)干擾和射頻電磁場(chǎng)輻射干擾。(6)靜電放電干擾:當(dāng)一個(gè)被靜電充過(guò)電的絕緣材料接觸到另外的導(dǎo)體的時(shí)候，其所攜帶的電荷會(huì)經(jīng)過(guò)導(dǎo)體釋放，這種靜電放電的過(guò)程會(huì)有短暫的放電電流并伴隨著很強(qiáng)的電磁場(chǎng);靜電放電的特點(diǎn)是波前時(shí)間只有Ins左右，帶有數(shù)十納秒的阻尼波尾，具有顯著的破壞性:使電子元器件故障、損壞或控制系統(tǒng)失靈，也可能使計(jì)算機(jī)程序出錯(cuò)或丟失數(shù)據(jù)。(7)諧波干擾:隨著電力電子器件的廣泛應(yīng)用，諧波污染已經(jīng)成為電網(wǎng)的公害;諧波、諧間波、載波信號(hào)對(duì)設(shè)備的主要影響是干擾其正常的工作狀態(tài)，影響測(cè)量的準(zhǔn)確度和動(dòng)作的可靠性等。(8)旋轉(zhuǎn)機(jī)械接地故障的暫態(tài)干擾:旋轉(zhuǎn)機(jī)械如果發(fā)生短路接地情況，電流流經(jīng)接地點(diǎn)和直接接地的變壓器中性點(diǎn)形成回路，這時(shí)接地點(diǎn)和接地網(wǎng)的電位將升高，如果監(jiān)測(cè)裝置的接地點(diǎn)靠近故障設(shè)備，將會(huì)在監(jiān)測(cè)裝置電路中形成干擾電壓;該干擾頻率也從幾kHz到幾百kHz，且暫態(tài)電壓可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常電壓，對(duì)監(jiān)測(cè)裝置的影響程度不言而喻。綜上所述，旋轉(zhuǎn)機(jī)械監(jiān)測(cè)工況下常見(jiàn)的電磁干擾有:阻尼振蕩波干擾、阻尼振蕩磁場(chǎng)干擾、電快速瞬變脈沖群干擾、浪涌(沖擊)干擾、脈沖磁場(chǎng)干擾、工頻磁場(chǎng)干擾、射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)干擾、射頻電磁場(chǎng)輻射干擾、靜電放電干擾、諧波干擾、工頻頻率變化干擾、直流電源輸入端口紋波干擾等。
[0004]現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)械故障監(jiān)測(cè)中所采用的振動(dòng)沖擊傳感器大都是單端輸出信號(hào)方式，難以滿足旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行工況要求，常因復(fù)雜的電磁干擾而出現(xiàn)誤診、漏診，嚴(yán)重時(shí)造成監(jiān)測(cè)裝置或傳感器損壞。因此，開(kāi)發(fā)一種適用于滿足旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行工況的振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)目前旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)中所采用振動(dòng)沖擊傳感器存在的不足，本實(shí)用新型公布了一種用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)的全差分振動(dòng)沖擊傳感器。
[0006]本專利采用的技術(shù)方案是:一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)用全差分傳感器，包括底部開(kāi)有一螺孔9的基座1、頂部安裝有引線接頭3的屏蔽罩2、由質(zhì)量塊固定螺釘8通過(guò)質(zhì)量塊5緊固在基座I上部凹槽中的振動(dòng)沖擊敏感元件6、由電荷放大器固定螺釘7固定于基座I頂部的電荷放大器4，其特征在于:傳感器通過(guò)螺孔9安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的被監(jiān)測(cè)部位，振動(dòng)沖擊敏感元件6拾取旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)并差分輸出至電荷放大器4的差分輸入，電荷放大器4的工作電源及其差分輸出信號(hào)通過(guò)引線接頭3連接屏蔽雙絞線傳輸至監(jiān)測(cè)裝置，振動(dòng)沖擊敏感元件6、電荷放大器4安裝在由基座1、屏蔽罩2和引線接頭3組成的密封金屬腔體內(nèi)部。
[0007]在本實(shí)用新型中，振動(dòng)沖擊敏感元件6是一個(gè)由兩片相同的壓電晶片串聯(lián)而成的差分輸出方式信號(hào)源，由晶片串聯(lián)節(jié)點(diǎn)B端施加工作電壓并分別從晶片的A、C端引出傳感信號(hào)。
[0008]在本實(shí)用新型中，電荷放大器4是一個(gè)由低功耗低噪聲雙運(yùn)放ICl，電阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7和電容C1、C2、C3組成的單電源全差分放大器;C1、C2為電源退耦電容，電阻R4、R5與電容C3—起為振動(dòng)沖擊敏感元件6提供工作電壓，振動(dòng)沖擊敏感元件的輸出端A、C經(jīng)兩根同樣長(zhǎng)度的導(dǎo)線分別連接至運(yùn)放IC1A、IC1B的同相輸入端，電阻R6為振動(dòng)沖擊敏感元件的阻抗匹配電阻，雙運(yùn)放ICl與電阻Rl、R2、R3組成一個(gè)全差分放大電路，電阻R7為傳感器輸出引線的線路阻抗匹配電阻。
[0009]在本實(shí)用新型中，引線接頭3為一個(gè)四芯金屬殼航空插座，其四個(gè)芯線分別連接傳感器電源VCC、傳感器地GND、差分輸出正Va+和差分輸出負(fù)Va-；所述的引線為一根兩端分別接有四芯金屬殼航空插頭的四芯屏蔽電纜，其四根芯分別兩兩對(duì)絞，一組對(duì)絞線連接VCC、GND，另一組對(duì)絞線連接Va+、Va_，屏蔽層僅與傳感器端的航空插頭外殼連接。
[0010]在本實(shí)用新型中，傳感器安裝是通過(guò)底部螺孔9連接用于傳感器固定的良導(dǎo)電性的永磁體或螺釘以將傳感器固定于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的被監(jiān)測(cè)部位。
[0011]本實(shí)用新型傳感器的有益效果是，將敏感元件和電路均安裝在屏蔽罩、基座、引線接頭一起形成的密閉金屬空腔內(nèi)，工作電源和傳感信號(hào)均連接于引線接頭且通過(guò)屏蔽雙絞線傳輸，可有效抑制旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)工況環(huán)境的強(qiáng)電磁干擾，使旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。
【附圖說(shuō)明】

[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型專利作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0013]圖1是本實(shí)用新型的剖面結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖中:1.基座，2.屏蔽罩，3.引線接頭，4.電荷放大器，5.質(zhì)量塊，6.振動(dòng)敏感器件，
7.電荷放大器固定螺釘，8.質(zhì)量塊固定螺釘，9.傳感器固定連接螺孔。
[0015]圖2是本實(shí)用新型的壓電效應(yīng)不意圖；
[0016]圖中:A、B、C.銅片電極，D.絕緣隔膜，E.壓電晶片。
[0017]圖3是本實(shí)用新型的電路原理圖；
[0018]圖中:3.引線接頭，6.振動(dòng)沖擊敏感元件。
[0019]圖4是本實(shí)用新型的引線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5是本實(shí)用新型的外形圖。
[0021]圖6是本實(shí)用新型的俯視圖。
[0022]圖7是本實(shí)用新型的仰視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]參見(jiàn)附圖1，一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)用全差分傳感器，它由底部開(kāi)有一螺孔9的基座1、頂部安裝有引線接頭3的屏蔽罩2、由質(zhì)量塊固定螺釘8通過(guò)質(zhì)量塊5緊固在基座I上部凹槽中的振動(dòng)沖擊敏感元件6、由電荷放大器固定螺釘7固定于基座I頂部的電荷放大器4等四個(gè)部分組成。傳感器安裝是通過(guò)其基座I底部的螺孔9連接用于傳感器固定的良導(dǎo)電性的永磁體或螺釘以將傳感器固定于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的被監(jiān)測(cè)部位，振動(dòng)沖擊敏感元件6拾取旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)并差分輸出至電荷放大器4的差分輸入，電荷放大器4的工作電源及其差分輸出信號(hào)通過(guò)引線接頭3連接連接屏蔽雙絞線傳輸至監(jiān)測(cè)裝置，振動(dòng)沖擊敏感元件6、電荷放大器4安裝在由基座1、屏蔽罩2和引線接頭3組成的密封金屬腔體內(nèi)部。
[0024]形成電磁干擾必須同時(shí)具備三個(gè)要素:干擾源、敏感設(shè)備、耦合途徑。旋轉(zhuǎn)機(jī)械工況環(huán)境中不同種類型的干擾對(duì)監(jiān)測(cè)裝置與傳感器會(huì)造成不同的影響，為了更好地分析不同干擾對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)械故障監(jiān)測(cè)裝置的影響，首先對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械工況環(huán)境中的干擾信號(hào)進(jìn)行分類。按照干擾源所在地不同可以將干擾分為內(nèi)部干擾和外部干擾。電磁干擾主要有兩種傳播方式:傳導(dǎo)和福射，根據(jù)傳播機(jī)理的不同可以將電磁干擾分為傳導(dǎo)干擾和福射干擾。按照干擾信號(hào)頻率不同可以將干擾分為低頻干擾和高頻干擾，低頻干擾以工頻電流和電壓，以及低次諧波為主，也包括頻率低于IMHz的振蕩；高頻干擾以頻率高于IMHz的高頻振蕩和無(wú)線電信號(hào)為主，也包含快速瞬變干擾，這種干擾頻譜含量也較為豐富。按照干擾作用方式的不同可以將干擾分為差模干擾和共模干擾，差模干擾主要存在于信號(hào)回路中，與正常的信號(hào)疊加在一起;而共模干擾一般是由地電位升高引起的，主要存在于導(dǎo)線與大地之間。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械工況環(huán)境中，干擾源是客觀存在的，而振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器自身就是敏感設(shè)備，要抑制干擾對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)械故障監(jiān)測(cè)裝置的影響就只有減少耦合途徑了。為此，本實(shí)用新型振動(dòng)沖擊敏感元件6、電荷放大器4安裝在由傳感器殼體和引線接頭組成的密封金屬腔體內(nèi)部，并通過(guò)傳感器基座I底部的螺孔9連接用于傳感器固定的良導(dǎo)電性的永磁體或螺釘以將傳感器固定于旋轉(zhuǎn)機(jī)械被監(jiān)測(cè)部位的殼體上，而旋轉(zhuǎn)機(jī)械的殼體通常是與地網(wǎng)可靠連接的；因此，本實(shí)用新型附圖1所示的技術(shù)方案可有效抑制輻射干擾。
[0025]參見(jiàn)附圖2，A、B、C為銅片電極，D為絕緣隔膜，E為壓電晶片;本實(shí)用新型振動(dòng)傳感器的振動(dòng)沖擊敏感元件是一個(gè)由兩片相同的壓電晶片串聯(lián)而成的差分輸出方式信號(hào)源，由晶片串聯(lián)節(jié)點(diǎn)B端施加工作電壓并分別從晶片的A、C端引出傳感信號(hào)；質(zhì)量塊固定螺釘8通過(guò)質(zhì)量塊5緊固在基座I上部凹槽中，與其連接的電荷放大器4由電荷放大器固定螺釘7固定于基座I頂部;該振動(dòng)沖擊敏感元件的工作原理是利用壓電晶體片的壓電效應(yīng)來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行中機(jī)械關(guān)鍵部件的振動(dòng)和沖擊。壓電晶體的材料是一種離子型晶體電介質(zhì)，不僅在電場(chǎng)力作用下，而且在機(jī)械力作用下，都會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象；即:在這些電介質(zhì)的一定方向上施加機(jī)械力而產(chǎn)生變形時(shí)，就會(huì)引起它內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生電的極化，從而導(dǎo)致其兩個(gè)相對(duì)表面(極化面)上出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷，且其電位移與外應(yīng)力張量成正比；當(dāng)外力消失，又恢復(fù)不帶電原狀;當(dāng)外力變向，電荷極性隨之而變。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)，或簡(jiǎn)稱壓電效應(yīng)。本實(shí)用新型傳感器的振動(dòng)沖擊敏感元件屬于壓電式加速度傳感器，采用中心壓縮結(jié)構(gòu)形式，受振時(shí)質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化，當(dāng)被測(cè)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測(cè)加速度成正比；其原理利用壓電晶體的電荷輸出與所受的力成正比，而所受的力在敏感質(zhì)量一定的情況下與加速度值成正比，即在一定條件下，壓電晶體受力后產(chǎn)生的電荷量與所感受到的加速度值成正比。本實(shí)用新型傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)為:最大沖擊加速度1000g，最高頻響頻率16kHz，完全滿足旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)械故障振動(dòng)監(jiān)測(cè)的要求。由于旋轉(zhuǎn)機(jī)械工況下的電磁干擾復(fù)雜且嚴(yán)重，壓電晶體本身具有對(duì)電場(chǎng)敏感的特性，為此，本實(shí)用新型傳感器的振動(dòng)沖擊敏感元件為差分輸出方式，其輸出的電荷經(jīng)全差分電荷放大器后就成為正比于所受外力的電量輸出，該輸出方式可有效的抑制共模干擾，極大地提高了傳感器的信噪比。
[0026]參見(jiàn)附圖3，電荷放大器是一個(gè)由低功耗低噪聲雙運(yùn)放1(:1，電阻1?1、1?2、1?3、1?4、1?5、R6、R7和電容Cl、C2、C3組成的單電源全差分放大器;其輸入、輸出均為帶阻抗匹配的差分方式，能有效抑制輸入、輸出引線上的共模干擾與差模干擾。ICl為低功耗低噪聲雙運(yùn)放，可選型號(hào)有:AD8572、AD8599、0P285、0P297、LI1012等；電容C1、C2、C3選擇高頻噪聲抑制性能較好的COG電容，電阻町、1?2、1?、1?4、1?5、1?6、1?7選擇溫度特性系數(shù)較好的金屬膜電阻。電容(:1、C2為電源退耦電容，電阻R4、R5與電容C3—起為振動(dòng)沖擊敏感元件6提供工作電壓，振動(dòng)沖擊敏感元件的輸出端A、C經(jīng)兩根同樣長(zhǎng)度的導(dǎo)線分別連接至運(yùn)放IC1A、IC1B的同相輸入端，雙運(yùn)放ICl與電阻Rl、R2、R3組成一個(gè)全差分放大電路，電阻R6為振動(dòng)沖擊敏感元件的阻抗匹配電阻，電阻R7為傳感器輸出引線的線路阻抗匹配電阻。輻射干擾是以電磁波的形式通過(guò)空間傳播的，而傳導(dǎo)干擾是沿著導(dǎo)線傳播的電磁干擾，主要可以分為4種，分別是:電容耦合(電場(chǎng)耦合)、電感耦合(磁場(chǎng)耦合)、電磁場(chǎng)耦合和公共阻抗耦合;電與磁總是相生相伴的，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的實(shí)際工況現(xiàn)場(chǎng)，不存在純粹的電場(chǎng)或者磁場(chǎng)，所以嚴(yán)格的說(shuō)，電磁場(chǎng)耦合包括電容耦合和電感耦合;但為了研究的方便，當(dāng)測(cè)量點(diǎn)到干擾源的距離小于0.167倍干擾波最大波長(zhǎng)時(shí)，我們可以簡(jiǎn)單等效認(rèn)為，高電壓對(duì)應(yīng)電容耦合，大電流對(duì)應(yīng)電感耦合；當(dāng)測(cè)量點(diǎn)到干擾源的距離大于0.167倍干擾波最大波長(zhǎng)時(shí)，干擾源產(chǎn)生的干擾看作輻射干擾。對(duì)于本實(shí)用新型傳感器而言，這些干擾的影響通常是:(I)存在于信號(hào)回路中，與正常的信號(hào)疊加在一起而形成差模干擾；(2)干擾接地網(wǎng)，導(dǎo)致地電位升高，引起的信號(hào)線與地之間電壓變化而形成共模干擾。為有效地抑制差模干擾和共模干擾對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)的影響，本實(shí)用新型傳感器的技術(shù)方案是:(I)從振動(dòng)沖擊敏感元件到電荷放大器輸出均采用差分方式電路結(jié)構(gòu)，可有效抑制信號(hào)輸入、輸出線上的共模干擾；(2)在振動(dòng)沖擊敏感兀件的輸出引線A、C到電荷放大器的輸入接點(diǎn)處并聯(lián)電阻R6，該電阻的取值應(yīng)與振動(dòng)沖擊敏感元件的阻抗相匹配，可有效抑制振動(dòng)沖擊敏感元件輸出引線上的差模干擾;(3)在電荷放大器的輸出引線接點(diǎn)處并聯(lián)電阻R7，該電阻的取值應(yīng)與傳感器輸出路徑到監(jiān)測(cè)裝置的信號(hào)電纜內(nèi)雙絞線的線路阻抗相匹配，可有效抑制傳感器輸出信號(hào)線上的差模干擾。注:在監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)部的本實(shí)用新型傳感器的輸入接點(diǎn)處也要并聯(lián)一個(gè)值阻與R7相同的電阻。由于不同批次生產(chǎn)的壓電晶片在靈敏度上是存在差異的，本實(shí)用新型傳感器的電阻R3用于調(diào)節(jié)全差分放大器的放大倍數(shù)以適應(yīng)靈敏度不同的振動(dòng)沖擊敏感元件的應(yīng)用要求，差分放大器的放大倍數(shù)為:
[0027]A=1+(R1+R2)/R3
[0028]在傳感器整定過(guò)程中，R3由可變電阻器替代，整定完成后將R3換為相應(yīng)阻值的固定電阻。
[0029]由附圖4可知，本實(shí)用新型傳感器的引線接頭為一個(gè)四芯金屬殼航空插座，其四個(gè)芯線分別連接傳感器電源VCC、傳感器地GND、差分輸出正Va+和差分輸出負(fù)Va-；傳感器引線為一根兩端分別接有四芯金屬殼航空插頭的四芯屏蔽電纜，其四根線芯分別兩兩絞合，一組對(duì)絞線連接VCC、GND，另一組對(duì)絞線連接Va+、Va-，四芯屏蔽電纜的屏蔽層僅與傳感器端的航空插頭外殼連接，以避免多點(diǎn)接地而因地電位差異引入的干擾。傳感器的工作電源可在3.0?5.5V之間選擇，具體應(yīng)在滿足雙運(yùn)放ICl工作電源要求的前提下盡量選擇較低等級(jí)的傳感器工作電源電壓，以降低傳感器的靜態(tài)功耗；同時(shí)，電阻R4、R5的阻值應(yīng)大于1K Ω，電阻Rl、R2的阻值應(yīng)大于100KΩ。四芯屏蔽電纜的線芯由銅絲或鍍錫銅絲絞合而成，均采用F46絕緣，并由絕緣的顏色加以區(qū)分，如:VCC紅色、GND黑色、Va+綠色、Va-黃色;連接VCC、GND的絞合線芯的截面積為0.5mm2，連接Va+、Va-的絞合線芯的截面積為0.3mm2;線芯兩兩絞合的節(jié)距不大于15mm，將兩組絞合線芯總絞，節(jié)距不大于外徑的20倍，空隙處采用棉線或麻繩填充起承載作用，將總絞好的線芯上采用Φ0.12mm的銅絲或鍍錫銅絲編織而成，密度不小于90%;采用PP帶或聚酯帶，一層繞包、一層縱包，搭蓋率不小于15%，不能出現(xiàn)漏包情況;最后采用105°C阻燃丁晴聚合物擠壓而成傳感器信號(hào)電纜，該電纜所有絕緣線芯工頻火花試驗(yàn)電壓為4KV不擊穿，電纜工作環(huán)境溫度-40?+75度。
[0030]參見(jiàn)附圖5、附圖6、附圖7，分別是本實(shí)用新型傳感器的外形圖、俯視圖、仰視圖，本實(shí)用新型傳感器的安裝是通過(guò)底部螺孔9連接用于傳感器固定的良導(dǎo)電性的永磁體或螺釘以將傳感器固定于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的被監(jiān)測(cè)部位。實(shí)際應(yīng)用中，一般是將本實(shí)用新型傳感器安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)械殼體內(nèi)部，在安裝位置允許的情況下通過(guò)螺釘將本實(shí)用新型傳感器固定于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的被監(jiān)測(cè)部位，防止松動(dòng)；當(dāng)安裝條件受限時(shí)，可通過(guò)傳感器底部螺孔9連接良導(dǎo)電性永磁體，再由永磁體將本實(shí)用新型傳感器固定于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的被監(jiān)測(cè)工件上。磁鐵分兩大類:一類是碳鋼的能導(dǎo)電，另一類是各種氧化物的，包括四氧化三鐵、稀土氧化物等，不導(dǎo)電。安裝本實(shí)用新型傳感器的永磁體要選擇第一類，以使傳感器外殼與旋轉(zhuǎn)機(jī)械外殼具有良好的電連接，且傳感器外殼通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)械外殼連接地網(wǎng)，起到良好的屏蔽作用，有效抑制旋轉(zhuǎn)機(jī)械工況現(xiàn)場(chǎng)的輻射干擾。
[0031]綜上所述，本實(shí)用新型傳感器的敏感元件和電路均安裝在屏蔽罩、基座、引線接頭一起形成的密閉金屬空腔內(nèi)，工作電源和傳感信號(hào)均連接于引線接頭且通過(guò)屏蔽雙絞線傳輸，可有效抑制旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)工況環(huán)境的強(qiáng)電磁干擾，使旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)用全差分傳感器，包括底部開(kāi)有一螺孔(9)的基座(1)、頂部安裝有引線接頭(3)的屏蔽罩(2)、由質(zhì)量塊固定螺釘(8)通過(guò)質(zhì)量塊(5)緊固在基座(I)上部凹槽中的振動(dòng)沖擊敏感元件(6)、由電荷放大器固定螺釘(7)固定于基座(I)頂部的電荷放大器(4)，其特征在于:傳感器通過(guò)螺孔(9)安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的被監(jiān)測(cè)部位，振動(dòng)沖擊敏感元件(6)拾取旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)并差分輸出至電荷放大器(4)的差分輸入，電荷放大器(4)的工作電源及其差分輸出信號(hào)通過(guò)引線接頭(3)連接屏蔽雙絞線傳輸至監(jiān)測(cè)裝置，振動(dòng)沖擊敏感元件(6)、電荷放大器(4)安裝在由基座(1)、屏蔽罩(2)和引線接頭(3)組成的密封金屬腔體內(nèi)部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)用全差分傳感器，其特征是:所述的振動(dòng)沖擊敏感元件(6)是一個(gè)由兩片相同的壓電晶片串聯(lián)而成的差分輸出方式信號(hào)源，由晶片串聯(lián)節(jié)點(diǎn)B端施加工作電壓并分別從晶片的A、C端引出傳感信號(hào)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)用全差分傳感器，其特征是:所述的電荷放大器(4)是一個(gè)由低功耗低噪聲雙運(yùn)放1(:1，電阻1?1、1?2、1?、1?4、1?5、1?6、1?7和電容(:1工2、03組成的單電源全差分放大器;Cl、C2為電源退耦電容，電阻R4、R5與電容C3—起為振動(dòng)沖擊敏感元件(6)提供工作電壓，振動(dòng)沖擊敏感元件的輸出端A、C經(jīng)兩根同樣長(zhǎng)度的導(dǎo)線分別連接至運(yùn)放IC1A、IC1B的同相輸入端，電阻R6為振動(dòng)沖擊敏感元件的阻抗匹配電阻，雙運(yùn)放ICl與電阻Rl、R2、R3組成一個(gè)全差分放大電路，電阻R7為傳感器輸出引線的線路阻抗匹配電阻。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)用全差分傳感器，其特征是:所述的引線接頭(3)為一個(gè)四芯金屬殼航空插座，其四個(gè)芯線分別連接傳感器電源VCC、傳感器地GND、差分輸出正Va+和差分輸出負(fù)Va-；所述的引線為一根兩端分別接有四芯金屬殼航空插頭的四芯屏蔽電纜，其四根芯分別兩兩對(duì)絞，一組對(duì)絞線連接V C C、G N D，另一組對(duì)絞線連接V a +、Va-，屏蔽層僅與傳感器端的航空插頭外殼連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)用全差分傳感器，其特征是:所述的傳感器安裝是通過(guò)底部螺孔(9)連接用于傳感器固定的良導(dǎo)電性的永磁體或螺釘以將傳感器固定于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的被監(jiān)測(cè)部位。
【文檔編號(hào)】G01H11/08GK205691228SQ201620433964
【公開(kāi)日】2016年11月16日
【申請(qǐng)日】2016年5月16日 公開(kāi)號(hào)201620433964.X, CN 201620433964, CN 205691228 U, CN 205691228U, CN-U-205691228, CN201620433964, CN201620433964.X, CN205691228 U, CN205691228U
【發(fā)明人】黃采倫, 王靖, 向滔, 南茂元, 何斌華, 張小娟
【申請(qǐng)人】湖南科技大學(xué)