專利名稱：一種同時(shí)檢測(cè)水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)與沖擊的復(fù)合傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種復(fù)合傳感器，尤其是一種同時(shí)檢測(cè)水平振動(dòng)和垂直振 動(dòng)與沖擊的復(fù)合傳感器，屬于機(jī)械故障檢測(cè)傳感器的范疇。主要用于在傳感器 的軸線平行于重力線的垂直安裝時(shí)同時(shí)檢測(cè)機(jī)械同一個(gè)測(cè)點(diǎn)的水平振動(dòng)、垂直 振動(dòng)和垂直沖擊，或在傳感器的軸線垂直于重力線的水平安裝時(shí)同時(shí)檢測(cè)機(jī)械 的同一個(gè)測(cè)點(diǎn)的垂直振動(dòng)、水平振動(dòng)和水平?jīng)_擊，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械的振動(dòng)、沖擊、 疲勞、裂紋、斷裂、碰撞等嚴(yán)重危及安全的故障檢測(cè)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明人在2001年提出的"溫度振動(dòng)數(shù)模復(fù)合傳感器"(中國(guó)專利 ZL01233313. 1)，它是一種檢測(cè)單軸振動(dòng)、沖擊和溫度的兩種不同物理量的復(fù)合 傳感器，有能夠同時(shí)檢測(cè)機(jī)械的垂直、水平振動(dòng)的雙軸復(fù)合傳感器和檢測(cè)機(jī)械 垂直、水平前向(行進(jìn)方向)、水平橫向(與前進(jìn)方向和垂直方向垂直的方向) 振動(dòng)的三軸復(fù)合傳感器，主要是壓電傳感器，其缺點(diǎn)是這些傳感器有的是單軸 的，有的輸出信號(hào)是電荷信號(hào)，它不能夠遠(yuǎn)距離傳輸或者易受到干擾，由于其 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的缺陷而不能檢測(cè)沖擊信號(hào)。這對(duì)于實(shí)際機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中存在的復(fù)雜 運(yùn)動(dòng)狀況而言是一種遺憾。因此，既要解決現(xiàn)有復(fù)合傳感器遠(yuǎn)距離傳輸或者易 受到干擾這一缺陷，又要能夠監(jiān)測(cè)到機(jī)械運(yùn)動(dòng)中實(shí)際存在的一些沖擊運(yùn)動(dòng)信號(hào)， 就成為本發(fā)明的一個(gè)出發(fā)點(diǎn)。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型發(fā)明的目的旨在設(shè)計(jì)一種在惡劣環(huán)境條件下使用的，能夠同時(shí) 檢測(cè)垂直于傳感器軸線方向的水平振動(dòng)和平行于傳感器軸線方向的垂直振動(dòng)及 垂直沖擊的，內(nèi)部帶有信號(hào)調(diào)理器電路、能夠把壓電器件敏感的振動(dòng)和沖擊而 轉(zhuǎn)換成的電荷信號(hào)變換為電壓信號(hào)，并提升低頻特性和同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)?復(fù)合傳感器。本實(shí)用新型是以如下的方式實(shí)現(xiàn)的。這種同時(shí)檢溯水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)與沖擊的復(fù)合傳感器，含有帶頂蓋的殼 體l、垂直振動(dòng)和沖擊檢測(cè)敏感器件2、水平振動(dòng)檢測(cè)敏感器件3、信號(hào)線組4、5、調(diào)理器6、螺釘7、頂蓋8、電纜9、保護(hù)頭IO、壓板ll、螺釘12，其特征 在于所述殼體1內(nèi)部的底部敏感器安裝平面，安裝了垂直振動(dòng)和沖擊檢測(cè)敏 感器件2，在內(nèi)部側(cè)面敏感器安裝平面安裝了水平振動(dòng)檢測(cè)敏感器件3;垂直振 動(dòng)和沖擊檢測(cè)敏感器件2、敏感器件3分別通過(guò)信號(hào)線組4、 5把敏感的信號(hào)傳 輸?shù)秸{(diào)理器6，而調(diào)理器6則通過(guò)螺釘7安裝到殼體1上；調(diào)理器6的輸出端經(jīng) 電纜9通過(guò)安裝在殼體1上的電纜保護(hù)頭10輸出。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中傳感器殼體通過(guò)壓板11，用螺釘12安裝到被檢測(cè)的機(jī)器 13上。如附圖1壓緊安裝在殼體1底部的垂直振動(dòng)和沖擊檢測(cè)敏感器件2，可以通 過(guò)用蠊釘12和壓板11安裝到被檢測(cè)的機(jī)器13上的殼體1與機(jī)器13緊密接觸 的殼體l的底部，從而接收到通過(guò)機(jī)器13傳遞來(lái)的沖擊與振動(dòng)，而安裝在殼體 l側(cè)面的水平振動(dòng)檢測(cè)敏感器件3原則上只能接收到機(jī)器的水平振動(dòng)而不能接收 水平?jīng)_擊。所述垂直振動(dòng)沖擊檢測(cè)敏感器件2、水平振動(dòng)檢測(cè)敏感器件3可以是一相同 結(jié)構(gòu)器件組成的敏感器件；它由壓電陶瓷21K 212、質(zhì)量塊22、引電片231、 232、 233、絕緣片24K 242、壓緊螺釘25和絕緣套管26組成的雙晶型敏感器 件，這是一種基本的雙晶型敏感器件的構(gòu)架形式。它由從下到上依次疊放在殼 體內(nèi)底上的絕緣片241、引電片231、壓電陶瓷211、引電片232、壓電陶瓷212、 引電片233、絕緣片242、質(zhì)量塊22、以及在上述元件的中孔中穿過(guò)的絕緣套管 26，并經(jīng)設(shè)于絕緣套管中的壓緊螺釘25緊固在敏感器安裝平面的中心螺孔里將 上述元件壓緊在殼體1的敏感器安裝平面上組成；其中壓電陶瓷211、 212靠近 引電片232的一邊是正極，另一邊是負(fù)極；引電片233、 231連接為敏感器的負(fù) 極輸出端，引電片232作為敏感器的正極輸出端。所述垂直振動(dòng)沖擊檢測(cè)敏感器件2、水平振動(dòng)檢測(cè)敏感器件3可以是一相同 器件結(jié)構(gòu)組成的敏感器件；它是在上述方案的基礎(chǔ)上省去壓電陶瓷212和引電 片233，由單個(gè)壓電陶瓷211和一組引電片231、 232組成的單晶敏感器件。所述垂直振動(dòng)沖擊檢測(cè)敏感器件2、水平振動(dòng)檢測(cè)敏感器件3可以是一相同 器件結(jié)構(gòu)組成的敏感器件；它是由帶有負(fù)輸出引電片231、正輸出引電片232的
硅集成壓電敏感器或壓電陶瓷21，直接膠接在殼體1的敏感器安裝平面上組成 的單晶敏感器件。所述垂直振動(dòng)沖擊檢測(cè)敏感器件2、水平振動(dòng)檢測(cè)敏感器件3，可以分別是 上述3種方案中的任意一種。所述調(diào)理器6含有電壓基準(zhǔn)電路61、相同的水平振動(dòng)調(diào)理通道62和垂直振 動(dòng)調(diào)理電路63，傳感器敏感器信號(hào)輸入接線端子J41、 J42、 J51、 J52，與電纜 9對(duì)接的電源端子VDD、水平信號(hào)端子Us、垂直信號(hào)端子UC、地線端子GND、屏 蔽線端子PB;其中電源端子VDD和地線端子GND接到電壓基準(zhǔn)電路61，其輸出 的基準(zhǔn)電壓UJ輸出到相同的水平振動(dòng)調(diào)理通道62和垂直振動(dòng)調(diào)理電路63，來(lái) 自水平振動(dòng)敏感器件的信號(hào)通過(guò)信號(hào)線組4接到水平振動(dòng)調(diào)理通道62的輸入端 子J41、 J42，其中J42接水平敏感器件的231， J41接水平敏感器件的232，來(lái) 自垂直振動(dòng)敏感器件的信號(hào)通過(guò)信號(hào)線組5接到水平振動(dòng)調(diào)理通道63的輸入端 子J51、 J52，其中J52接垂直敏感器件的231， J51接垂直敏感器件的232，電 壓基準(zhǔn)電路61輸出的基準(zhǔn)電壓UJ接到水平振動(dòng)調(diào)理通道62和垂直振動(dòng)調(diào)理電 路63，水平振動(dòng)調(diào)理通道62的輸出接到水平信號(hào)端子US，垂直振動(dòng)調(diào)理電路 63輸出接到垂直信號(hào)端子UC，屏蔽線端子PB接到電壓基準(zhǔn)電路61。所述調(diào)理器6，含有運(yùn)放0P0-0P4，電阻器R1-R12，電位計(jì)P1、 P2，電容 器C1-C4,信號(hào)輸入引線端J41、 J42、 J51、 J52,輸出端子VDD、 GND、 US、 UC 和PB;所述電壓基準(zhǔn)電路61，含有一端接電源端子VDD的電阻器R1，其另一端 接運(yùn)放0P0的正輸入端，還接到電阻器R2和電容器Cl的一端，R2和Cl的另一 端接地線端子GND，組成對(duì)VDD的直流電壓分壓到2/5 3/5的分壓器并由C2濾 除電源干擾，其中電阻器Rl或R2可以由一個(gè)適當(dāng)穩(wěn)壓典雅的穩(wěn)壓二極管或適 當(dāng)恒流電流的橫流二極管取代；運(yùn)放OP0的負(fù)輸入端接其輸出端構(gòu)成對(duì)上述分 壓直流電壓的跟隨器，從OP0的輸出端輸出基準(zhǔn)電壓UJ的結(jié)構(gòu)；還含有用電容 器C4將屏蔽線端子與傳感器殼體1連接的、既能夠隔離低頻類干擾和漏電流入 傳感器屏蔽線、又能夠短路高頻干擾的抗干擾結(jié)構(gòu)。所述調(diào)理器6的水平振動(dòng)調(diào)理通道62含有通過(guò)信號(hào)線組4與水平振動(dòng)敏感 器件的負(fù)輸出連接的端子J42， J42經(jīng)過(guò)電阻器R5接到電壓基準(zhǔn)UJ， UJ經(jīng)過(guò)電
阻器R3接電容器C2和電阻器R4的一端，R4的另一端接運(yùn)放0P1的正輸入端和 經(jīng)過(guò)端子J41和通過(guò)信號(hào)線組4與水平振動(dòng)敏感器件的正輸出連接，0P1的負(fù)輸 入端接其輸出端，還接到電阻器R6的一端，R6的另一端接電容器C2的另一端， 運(yùn)放0P1的輸出端還經(jīng)過(guò)電阻R7接到運(yùn)放0P2的負(fù)輸入端，還接到電位計(jì)Pl 的一端，Pl的滑動(dòng)端或還和另一端接0P2的輸出端，該輸出端還接到輸出端子 US;所述垂直振動(dòng)調(diào)理通道63含有通過(guò)信號(hào)線組5與垂直振動(dòng)沖擊敏感器件的 負(fù)輸出連接的端子J52， J52經(jīng)過(guò)電阻器R10接到電壓基準(zhǔn)UJ， UJ經(jīng)過(guò)電阻器 R8接電容器C3和電阻器R9的一端，R9的另一端接運(yùn)放0P3的正輸入端和經(jīng)過(guò) 端子J51和通過(guò)信號(hào)線組5與垂直振動(dòng)敏感器件的正輸出連接，0P3的負(fù)輸入端 接器輸出端，還接到電阻器Rll的一端，Rll的另一端接電容器C3的另一端， 運(yùn)放0P3的輸出端還經(jīng)過(guò)電阻R12接到運(yùn)放0P4的負(fù)輸入端，并連接電位計(jì)P2 的一端，電位計(jì)P2的滑動(dòng)端或還和另一端接0P4的輸出端，該輸出端還接到輸 出端子UC。所述調(diào)理器6的水平振動(dòng)調(diào)理通道62和垂直振動(dòng)調(diào)理通道63的敏感器件 信號(hào)檢測(cè)電路使用數(shù)據(jù)放大器的電路，其連接方式因數(shù)據(jù)放大器的結(jié)構(gòu)不同而 略有差異，在使用AD624時(shí)，電阻器R7—端接電源VDD，另一端接穩(wěn)壓管Zl的 正端，并輸出基準(zhǔn)電壓VJ， Z1的負(fù)端接地GND，構(gòu)成電壓基準(zhǔn)電路61;數(shù)據(jù)放 大器Ul用作單位增益0dB放大器;其正輸入端IN+作為本調(diào)理器的正輸入端J41 ， 連接到敏感器件的正輸出端232, J41經(jīng)過(guò)電阻器Rl連接R2再接到電壓基準(zhǔn)電 路61的UJ;其負(fù)輸入端IN-作為本調(diào)理器的負(fù)輸入端J42，連接到敏感器件的 負(fù)輸出端(231) ， J42經(jīng)過(guò)電阻器R3連接R4再接到電壓基準(zhǔn)電路61的UJ;其 輸出端Out與靈敏度控制端Sense連接輸出到調(diào)理器的輸出端US; Ul的基準(zhǔn)端 Ref連接到電壓基準(zhǔn)電路61的VJ;為了提升傳感器低頻特性的自舉輸入電路的 結(jié)構(gòu)是，從Ul的Rgl端經(jīng)過(guò)電容器C2接電阻器R5再接到R4、 R5的連接點(diǎn)； 從Ul的Rg2端經(jīng)過(guò)電容器CI接電阻器R3再接到Rl、 R2的連接點(diǎn)；為了得到 不同的低頻特性可以通過(guò)選擇不同的Cl、 R3和C2、 R6量值實(shí)現(xiàn)，為了調(diào)整放 大器的增益G,可以在UI的RGl與RG2之間連接電阻R8=40k/G-1實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)放 大器可以使用其它型號(hào)，如AD620、 AD623、 AD8220等等。
所述調(diào)理器6的水平振動(dòng)調(diào)理通道62和垂直振動(dòng)調(diào)理通道63的敏感器件 信號(hào)檢測(cè)電路為了檢測(cè)低頻振動(dòng)而使用從Ul的Rgl端經(jīng)過(guò)電容器C2接電阻器 R5再接到R4、 R5的連接點(diǎn)；從Ul的Rg2端經(jīng)過(guò)電容器Cl接電阻器R3再接到 Rl、 R2的連接點(diǎn)的數(shù)據(jù)放大器的電路。所述調(diào)理器6的水平振動(dòng)調(diào)理通道62含有由運(yùn)放0P1、電阻器R3、 R4、 R6 和電容器C2組成的能夠適應(yīng)檢測(cè)頻率低達(dá)0. 5Hz的振動(dòng)的自舉輸入電路和垂直 振動(dòng)調(diào)理通道63含有由運(yùn)放0P3、電阻器R8、 R9、 Rll和電容器C3組成的能夠 適應(yīng)檢測(cè)頻率低達(dá)0. 5Hz的振動(dòng)的自舉輸入電路。根據(jù)據(jù)以技術(shù)方案提出的這種同時(shí)檢測(cè)水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)與沖擊的復(fù)合 傳感器，與原來(lái)的復(fù)合傳感器相比較，其優(yōu)點(diǎn)是:，它不僅能夠遠(yuǎn)距離傳輸檢測(cè) 信號(hào)，同時(shí)也不易受到干擾；同時(shí)由于在采取一些機(jī)械結(jié)構(gòu)和檢測(cè)電路上的傳 輸改進(jìn)以后，還能十分有效地檢測(cè)到低頻振動(dòng)與沖擊信號(hào)。這對(duì)于檢測(cè)實(shí)際機(jī) 械傳動(dòng)過(guò)程中存在的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)狀況而言是一個(gè)具有重大作用的，為更全面地監(jiān) 測(cè)和控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的運(yùn)行故障提供了技術(shù)支持和安全運(yùn)行保障。


圖1為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為雙晶檢測(cè)敏感器件的基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為單晶檢測(cè)敏感器件的基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為調(diào)理器的設(shè)計(jì)原理框圖；圖5為調(diào)理器的設(shè)計(jì)電路圖；圖6-1為調(diào)理器頻率響應(yīng)仿真電路圖(1); 圖6-2為調(diào)理器頻率響應(yīng)仿真示意圖(1); 圖7-1為調(diào)理器的頻率響應(yīng)仿真電路圖(2);圖7-2為調(diào)理器的頻率響應(yīng)仿真示意圖(2);圖8-1為敏慼器件信號(hào)檢測(cè)使用數(shù)據(jù)放大器和自舉電路圖；圖8-2為敏感器件信號(hào)檢測(cè)使用數(shù)據(jù)放大器和自舉電路效果圖；圖9-1敏感器件信號(hào)檢測(cè)使用數(shù)據(jù)放大器并增益等于1的電路圖；圖9-2為圖9-l的電路效果圖10-1為敏感器件信號(hào)檢測(cè)使用數(shù)據(jù)放大器并增益等于2的電路；圖10-2為圖10-1的電路效果圖；具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本實(shí)用新型，并給出實(shí)施例。 實(shí)施例1:如圖1給出的是本實(shí)用新型的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，這種同時(shí)檢測(cè)水平振動(dòng)和垂直 振動(dòng)與沖擊的復(fù)合傳感器，含有帶頂蓋的殼體l、垂直振動(dòng)和沖擊檢測(cè)敏感器件 2、水平振動(dòng)襝測(cè)敏感器件3、信號(hào)線組4、 5、調(diào)理器6、螺釘7、頂蓋8、電纜 9、保護(hù)頭IO、壓板ll、螺釘12，其特征在于所述殼體l內(nèi)部的底部，安裝 了垂直振動(dòng)和沖擊檢測(cè)敏感器件2,在內(nèi)部側(cè)面安裝了水平振動(dòng)檢測(cè)敏感器件3; 垂直振動(dòng)和沖擊檢測(cè)敏感器件2、敏感器件3分別通過(guò)信號(hào)線組4、 5把敏感的 信號(hào)傳輸?shù)秸{(diào)理器6，而調(diào)理器6則通過(guò)螺釘7安裝到殼體1上；調(diào)理器6的輸 出端經(jīng)電纜9通過(guò)安裝在殼體1上的電纜保護(hù)頭10輸出；頂蓋8通過(guò)螺紋與殼 體1連接或通過(guò)焊接(如激光焊)與可體1連接。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中傳感器殼體通過(guò)壓板11，用螺釘12安裝到被檢測(cè)的機(jī)器 13上。在實(shí)際運(yùn)用中，在上述基本方案基礎(chǔ)上還可以有兩種屬于同一構(gòu)思下的變 形結(jié)構(gòu)，其一是將圖1中的雙晶結(jié)構(gòu)中去掉一層壓電陶瓷212和引電片233，組成與圖l所示的基本結(jié)構(gòu)相近的單晶敏感器件(未在附圖中表示)。圖3則是變形結(jié)構(gòu)的另一種特殊的單晶結(jié)構(gòu)的敏感器件結(jié)構(gòu)的示意圖。 此時(shí)的垂直振動(dòng)沖擊檢測(cè)敏感器件2、水平振動(dòng)檢測(cè)敏感器件3可以是一結(jié) 構(gòu)器件組成的敏感器件；例如垂直振動(dòng)沖擊敏感器件2可以是帶有負(fù)輸出引電 片231、正輸出引電片232的硅集成壓電敏感器或壓電陶瓷21，用高強(qiáng)度、高 硬度絕緣膠直接將敏感器件21膠結(jié)在殼體1的敏感器安裝平面上，組成單晶敏 感器件結(jié)構(gòu)狀態(tài)。所述垂直振動(dòng)沖擊檢測(cè)敏感器件2、水平振動(dòng)檢測(cè)敏感器件3，可以分別是 上述3種方案中的任意一種。同時(shí)，所述垂直振動(dòng)沖擊檢測(cè)敏感器件2、水平振 動(dòng)檢測(cè)敏感器件3也可以是采用不相同結(jié)構(gòu)器件組成的敏感器件。
同時(shí)，這種同時(shí)檢測(cè)水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)與沖擊的復(fù)合傳感器，其所采用的調(diào)理器6，含有運(yùn)放0P0 0P4，電阻器R廣R12，電位計(jì)P1、P2，電容器C1 C4， 信號(hào)輸入引線端J41、 J42、 J51、 J52，輸出端子VDD、 GND、 US、 UC和PB等組 成的檢測(cè)電路。該檢測(cè)電路包括電壓基準(zhǔn)電路61、水平振動(dòng)調(diào)理通道62和垂直 振動(dòng)調(diào)理通道63。其中的電位計(jì)P1、 P2可以是數(shù)字電位計(jì)。其中的電壓基準(zhǔn)電路61含有一端接電源端子VDD電阻器R1，其另一端接運(yùn) 放OPO的正輸入端，還接到電阻器R2和電容器Cl的一端，R2和Cl的另一端接 地線端子GND組成對(duì)VDD的直流電壓分壓到2/5 3/5的分壓器并由C2濾除電源 干擾，運(yùn)放OP0的負(fù)輸入端接其輸出端構(gòu)成對(duì)上述分壓直流電壓的跟隨器，從 0P0的輸出端輸出基準(zhǔn)電壓UJ的結(jié)構(gòu)，還含有用電容器C4將屏蔽線端子與傳感 器殼體1連接的、既能夠隔離低頻(如工頻)干擾和漏電流入傳感器屏蔽線、 又能夠短路高頻干擾的抗干擾結(jié)構(gòu)。其中電阻器Rl或R2可以由一個(gè)適當(dāng)穩(wěn)壓 電壓的穩(wěn)壓二極管或適當(dāng)恒流電流的橫流二極管取代，而保留的電阻則作適當(dāng) 的量值調(diào)整。其中的水平振動(dòng)調(diào)理通道62含有通過(guò)信號(hào)線組4與水平振動(dòng)敏感器件的負(fù) 輸出連接的端子J42， J42經(jīng)過(guò)電阻器R5接到電壓基準(zhǔn)UJ， UJ經(jīng)過(guò)電阻器R3 接電容器C2和電阻器R4的一端，R4的另一端接運(yùn)放0P1的正輸入端和經(jīng)過(guò)端 子J41和通過(guò)信號(hào)線組4與水平振動(dòng)敏感器件的正輸出連接，0P1的負(fù)輸入端接 器輸出端，還接到電阻器R6的一端，R6的另一端接電容器C2的另一端，運(yùn)放 0P1的輸出端還經(jīng)過(guò)電阻R7接到運(yùn)放0P2的負(fù)輸入端，還接到電位計(jì)P1的一端， Pl的滑動(dòng)端或還和另一端接0P2的輸出端，該輸出端還接到輸出端子US的接口 上。其中的垂直振動(dòng)調(diào)理通道63含有通過(guò)信號(hào)線組5與垂直振動(dòng)沖擊敏感器件 的負(fù)輸出連接的端子J52， J52經(jīng)過(guò)電阻器R10接到電壓基準(zhǔn)UJ， UJ經(jīng)過(guò)電阻 器R8接電容器C3和電阻器R9的一端，R9的另一端接運(yùn)放0P3的正輸入端和經(jīng) 過(guò)端子J51和通過(guò)信號(hào)線組5與垂直振動(dòng)敏感器件的正輸出連接，0P3的負(fù)輸入 端接器輸出端，還接到電阻器Rll的一端，Rll的另一端接電容器C3的另一端， 運(yùn)放0P3的輸出端還經(jīng)過(guò)電阻R12接到運(yùn)放0P4的負(fù)輸入端，還接到電位計(jì)P2 的一端，P2的滑動(dòng)端或還和另一端接0P4的輸出端，該輸出端還接到輸出端子 UC的結(jié)構(gòu)。此外，水平振動(dòng)調(diào)理通道62含有由運(yùn)放0P1、電阻器R3、 R4、 R6和電容器 C2組成的能夠適應(yīng)檢測(cè)頻率低達(dá)0. 5Hz的振動(dòng)的自舉輸入電路和垂直振動(dòng)調(diào)理 通道63含有由運(yùn)放0P3、電阻器R8、 R9、 Rll和電容器C3組成的能夠適應(yīng)檢測(cè) 頻率低達(dá)0. 5Hz的振動(dòng)的自舉輸入電路。由于敏感器件的壓電陶瓷具有約C5=C6=2n的電容量，提供基準(zhǔn)電壓給0P1 正輸入端的微型貼片電阻R4既沒(méi)有大電阻值的電阻器，也不允許使用大阻值的 電阻器以防不穩(wěn)定性，而C5、C6與R3、R4構(gòu)成的時(shí)間常數(shù)僅僅為2n*4M=8*l(T3s， 對(duì)應(yīng)的頻率響應(yīng)僅為125Hz,距離0.5Hz的低頻響應(yīng)相差甚遠(yuǎn)，為解決此問(wèn)題， 由C2、 R6串聯(lián)支路將0P1跟隨的壓電器件電荷Q在電容C5上產(chǎn)生的電壓反饋 到R4、 R3的連接點(diǎn)上，使連接點(diǎn)的信號(hào)電壓接近于壓電片的電壓來(lái)提高R3的 視在阻抗，從而提高R4+R3的總視在阻抗，實(shí)現(xiàn)達(dá)到0. 5Hz的低頻響應(yīng)。附圖 6-1和6-2分別是其仿真電路圖和效果示意圖。而如果去掉自舉電路，則頻率響 應(yīng)變?yōu)榧s20HZ，見(jiàn)附圖7-1和7-2的仿真電路圖和結(jié)果圖。實(shí)施例2:這種同時(shí)檢測(cè)水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)與沖擊的復(fù)合傳感器，為了提高信號(hào)檢 測(cè)的精確度和更加提高單晶敏感器件抗干擾水平，該調(diào)理器6的水平振動(dòng)調(diào)理 通道62和垂直振動(dòng)調(diào)理通道63的敏感器件信號(hào)檢測(cè)電路可以是圖8-1、圖9-1 所示的使用數(shù)據(jù)放大器的電路，其連接方式因數(shù)據(jù)放大器的結(jié)構(gòu)不同而略有差 異，以圖8-l使用的AD624為例電阻器R7—端接電源VDD，另一端接穩(wěn)壓管 Zl的正端，并輸出基準(zhǔn)電壓VJ， Zl的負(fù)端接地GND，構(gòu)成電壓基準(zhǔn)電路61;數(shù) 據(jù)放大器U1用作單位增益(OdB)放大器；其正輸入端IN+作為本調(diào)理器的正輸 入端J41，連接到敏感器件的正輸出端232， J41經(jīng)過(guò)電阻器R1連接R2再接到 電壓基準(zhǔn)電路61的UJ;其負(fù)輸入端IN-作為本調(diào)理器的負(fù)輸入端J42,連接到 敏感器件的負(fù)輸出端231， J42經(jīng)過(guò)電阻器R3連接R4再接到電壓基準(zhǔn)電路61 的UJ;其輸出端Out與靈敏度控制端Sense連接輸出到調(diào)理器的輸出端US; Ul
的基準(zhǔn)端Ref連接到電壓基準(zhǔn)電路61的VJ;為了提升傳感器低頻特性的自舉輸 入電路的結(jié)構(gòu)，從Ul的Rgl端經(jīng)過(guò)電容器C2接電阻器R5再接到R4、 R5的連 接點(diǎn)；從U1的Rg2端經(jīng)過(guò)電容器Cl接電阻器R3再接到Rl、 R2的連接點(diǎn)。為了得到不同的低頻特性可以通過(guò)選擇不同的C1、 R3和C2、 R6量值實(shí)現(xiàn)， 如圖8-2、 9-2分別獲得了 1. 64Hz和0. 55Hz的低頻響應(yīng)。為了調(diào)整放大器的增 益G，可以在UI的Rgl與RG2之間連接電阻R8二40kQ/(G-l)實(shí)現(xiàn)，如圖10是 設(shè)置增益為2倍(6.02dB)的例子；電阻器R8可以是數(shù)字電位計(jì)的一端與滑動(dòng) 端之間的電阻；數(shù)據(jù)放大器可以使用其它型號(hào)的，如AD620、 AD623、 AD8220等 等，其中，AD620的輸入阻抗僅為109Q， AD8220的輸入阻抗達(dá)到1013Q，更利 于在輸入端設(shè)置高阻值的偏置電阻R1、 R2、 R4、 R5和利于在高增益時(shí)保證輸出 工作點(diǎn)的穩(wěn)定性；也可以用運(yùn)算放大器組合成等效的數(shù)據(jù)放大器；COl、 C02、 ROl、 R02和UG1是敏感器件3的仿真等效電路。
權(quán)利要求1、一種同時(shí)檢測(cè)水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)與沖擊的復(fù)合傳感器，含有帶頂蓋的殼體(1)、垂直振動(dòng)和沖擊檢測(cè)敏感器件(2)，水平振動(dòng)檢測(cè)敏感器件(3)，信號(hào)線(4)、(5)，調(diào)理器(6)，螺釘(7)，頂蓋(8)，電纜(9)，保護(hù)頭(10)，壓板(11)，螺釘(12)，其特征在于所述殼體(1)內(nèi)部的底部，安裝了垂直振動(dòng)和沖擊檢測(cè)敏感器件(2)，在內(nèi)部側(cè)面安裝了水平振動(dòng)檢測(cè)敏感器件(3)；垂直振動(dòng)和沖擊檢測(cè)敏感器件(2)、敏感器件(3)分別通過(guò)信號(hào)線(4)、(5)把敏感的信號(hào)傳輸?shù)秸{(diào)理器(6)，而調(diào)理器(6)則通過(guò)螺釘(7)安裝到殼體(1)上；調(diào)理器(6)的輸出端經(jīng)電纜(9)通過(guò)安裝在殼體(1)上的電纜保護(hù)頭(10)輸出。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)檢測(cè)水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)與沖 擊的復(fù)合傳感器，其特征在于所述垂直振動(dòng)沖擊檢測(cè)敏感器件(2)、 水平振動(dòng)檢測(cè)敏感器件(3)是一結(jié)構(gòu)相同器件組成的敏感器件；它由 壓電陶瓷(211)、 (212)、質(zhì)量塊(22)、引電片(231)、 (232)、 (233)、 絕緣片(241)、 (242)、壓緊螺釘(25)和絕緣套管(26)組成的雙晶型 敏感器件，由從下到上依次疊放在殼體(1)內(nèi)敏感器安裝平面上的 上的絕緣片(241)、引電片(231)、壓電陶瓷(211)、引電片(232)、壓 電陶瓷(212)、引電片(233)、絕緣片(242)、質(zhì)量塊(22)、以及在上 述元件的中孔中穿過(guò)的絕緣套管(26)，并經(jīng)設(shè)于絕緣套管中的壓緊螺 釘(25)緊固在敏感器安裝平面的中心螺孔里將上述元件壓浸在殼體(1)的敏感器安裝平面上組成；其中壓電陶瓷(211、 212)靠近引 電片(232)的一邊是正極，另一邊是負(fù)極；引電片(233)、 (231) 連接為敏感器的負(fù)極輸出端，引電片(232)作為敏感器的正極輸出端o
3、 如權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)檢測(cè)水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)與沖 擊的復(fù)合傳感器，其特征在于所述垂直振動(dòng)沖擊檢測(cè)敏感器件(2)、 水平振動(dòng)檢測(cè)敏感器件(3)是一結(jié)構(gòu)相同器件組成的敏感器件；它是 由單個(gè)壓電陶瓷(211)和一組引電片(231)、 (232)組成的單晶敏 感器件。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)檢測(cè)水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)與沖 擊的復(fù)合傳感器，其特征在于所述垂直振動(dòng)沖擊檢測(cè)敏感器件(2)、 水平振動(dòng)檢測(cè)敏感器件(3)是一結(jié)構(gòu)器件組成的敏感器件；它是由負(fù) 輸出引電片(231)、正輸出引電片(232)的硅集成壓電敏感器或壓電陶 瓷(21)，直接膠接在殼體(l)的底平面上組成的單晶敏感器件。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)檢測(cè)水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)與沖 擊的復(fù)合傳感器，其特征在于傳感器殼體通過(guò)壓板(11)，用螺釘(12) 安裝到被檢測(cè)的機(jī)器(13)上。
6、 如權(quán)利要求1所述的一種同時(shí)檢測(cè)水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)與沖 擊的復(fù)合傳感器，其特征在于所述調(diào)理器(6)含有電壓基準(zhǔn)電路 (61)、相同的水平振動(dòng)調(diào)理通道(62)和垂直振動(dòng)調(diào)理電路(63)，傳感器敏感器信號(hào)輸入接線端子j41、 J42、 J51、 j52，與電纜(9)對(duì)接的電源端子VDD、水平信號(hào)端子US、垂直信號(hào)端子UC、地線端子GND、屏 蔽線端子PB;其中電源端子VDD和地線端子GND接到電壓基準(zhǔn)電路(61) ，其輸出的基準(zhǔn)電壓UJ輸出到相同的水平振動(dòng)調(diào)理通道(62)和 垂直振動(dòng)調(diào)理電路(63)，來(lái)自水平振動(dòng)敏感器件的信號(hào)通過(guò)信號(hào)線組 (4)接到水平振動(dòng)調(diào)理通道(62)的輸入端子j41、 j42，其中J41接水平 敏感器件的(231)， J42接水平敏感器件的(232)，來(lái)自垂直振動(dòng)敏感 器件的信號(hào)通過(guò)信號(hào)線組(5)接到水平振動(dòng)調(diào)理通道(63)的輸入端子j51、 j52，其中J51接垂直敏感器件的(231)， J52接垂直敏感器件的(232)，電壓基準(zhǔn)電路(61)輸出的基準(zhǔn)電壓Uj接到水平振動(dòng)調(diào)理通道(62) 和垂直振動(dòng)調(diào)理電路(63)，水平振動(dòng)調(diào)理通道(62)的輸出接到水 平信號(hào)端子US，垂直振動(dòng)調(diào)理電路(63)輸出接到垂直信號(hào)端子UC， 屏蔽線端子PB接到電壓基準(zhǔn)電路(61)。
7、 如權(quán)利要求1或6所述的一種同時(shí)檢測(cè)水平振動(dòng)和垂直振動(dòng) 與沖擊的復(fù)合傳感器，其特征在于所述調(diào)理器(6)，含有運(yùn)放 OPo-0P4，電阻器Ri-Ri2，電位計(jì)Pi、 P2，電容器Ci-C4，信號(hào)輸入引 線端j41、 j42、 Jsi、 j52，輸出端子VDD、 GND、 US、 UC和PB;所述電 壓基準(zhǔn)電路(61)，含有一端接電源端子VDD電阻器Ri，其另一端接運(yùn) 放OPo的正輸入端，還接到電阻器R2和電容器Ci的一端，R2和Ci的 另一端接地線端子GND，組成對(duì)VDD的直流電壓分壓到1/2的分壓器 并由C2濾除電源干擾，運(yùn)放OPo的負(fù)輸入端接其輸出端構(gòu)成對(duì)上述分 壓直流電壓的跟隨器，從OPo的輸出端輸出基準(zhǔn)電壓UJ的結(jié)構(gòu)；還 含有用電容器C4將屏蔽線端子與傳感器殼體(1)連接的、既能夠隔離 低頻類干擾和漏電流入傳感器屏蔽線、又能夠短路高頻干擾的抗干擾 結(jié)構(gòu)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種同時(shí)檢測(cè)水平振動(dòng)和垂直振 動(dòng)與沖擊的復(fù)合傳感器，其特征在于所述調(diào)理器(6)的水平振動(dòng) 調(diào)理通道(62)含有通過(guò)信號(hào)線(4)與水平振動(dòng)敏感器件的負(fù)輸出連接的端子j42， J42經(jīng)過(guò)電阻器R5接到電壓基準(zhǔn)UJ， Uj經(jīng)過(guò)電阻器R3接 電容器C2和電阻器R4的一端，R4的另一端接運(yùn)放0Pl的正輸入端和 經(jīng)過(guò)端子J41和通過(guò)信號(hào)線組(4)與水平振動(dòng)敏感器件的正輸出連接，OPi的負(fù)輸入端接器輸出端，還接到電阻器R6的一端，R6的另一端接電容器C2的另一端，運(yùn)放0Pl的輸出端還經(jīng)過(guò)電阻R7接到運(yùn)放0P2 的負(fù)輸入端，還接到電位計(jì)Pl的一端，Pl的另一端接0P2的輸出端，該輸出端還接到輸出端子Us;所述垂直振動(dòng)調(diào)理通道(63)含有通過(guò)信 號(hào)線組(5)與垂直振動(dòng)沖擊敏感器件的負(fù)輸出連接的端子J52， J52經(jīng)過(guò)電阻器RlQ接到電壓基準(zhǔn)Uj， Uj經(jīng)過(guò)電阻器R8接電容器C3和電阻器R9的一端，R9的另一端接運(yùn)放OP3的正輸入端和經(jīng)過(guò)端子J51和 通過(guò)信號(hào)線組(5)與垂直振動(dòng)敏感器件的正輸出連接，0P3的負(fù)輸入 端接器輸出端，還接到電阻器Rll的一端，Rll的另一端接電容器C3 的另一端，運(yùn)放0P3的輸出端還經(jīng)過(guò)電阻Rl2接到運(yùn)放0P4的負(fù)輸入 端，并連接接電位計(jì)P2的一端，電位計(jì)P2的另一端接0P4的輸出端，該輸出端還接到輸出端子Uc。
9、 權(quán)利要求1或6所述的一種同時(shí)檢測(cè)水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)與沖擊的復(fù)合傳感器，其特征在于所述調(diào)理器(6)的水平振動(dòng)調(diào)理通道(62)和垂直振動(dòng)調(diào)理通道(63)的敏感器件信號(hào)檢測(cè)電路使用數(shù)據(jù) 放大器的電路，其連接方式因數(shù)據(jù)放大器的結(jié)構(gòu)不同而略有差異，在 使用AD624時(shí)，電阻器R7 —端接電源Vdd，另一端接穩(wěn)壓管Zi的正端， 并輸出基準(zhǔn)電壓Vcc， Zi的負(fù)端接地GND，構(gòu)成電壓基準(zhǔn)電路(61); 數(shù)據(jù)放大器Ui用作單位增益(0dB)放大器；其正輸入端IN+作為本 調(diào)理器的正輸入端j41，連接到敏感器件的正輸出端(232)， J4i經(jīng)過(guò) 電阻器Ri連接R2再接到電壓基準(zhǔn)電路(61)的Uj;其負(fù)輸入端IN+作為本調(diào)理器的負(fù)輸入端j42，連接到敏感器件的負(fù)輸出端(231)， J42 經(jīng)過(guò)電阻器R3連接R4再接到電壓基準(zhǔn)電路(61)的Uj;其輸出端Out 與靈敏度控制端Sense連接輸出到調(diào)理器的輸出端Us; Ui的基準(zhǔn)端 Ref連接到電壓基準(zhǔn)電路(61)的Vcc;為了提升傳感器低頻特性的自 舉輸入電路的結(jié)構(gòu)是，從Ui的Rgi端經(jīng)過(guò)電容器C2接電阻器Rs再接到R" R5的連接點(diǎn)；從Ul的Rg2端經(jīng)過(guò)電容器Cl接電阻器R3再接到 Rl、 R2的連接點(diǎn)；為了得到不同的低頻特性可以通過(guò)選擇不同的Cl、R:3和C2、 R6量值實(shí)現(xiàn)，為了調(diào)整放大器的增益G，可以在Ui的RGi 與RGz之間連接電阻R8二40k/(G-l)實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)放大器使用AD620、 AD623或AD8220。
10、 如權(quán)利要求1和7所述的一種同時(shí)檢測(cè)水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)與沖擊的復(fù)合傳感器，其特征在于所述調(diào)理器(6)的水平振動(dòng)調(diào)理通道(62)含有由運(yùn)放0Pi、電阻器R3、 R4、 R6和電容器C2組成的能夠 適應(yīng)檢測(cè)頻率低達(dá)0.5Hz的振動(dòng)的自舉輸入電路和垂直振動(dòng)調(diào)理通 道(63)含有由運(yùn)放0P3、電阻器R8、 R9、 Rii和電容器C3組成的能夠 適應(yīng)檢測(cè)頻率低達(dá)0. 5Hz的振動(dòng)的自舉輸入電路。
專利摘要一種同時(shí)檢測(cè)水平振動(dòng)和垂直振動(dòng)與沖擊的復(fù)合傳感器，含有帶頂蓋的殼體、垂直振動(dòng)和沖擊檢測(cè)敏感器件、水平振動(dòng)檢測(cè)敏感器件、信號(hào)線組、調(diào)理器、螺釘、頂蓋、電纜、保護(hù)頭、壓板、螺釘，特征是所述殼體內(nèi)部的底部，安裝了垂直振動(dòng)和沖擊檢測(cè)敏感器件，在內(nèi)部側(cè)面安裝了水平振動(dòng)檢測(cè)敏感器件；垂直振動(dòng)和沖擊檢測(cè)敏感器件、敏感器件分別通過(guò)信號(hào)線組、把敏感的信號(hào)傳輸?shù)秸{(diào)理器，而調(diào)理器則通過(guò)螺釘安裝到殼體上；調(diào)理器的輸出端經(jīng)電纜通過(guò)安裝在殼體上的電纜保護(hù)頭輸出。由于在采取一些機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制電路上的傳輸改進(jìn)以后，還能十分有效地檢測(cè)到低頻振動(dòng)和沖擊信號(hào)。為更全面地監(jiān)測(cè)和控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的運(yùn)行故障提供了技術(shù)支持和安全運(yùn)行保障。
文檔編號(hào)G01H11/00GK201034720SQ20072006221
公開(kāi)日2008年3月12日 申請(qǐng)日期2007年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月17日
發(fā)明者唐德堯, 鵬 張, 王巍松 申請(qǐng)人:唐德堯