CN102506989A - 可调磁路的速度型振动传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及振动传感器技术领域，具体是一种可调磁路的速度型振动传感器。常规振动传感器存在的问题是：磁路结构的漏磁相对较大，在轭铁和外壳之间的间隙处磁场强度较小，其磁场强度的大小无法进行调整。为了解决现有技术中的问题，本发明采用的技术方案是:一种可调磁路的速度型振动传感器，包括外壳、上盖、下盖、上压块、下压块、内磁体组件和弹簧—质量体系，所述内磁体组件包括上芯轴、下芯轴、上永磁体、下永磁体、上压块和下压块，上芯轴的中部外侧套设有径向的上永磁体，下芯轴的下端部外侧套设有径向的上永磁体，上永磁体和下永磁体的端面上均设置有环状的垫片，径向外圆面上设置有外套筒。本发明有效地降低了漏磁，提高了抗干扰能力。

Description

可调磁路的速度型振动传感器

技术领域：

本发明涉及振动传感器技术领域，具体是一种可调磁路的速度型振动传感器。

背景技术：

振动传感器用以将结构或地面振动的能量转换成为电能的机电耦合转换装置，最常用的振动传感器是速度型传感器，即传感器输出的电压信号与结构的振动速度成正比。其中是将一线圈悬挂于由永磁体所形成的磁场中，振动波使线圈与磁体之间产生相对运动，线圈切割磁力线，在线圈产生电信号，线圈在开始时有滞后，随后被弹簧片振动而通过原始位置做往复运动。

根据法拉第电磁感应定律，金属线圈长度为L垂直于磁通密度B，又垂直于速度                                                

运动，在线圈的两端产生一电压值，可按下式计算：

                                          

电压值正比于地震能量引起的线圈对于磁体的相对速度，可以假设磁通密度基本上为一常量，可以完成一个电路来监测振动传感器产生的电压信号，此信号用以探测产生振动结构的特性，在地震勘探中可预测反射地震能量的地表下构造的位置。

振动传感器用于地震勘探行业称为地震检波器。目前，世界地震勘探正向高分辨率发展，要求地震检波器向高精度，宽频带，低失真方向发展，即超级检波器。它与普通检波器相比具有更宽的动态范围，更小的失真度，抗电磁干扰以及高精度的参数一致性等。

目前常规的振动传感器，包括外壳、外壳两端的上盖和下盖，外壳内设置有磁体、套筒和轭铁构成的内磁体组件，磁体轴向设置，磁体的轴向两端嵌设于一对轭铁的端面上，磁体的外侧设置有套筒，套筒的两端夹设于两轭铁之间。外壳与内磁体组件之间设置有弹簧—质量体系。

弹簧—质量体系的常见结构为：上线圈绕组和下线圈绕组分别缠绕于上线圈架和下线圈架上，上线圈架和下线圈架通过连接套联接，所述上线圈架和下线圈架的外端面的槽中各装配有上弹簧片和上弹簧片，上弹簧片和上弹簧片的另一端被压设于上盖和下盖与轭铁之间。所述上盖中部穿设的两个接线端子分别与弹簧—质量体系中的上线圈绕组和下线圈绕组连接。

该结构中磁体、轭铁与外壳构成一个闭合回路。常规振动传感器存在的问题是：磁路结构的漏磁相对较大，在轭铁和外壳之间的间隙处磁场强度较小，其磁场强度的大小无法进行调整。

发明内容：

    本发明要提供一种可调磁路的速度型振动传感器，以改善传感器磁路结构的漏磁，并通过调节装置实现间隙中磁场强度的调整，提高传感器灵敏度参数的精度。

本发明专利的目的是这样实现的：

一种可调磁路的速度型振动传感器，包括外壳、上盖、下盖、内磁体组件和弹簧—质量体系，弹簧—质量体系中包括上线圈架、下线圈架、上弹簧片和上弹簧片，上弹簧片和上弹簧片的一个端部分别设置于上线圈架和下线圈架的外端面上，其特征在于：

所述内磁体组件包括上芯轴、下芯轴、上永磁体、下永磁体、上压块和下压块，所述上芯轴的中部外侧套设有径向的上永磁体，下芯轴的下端部外侧套设有径向的上永磁体，上永磁体和下永磁体的端面上均设置有环状的垫片，径向外圆面上设置有外套筒；所述上芯轴和下芯轴同轴设置，上永磁体的下端面和下永磁体的上端面之间的上芯轴和下芯轴的外侧设置有非导磁材料制成的套筒；

所述上芯轴的上部以螺纹配合结构穿设于上盖内，上永磁体的上端面与上盖之间设置有环状的上压块，所述下压块夹设于下永磁体的下端面和下盖之间，且其中部与下芯轴的下端固定联接；

所述两个接线端子穿设于上盖的外圈上且分别与弹簧—质量体系连接，所述弹簧—质量体系中的上弹簧片、上弹簧片的另一端压设于上盖和下盖与上压块和下压块之间。

上述上芯轴和下芯轴的端部之间的间隙≤10mm。 

上述垫片的材料是磁温度补偿合金。

本发明的优点是：

（1）利用环形永磁体的辐射状磁场的特点以及稀土永磁材料高矫顽力，在磁极两端其磁力线直线辐射的特点，有效地降低了漏磁，提高了抗干扰能力。在传感器的环形空间中，以建立高强度均匀磁场，并充分利用磁体的磁能。由弹簧片、线圈和线圈架组成的弹簧—质量体系，该体系置于由磁体与外壳之间的均匀磁场气隙中，当基体运动时，固定于基体上的传感器器随之运动，传感器中的弹簧—质量体系在磁场中相对于磁体发生运动。在线圈绕组中产生相应的感应电动势，上盖的接线柱引出，同时在线圈架中感应了涡电流，此涡电流产生一个与运动方向相反的阻尼力，即电磁阻尼，使振动质量体系做阻尼运动，最终使传感器产生一个高保真度的输出信号。

（2）永磁体采用钕铁硼，采用径向磁极结构，即内外侧各一极，并且上永磁体和下永磁体的极性正好相反，在永磁体与外壳之间形成环状空间磁场结构，其具有间隙场强高，磁场均匀，漏磁小，节约材料，便于安装等特点。在磁体的两极之间，安装有温度补偿合金，消除温度变化而引起磁场的变化，使其工作气隙场强稳定，并且放置于外壁的导磁套筒可以均匀化由于充磁所带来的磁体各处性能不均情况，保证传感器灵敏度参数的稳定性。

（3）导磁的上芯轴通过与上盖的螺纹结构可以调节其位置，通过改变上芯轴与下芯轴的相对位置来调节间隙的大小，最小可以到零，用以调节永磁体与外壳之间环形空间的磁场强度，从而实现调整传感器的灵敏度，对于多个传感器的串、并联可以保证参数的一致性，为企业生产带来方便。

附图说明：

图1是现有技术的振动传感器的竖直剖面图；

图2是本发明的结构示意图；

图3~图6是上永磁体和下永磁体的结构示意图。

附图标记说明如下： 

1-上盖，2-上压块，3-上永磁体，4-外壳，5-上线圈架，6-连接套，7-下线圈架，8-垫片，9-上永磁体，10-外套筒，11-下盖，12-接线端子，13-上弹簧片，14-下弹簧片，15-上线圈绕组，16-回头删除，17-上芯轴，18-套筒，19-下芯轴，20-下线圈绕组，21-下压块，22-磁体，23-轭铁。

具体实施方式：

    下面将结合附图和实施例对本发明进行详细地说明。

参见图1，现有技术中的振动传感器，包括外壳4、外壳4两端的上盖1和下盖11。所说外壳4内设置有磁体22、套筒18和轭铁23构成的内磁体组件，内磁体组件中的磁体22轴向设置，磁体22的轴向两端嵌设于一对轭铁23的端面上，磁体22的外侧设置有套筒18，套筒18的两端夹设于两轭铁之间。所说外壳4与内磁体组件之间设置有弹簧—质量体系。

弹簧—质量体系的常见结构为：上线圈绕组15和下线圈绕组20分别缠绕于上线圈架5和下线圈架7上，上线圈架5和下线圈架7通过连接套6联接，所述上线圈架5和下线圈架7的外端面的槽中各装配有上弹簧片13和上弹簧片14，上弹簧片13和上弹簧片14的另一端被压设于上盖1和下盖11与轭铁23之间。所述上盖1中部穿设的两个接线端子12分别与弹簧—质量体系中的上线圈绕组15和下线圈绕组20连接。

该结构中磁体22、轭铁23与外壳4构成一个闭合回路。

参见图2，本发明提供的一种可调磁路的速度型振动传感器，包括外壳4、上盖1、下盖11、上压块2、下压块21、内磁体组件和弹簧—质量体系。

所说的内磁体组件包括上芯轴17、下芯轴19、上永磁体3和下永磁体9，所述上芯轴17的中部外侧套设有径向的上永磁体3，下芯轴19的下端部外侧套设有径向的下永磁体9，上永磁体3和下永磁体9的端面上均设置有环状的垫片8，径向外圆面上设置有外套筒10；所述上芯轴17和下芯轴19同轴设置且端部之间设有间隙δ（0≤δ≤10mm）。上永磁体3的下端面和下永磁体9的上端面之间的上芯轴17和下芯轴19的外侧设置有非导磁材料制成的套筒18，上芯轴（17）与套筒（18）滑动配合；所述上芯轴17的上部以螺纹配合结构穿设于上盖1内，上永磁体3的上端面与上盖1之间设置有环状的上压块2，所述下压块21夹设于下永磁体9的下端面和下盖11之间，且其中部与下芯轴19的下端固定联接；

所说的弹簧—质量体系包括上线圈架5、下线圈架7、上弹簧片13、上弹簧片14、上线圈绕组15和下线圈绕组20。上线圈绕组15和下线圈绕组20分别缠绕于上线圈架5和下线圈架7上，上线圈架5和下线圈架7通过连接套6联接，所述上弹簧片13和上弹簧片14的一个端部分别设置于上线圈架5和下线圈架7的外端面上，另一端压设于上盖1和下盖11与上压块2和下压块21之间。

所说的两个接线端子12穿设于上盖1的外圈上且分别与弹簧—质量体系中的上线圈绕组15和下线圈绕组20连接。 

本发明的设计原理是：通过上下盖和两个压块将内磁体组件固定于外壳的腔内，在内磁体组件外侧与外壳内壁之间有间隙适当距离的环形空间，上芯轴和下芯轴之间形成可调整的间隙。其中上永磁体3和下永磁体9的内孔与外圆分别为两磁极，两磁体的极性相反。这样，就使磁力线从其中一磁体的外圆发出经过外壳、两磁体和两芯轴构成回路，从而在两磁体与外壳之间形成间隙磁场，并且在两个环形空间所形成的磁通密度方向相反。

安装于磁体上下两面的垫片8为磁温度补偿合金，用以补偿由于温度变化导致磁体性能的变动，以稳定磁体性能，使间隙磁场强度能达到稳定状态。

弹簧—质量体系中线圈架上的绕线切割磁力线产生电动势，通过上盖1上的接线端子12引出。并且，线圈架为金属材料，在磁场中运动产生感应电涡流，从而为弹簧—质量振动***提供阻尼。

所有磁路体系、弹簧—质量***，安装在由外壳4、上盖1、下盖11所构成的用密封圈封闭的内腔中。

本发明所用的永磁材料：是有足够磁场强度以提供足够电压输出的磁性材料，任何一种有较高的矫顽力（一般超过4000奥斯特）及大于6000高斯的剩磁感应的磁体就能产生一均匀磁场。本发明所用永磁体为稀土材料制成，在稀土材料的外表面镀有锌/镍层；所用永磁铁用钕铁硼材料制成的；所述的磁体组件带有温度补偿功能以保证传感器在不同温度下参数的精度和一致性，达到最佳使用效果。

参见图3~图6，所述的径向环状的上永磁体3和下永磁体9可以用一整圆环状永磁铁制成也可以使用2-36块扇形块拼装粘接而成。在永磁铁的外圆有一用高导磁材料制成的圆套，用于均匀表面的场强，使间隙场强更均匀。

由上述可见，本发明能很好的适合于实现所用上述提供的目的和特点，并且具有明显的和设备结构所固有的优点。

同样，某些特性和再组合是可以利用的是可无需考虑其他的特性和在组合而被利用，这将在权利要求范围内被考虑。

由于允许多可能的实施例可以由本发明做出而不超出它的范畴，因此，这里的陈述或附图显示所有内容都应看作是说明性的，而不是限制性的。

Claims (3)

1.一种可调磁路的速度型振动传感器，包括外壳（4）、上盖（1）、下盖（11）、内磁体组件和弹簧—质量体系，弹簧—质量体系中包括上线圈架（5）、下线圈架（7）、上弹簧片（13）和上弹簧片（14），上弹簧片（13）和上弹簧片（14）的一个端部分别设置于上线圈架（5）和下线圈架（7）的外端面上，其特征在于：

所述内磁体组件包括上芯轴（17）、下芯轴（19）、上永磁体（3）、下永磁体（9）、上压块（2）和下压块（21），所述上芯轴（17）的中部外侧套设有径向的上永磁体（3），下芯轴（19）的下端部外侧套设有径向的上永磁体（9），上永磁体（3）和下永磁体（9）的端面上均设置有环状的垫片（8），径向外圆面上设置有外套筒（10）；所述上芯轴（17）和下芯轴（19）同轴设置，上永磁体（3）的下端面和下永磁体（9）的上端面之间的上芯轴（17）和下芯轴（19）的外侧设置有非导磁材料制成的套筒（18）；

所述上芯轴（17）的上部以螺纹配合结构穿设于上盖（1）内，上永磁体（3）的上端面与上盖（1）之间设置有环状的上压块（2），所述下压块(21)夹设于下永磁体（9）的下端面和下盖（11）之间，且其中部与下芯轴（19）的下端固定联接；

所述两个接线端子（12）穿设于上盖（1）的外圈上且分别与弹簧—质量体系连接，所述弹簧—质量体系中的上弹簧片（13）、上弹簧片（14）的另一端压设于上盖（1）和下盖（11）与上压块（2）和下压块（21）之间。

2. 根据权利要求1所述可调磁路的速度型振动传感器，其特征在于：所述上芯轴（17）和下芯轴（19）的端部之间的间隙≤10mm。

3. 根据权利要求1或2所述可调磁路的速度型振动传感器，其特征在于：所述垫片（8）的材料是磁温度补偿合金。

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