CN201476872U - 一体化振动变送器 - Google Patents

Abstract

一体化振动变送器，包括电源电路、振动传感器和测量电路、微处理器、显示和报警指示、操作按钮，开关量输出电路构成，其特征是振动传感器采用速度传感器，信号处理电路包括烈度处理电路、振幅处理电路、加速度处理电路、并设有切换开关、信号处理电路接振动传感器的输入分别连接并联的烈度信号处理电路和振幅处理电路和加速度处理电路，处理电路输出连接A/D转换电路、A/D转换电路连接微处理器的数字输入端口，微处理器总线连接数据存储器，微处理输出端连接显示和报警指示、操作按钮，开关量输出。本实用新型得到一种对所有的振动幅度均进行感应并测量的一体化振动变送器。

Description

一体化振动变送器

技术领域

本实用新型涉及一种振动变送器。尤其是一体化振动变送器。

背景技术

振动变送器是通过振动监测传感来实现的，现有的振动变送器采用速度传感器，现有的绝对式速度传感器是目前较常见的一种振动传感器，当传感器的外壳6固定在振动物体上时，整当传感器的外壳6固定在振动物体上时，整个传感器跟着振动物体一起振动，而处在空气间隙内的振动线圈7是用很软的簧片1、8固定在外壳上的，其自振频率ωn较低。当自振频率ω≥1.5ωn时，动线圈处在相对(相对与传感器外壳)静止状态，线圈与磁钢之间发生相对运动，动线圈切割磁力线而产生感应电势E。然而现有振动变送器中对绝对式速度传感器的测量还有待于改进，以对所有的振动幅度均进行感应并测量。现有振动变送器振动监测保护仪使用的范围相对受限。图2绝对式速度传感器结构，1、8-簧片；2-永久磁钢；3-阻尼杯；4-导磁体；5-连接杆；6-外壳；7-动线圈；9-引出线接头。

发明内容

本实用新型的目的是：提出一体化振动变送器，对绝对式速度传感器的测量进行改进，以对所有的振动幅度均进行感应并测量。

本实用新型的目的是这样实现的：一体化振动变送器，包括电源电路、振动传感器和测量电路、微处理器、显示和报警指示、操作按钮，开关量输出电路构成，其特征是振动传感器采用速度传感器，信号处理电路包括烈度处理电路、振幅处理电路、加速度处理电路、并设有切换开关、信号处理电路接振动传感器的输入分别连接并联的烈度信号处理电路和振幅处理电路和加速度处理电路，处理电路输出连接A/D转换电路、A/D转换电路连接微处理器的数字输入端口，微处理器总线连接数据存储器，微处理输出端连接显示和报警指示、操作按钮，开关量输出。另还包括液晶显示屏、数据存储器和电源电路组成。

传感器采用绝对式速度传感器，外壳6固定在振动物体上时，整当传感器的外壳6固定在振动物体上时，整个传感器跟着振动物体一起振动，而处在空气间隙内的振动线圈7是用很软的簧片1、8固定在外壳上的。振动变送器的测量电路接振动传感器的输入分别连接并联的烈度处理电路、振幅处理电路、加速度处理电路，并通过切换开关电路将其输出连接信号整理和A/D转换电路，A/D转换电路连接中央处理器(微处理器)的数字输入端口，微处理器总线连接数据存储器，微处理输出端连接显示和报警指示、操作按钮，开关量输出。当然还设有电源电路。

本实用新型的改进是：微处理器输出端连接D/A转换电路并连接电流输出电路。本实用新型的振动传感器输出的振动信号由中央处理器控制切换开关选择不同的信号处理电路。再由整理电路把信号整理成A/D转换器能识别的直流电压，在由A/D转换电路把电压信号转换成中央处理器能识别的数字信号，再经过中央处理器对采集的数据进行集中的运算、处理、控制，然后去输出电流信号、开关量信号等等。

本实用新型的特点是：这是一种对绝对式速度传感器的测量进行改进并对所有的振动幅度均进行感应并测量提出一体化振动变送器。

附图说明

图1是本实用新型的框图

图2绝对式速度传感器结构

图3积分及调整电路

图4高精度峰值检波器及调整电路

图5是V/J是转换电路

1、8-簧片；2-永久磁钢；3-阻尼杯；4-导磁体；5-连接杆；6-外壳；7-动线圈；9-引出线接头。

具体实施方式

如图1所示，该一体化振动变送器主要由振动速度传感器、切换开关、烈度处理电路、振幅处理电路、加速度处理电路、信号整理电路、A/D转换电路、微处理器、液晶显示屏、数据存储器和电源电路等组成。振动传感器输出的振动信号由微处理器控制切换开关选择不同的信号处理电路。再由整理电路把信号整理成A/D转换器能识别的直流电压，在由A/D转换电路把电压信号转换成微处理器能识别的数字信号，再经过微处理器对采集的数据进行集中的运算、处理、控制，然后去输出电流信号、开关量信号等等。

绝对式传感器的结构如图2所示：

当传感器的外壳6固定在振动物体上时，整个传感器跟着振动物体一起振动，而处在空气间隙内的振动线圈7是用很软的簧片1、8固定在外壳上的，其自振频率ωn较低。当自振频率ω≥1.5ωn时，动线圈处在相对(相对与传感器外壳)静止状态，线圈与磁钢之间发生相对运动，动线圈切割磁力线而产生感应电势E：

E＝BL v式中  B——磁场强度  L——感应线圈磁场强度

v——相对运动速度

当B、L一定时，输出电势E正比于振动速度v，所以称它为速度传感器。又因为其振动的相对速度是相对于空间某一静止点而言，故又称绝对式速度传感器，或称地震式速度传感器。

振动变送器的测量电路接振动传感器的输入分别连接并联的烈度处理电路、振幅处理电路、加速度处理电路，并通过切换开关电路将其输出连接信号整理和A/D转换电路，A/D转换电路连接微处理器(微处理器)的数字输入端口，微处理器总线连接数据存储器，微处理输出端连接显示和报警指示、操作按钮，开关量输出。当然还设有电源电路。

振动信号处理电路：振动信号把现场振动信号转换成交流毫伏信号送至积分电路进行烈度/振幅转换，然后送至高精度峰值检波器将交流信号转换成直流信号，经过电压/电流转换电路把直流电压转换为标准的模拟量信号4～20mA。

由振动速度传感器原理可知振动速度传感器输出的电压Ui正比于振动速度v，而振动位移D与振动速度v的关系是正比例关系，因此要取得振动位移(振幅)成正比的信号，速度传感器输出电压信号必须经过积分处理。可纯积分由于对放大器本身的失调电压、失调电流进行积分，其输出可能处于完全饱和状态，导致直流漂移。因此需要在积分电容上并联一个电阻R2-C，可以产生支流反馈，减少运放的直流漂移，并对失调进行补偿。另外电阻R2-C阻值不能取太大，否则对抑制直流漂移不够，影响精度。取的太小，则会降低积分的输入电阻，电路中取100K，此外电容C3-C一般不超过1μF，电路中取0.33μF。积分电路图如图3所示。图中

i_R1≈i_C3， $i_{R1}=\frac{\mathrm{Ui}}{R1}$

$i_{C3}=-C\frac{\mathrm{dUo}}{\mathrm{dt}}$

$\mathrm{Uo}=-\frac{1}{C}{\∫}_0^t{i}_{C3}\mathrm{dt}$

$=-\frac{1}{C}{\∫}_0^t\frac{\mathrm{Ui}}{R1}\mathrm{dt}$

$=-\frac{1}{R1C}{\∫}_0^t\mathrm{Uidt}$

若Ui为阶跃电压时

此外，积分电路后面需要加一个耦合电容C6-C，进行隔直处理。然后把信号通过运算放大器进行调整，再隔直处理。然后，需要把积分处理出来的交流信号转换成我们需要的峰值对应的直流电压信号。因此，需要用高精度峰值检波器把前面处理的信号进行转换。

如图4高精度峰值检波器电路图。图中电路是反相型峰值检波器。运放LM064A组成一个差动放大电路，对输入信号进行放大及调整。D2-C为半波检波二极管，C10-C为存储电容，电阻R8-C和R13-C组成反馈电路。LM064A对输入信号进行反相放大，当D2-C导通，D1-C截止时，被LM064A放大的输出电压通过D2-C对电容C10-C充电，使Uo跟随Ui；当D1-C导通，D2-C截止时，电容C10-C与LM064A隔离，Uo保持Ui的峰值电压。因此，只要输出与输入电压不等，负反馈的作用是不断的对输出电压进行校正，直到两者相等为止。所以D2-C的导通电阻、LM064A的失调和漂移、共模误差等因素对精度的影响被大大削弱，是输出电压随输入电压而变化，这就是该峰值检波器电路具有高精度的原因。

电容C10-C的数值的选取也很重要。过小时，充电速度快，但因LM064A和反馈回路速度跟不上，引起超前误差，同时放电也很快，引起维持误差；而过大时，上面两种误差将减少，但往往不能充电到最高电压，或者电容的放电速度不能完全跟随输入信号幅度的包络变化，这都将带来新的误差。因而电容量的选择应根据实际情况而确定，电路中取47μF电解电容。输入信号的频率上限值由运算放大器的带宽和上升速度决定，在用于高频时，应选用增益带宽积和上升速度叫大的运算放大器。

若检波信号是正极性电压时，只要把电路的两个二极管同时反接即可。电源电路的设计依据：变送器供电为24V直流电压，电路通过极性转换电路和图5的V/I模块等元件将24V直流电压变换成电路所需的两种低压直流电压，供给运放和V/I转换电路。

Claims (1)

1.一体化振动变送器，包括电源电路、振动传感器和测量电路、微处理器、显示和报警指示、操作按钮，开关量输出电路构成，其特征是振动传感器采用速度传感器，信号处理电路包括烈度处理电路、振幅处理电路、加速度处理电路、并设有切换开关、信号处理电路接振动传感器的输入分别连接并联的烈度信号处理电路和振幅处理电路和加速度处理电路，处理电路输出连接A/D转换电路、A/D转换电路连接微处理器的数字输入端口，微处理器总线连接数据存储器，微处理输出端连接显示和报警指示、操作按钮，开关量输出。

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