SE538479C2 - Vibrationssensor för registrering av vibrationer i vibrationssensorns vertikala och horisontella led - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en vibrationssensor 1 för registrering av vibrationer ivibrationssensorns 1 vertikala och horisontella led där en rörlig del 9, innefattandeminst en magnet 7, är rörligt anordnad i en hållare 2, där hållaren 2 innefattar en ihållarens 2 övre del anordnad magnet 5T och en i hållarens 2 nedre del anordnadmagnet 5B där den rörliga delen 9 är fritt rörlig mellan den i den övre delen avhållaren 2 anordnade magneten 5T samt den i den nedre delen av hållaren 2anordnade magneten 5B, vidare omsluts den rörliga delen 9 av minst en spole 6 i vilken den rörliga delen 9, helt eller delvis, är fritt rörlig.

Description

1 VIBRATIONSSENSOR FÖR REGISTRERING AV VIBRATIONER IVIBRATIONSSSENSORS VERTIKALA OCH HORISONTELLA LED Nyskapande Metod att upptäcka olika signaler till exempel vibrationer Definition av vibration:Baserad på mekanik, o att elastiskt material och/eller del av elastiskt material sammanfogat ielastiska eller fasta"bryggor" rör sig periodisk från låga till de högsta frekvenserna men mestmed låga amplituder o att icke elastiskt material kan på grund av mekanisk kraft befinna sig i ettspänningstillstånd med resultat o att detta material har möjlighet att vibrera i alla frekvenser och amplituder,tex. jordbävningar o vibrationer kan man direkt känna och/eller höra och/eller se till skillnad frånsvängningar och/eller pulseringar som i huvudsak indirekt vänder sig tillkänslan och/eller erfarenheten o vibrationer i musik är ej önskvärt, svängningar med klara frekvenser ochamplituder är däremot önskvärda o det innebär att vibrationer har för det mesta inte ett definieratspektrum/omfång av frekvenser/amplituder, i verkligheten är det enblandning av olika frekvenser och amplituder o så vibrationer kan vara och är skadliga för material, bostäder och förmänniskan genom oljud eller mekaniska vågor och kan förstöra material (ultraljuds utrustning) och sensorer tex. öron Efter denna ovan korta beskrivning som är att finna i litteraturen omvibrationssensorer med olika typer av givare som reagerar genom optiska,akustiska, vanliga elektriska, piezoelektriska eller andra signaler som skapas av naturen och/eller artificiellt av människan. 2 Mänskliga vibrationssensorer är t.ex. ögon, öron, fingertoppar och hudberöring (”haptik") vilka är människans fina sätt att inhämta information l detta dokument behandlas endast den grupp av induktiva givare som verkar genom induktion eller som agerar som en differentieli transformator och/ellerverkar som en induktiv elektrisk omvandlare med inre rörliga delar eller avståndsgivare.

Patentbeskrivningar av dessa typer av vibrationssensorer är t.ex. de som anges iklass 73, 517R och klass 73, 654 R.

Patent som beskriver de olika vibrationssensorer är exempelvis: patentskrift WO2013029286 (A1) med titeln "lnertial measurement unit of unmanned aircraft",patentskrift US 2013025346 (A1) med titeln ”Long~period vibration sensor andmethod for correcting output value of the long-period vibration sensor",patentskrift WO2013007071 (A1) med titeln ”Sensor for probing geologicaldisaster and monitoring and alarming device thereof", patentskrift EP 2546185(A1) med titeln ”vibration absorber", patentskrift HY131771 (A1) med titeln "l\/lulti~input, multi~output motion control for lithography system", patentskrift EP2543619(A1) med titeln "vibration damper system", patentskrift US2013002244 (A1) medtiteln "lVlElVlS-based magnetic sensor with a lorentz force actuator used as forcefeedback", US 2012319866(A1) med titeln ”Wireless sensor device and methodfor wirelessly communicating a sensed physical parameter", patentskriftUS2012313784 (A1) med titeln "Portable reverse alarm system", patentskriftUS2012287757 med titeln "Forward looking seismics from drill-bit", patentskriftRU2465557 (C1) med titeln "Electromagnetic device, as well as a vibration typesensor with said electromagnetic device", patentskrift WO2012156507 (A2) medtiteln "System for making available information which represents a vibration statefor the operation of vibrations-emitting machines, in particular constructionmachines". Vidare beskrivs känd teknik i US 2852243, US 3100292, US3,129,347, US 3,308,647 samt US 3483759. 3 Alla dessa ovan nämnda patent baseras mestadels på Lenz lag, somursprungligen har sin grund i Faradays induktion och i Lorentz kraft.

I ovanstående patent skapas induktiva effekter av yttre/från utsidan kommandevibrationer som påverkar en rörlig centralt placerad permanentmagnet och varsrörelse registreras av runt magneten omgivna spolar eller tvärtom en rörlig centralt placerad spole som är omgiven av en permanentmagnet.

Vanligtvis- som det omskrivs i litteraturen - påverkar en permanentmagnet enomgivande spole.

I denna spole kommer den yttre påverkan av permanentmagneten åstadkommaen induktion, vilken kan registreras och spelas in.

Omvänt gäller för en rörlig spole.

Alla typer av vibrationssensorer, som finns tillgängliga på marknaden ärtillverkade i överensstämmande med denna konstruktion och design. Vidmätningar och fältförsök erhålls endast svaga signaler och otydlig spektrums förpersoner, fordon eller fordonstrafik för att kunna framställa olika objektsrelaterade signaturer för att på ett säkert sätt upptäcka intrång till skyddade områden.

Vanligtvis är en permanent centrummagnet fäst i toppen och/eller i botten på ettsådant sätt att polariteten är syd till syd till den rörliga magneten och /eller nord tillnord iden andra änden.

Genom detta arrangemang är den rörliga magneten fri att röra sig men genomrepellerande verkan från de fasta magneterna är rörelsen lätt dämpad.

Denna repellerande verkan innebär att alla former av vibrationer endast kanregistreras lätt dämpade och utifrån kommande störningar som påverkar den rörliga magneten kan endast ge upphov mindre induktion i spolen(arna).

För att uppnå bättre känslighet framkom genom föreliggande uppfinning att denovan beskrivna repellerande/dämpande effekten inte skapade den förväntandekänsligheten. 4 Genom omfattande försök konstaterades, att den fasta magneten i toppen inteskulle verka i repellerade riktning - som beskrivits ovan - utan i attraheranderiktning, på så sätt att den rörliga magneten är repellerande från den i botten fastamagneten och är attraherad från den fasta magneten i toppen.

Det konstaterades att avståndet, från den i toppen fasta attraherande magneten,till den rörliga de|en(magneterna) måste justeras så att attraktionskraften ejmedför att den rörliga de|en(magneterna) lyfts till toppen.

Genom denna justering har känsligheten optimerats.

De normala resultaten som påvisats genom ett stort antal mätningar och fältprovmed kommersiella sensorer - vilka beskrivs i de patent som anges ovan ooh somfinns på den aktuella marknaden - har givit idén till föreliggande uppfinning av enmycket tunnare vibrationssensor som samlar in mer och bättre signaler från omgivningen och därmed ger möjlighet till mer kvalitativa inspelningar Uppfinningen avser därmed en förbättrad vibrationssensor enligt: o rörlig del 9 med att antal av två eller fler repellerade magneter 7, i toppenoch botten av rör 4 är permanentmagneterna 5T ooh 5B så monterade att den rörliga delen 9 befinner sig i ettjämviktsläge o del 9 befinner sig inuti det yttre röret 4 som har en speciell utformning av röret 4 med en eller flera slitsar i ett öppet utförande ~ det yttre röret 4 är omgivet av ett antal spolar 6 med många lindningar v antalet spolar 6 är en mer än antalet magneter 7 ø det fasta avståndet av luftgapet 10 och den fasta längden på magneterna 7 skapar kraften i det inducerande fältet i spolarna 6 5 för registrering av det inducerade fältet är utformningen av distansringarna 8 mellan spolarna 6 av betydelse antalet lindningar i spolarna 6 är beroende av arean på det inducerade fält som skapas av magneterna 7 i den rörliga delen 9 genom de krav som nämnt ovan verkar sensorn både vertikalt och horisontellt med hög känslighet genom den speciella utformningen av slits(arna)15 är rörelsen av del 9 större och därmed också signalen att denna sensor är med enheterna 11 och 12 trådlöst ansluten till andragivare - av samma typ eller andra typer - och kan på så sätt t.ex. genomtriangulering beräkna positionen (vertikalt och/eller horisontellt) och/ellerpassager och/eller förseningar - under förutsättning att man erhåller denexakta positionen på eventuella signaler inom området.

Ring- formen 16 innehåller alla delar och kan också användas separat enheterna 11, 12 och 13 är anordnade på toppen av hållare/kapsel 2 enheterna 11,12 och 13 kan också anordnas i ring -formen runt fästet 3 induktionssignalerna från spolarna 6 kommer att accepteras av spolen 6/Tr1 som sitter runt fästet 3 fästet 3 och spolen 6fTr1 omges av den sändande spolen 6/Tr2 vilken ärbelägen i ring-formen 16 på så sätt att signalerna från spolarna 6 kommer attöverföras trådlöst induktivt till enheterna 11 och 12 6 o de induktiva trådlösa signalerna från spole 6/Tr1 till spole 6/Tr2 behöveringen extra energi. Spolarna är integrerade i varandra och har för denna applikation en speciell konstruktion ø detta arrangemang av enheterna 11 och 12 kan även användas för andrasignaler som kommer via spole 6/Tr1 från spole 6/Tr2 t.ex. buller, ljus eller ultraljud som kommer från relevanta sensorer ~ detta arrangemang av enheterna 11, 12 och 13 på toppen av hållaren 2kan även användas för andra signaler såsom brus ljus eller ultraljud som erhålls från relevanta sensorer Uppfinningen avser en förbättrad vibrationssensor för registrering av vibrationer ivibrationssensorns vertikala och horisontella led där en rörlig del, innefattandeminst en magnet, är rörligt anordnad i en hållare, där hållaren innefattar en ihållarens övre del anordnad magnet och en i hållarens nedre del anordnadmagnet där den rörliga delen är fritt rörlig mellan den i den övre delen av hållarenanordnade magneten samt den i den nedre delen av hållaren anordnademagneten, vidare omsluts den rörliga delen av minst en spole i vilken den rörliga delen, helt eller delvis, är fritt rörlig.

Vidare kännetecknas den förbättrade vibrationssensorn av; att magneterna i den rörliga delen är anordnade för att repellera den iden nedredelen av hållaren anordnade magneten samt där magneterna i den rörliga delenär anordnade för att attrahera den i den övre delen av hållaren anordnade magneten. att den rörliga delen är anordnad så att den rörliga delen är i ett jämnviktsläge mellan den i hållarens övre del anordnade magneten och den i hållarens nedre del anordnade magneten. 7 att den rörliga delen är anordnad i ett rör med ett runt den rörliga delen omslutande luftgap mellan den rörliga delen och röret. att röret är anordnat med minst en slits. att antalet spolar är fler än antalet magneter, där magneterna är anordnade i denrörliga delen, samt där spolarna är separerade med distansringar mellan spolarna. att en analysenhet, en sändare och mottagare samt ett batteri är anordnade ivibrationssensorn, där sändaren och mottagaren är anordnad för kommunikationmed andra vibrationssensorer samt där batteriet förser analysenheten samt sändaren och mottagaren med elektrisk energi. att vibrationssensorn är anordnad med en transformatorkoppling av en förstaspole och en andra spole där spolarna är elektriska anordnade till den förstaspolen samt där den första spolen är induktivt kopplad till den andra spolen samtdär den andra spolen induktivt överför signaler till analysenhet samt till sändare och mottagare.

Uppfinningen beskrivs enligt följande. Se ritningar A+B+C i bilaga 1.

Kort beskrivning av ritningarna SensorenhetKapselFäste Yttre Rör5T Fast Magnet5B FastMagnet6.1 Spole 6.2 Spole -ÄOJIU-A 6.36.4 SpoleSpole 6/Tr1Spole6fl'r2Spole 7.17.2 7.388T8B911 MagnetMagnetMagnetDistansringDistansringDistansringInre Rörlig DelLuftgapAnalysenhet 12 Sändare/ Mottagare 13 Batteri 14 Stödbricka 15 Slits i pos. 4 ovan. Se ritning B16 Ringen Föredragningslista 1 hela vibrationssensorenheten 2 yttre hållare/kapsel, tillverkad av plast eller komposit, är vattentät och har ingenelektrisk förbindelse med det ytter röret 4 eller andra delar och är isolerat mot distansringarna 8 och även mot fästet 3 genom stödbrickan 14 2/1 spolarna 6.1 till 6.n är placerade i kapsel 2 och deras inbördes avstånd bestäms avdistansringarna 8 och till de fasta magneterna 5T och 5B genom distansringarna8T och 8B 2/2på toppen av kapsel 2 sitter utvärderingsenheten 11 och kommunikations och lagringsenheten 12 samt batteriet 13 vilket har anslutning för laddning 2/3 alla spolar 6 har minst 5000 lindningar, men för det mesta 2 - 6 gånger fler 4/1 Det yttre röret 4 har en ytterdiameter som lika med innerdiametern på spelarna 6 4/2Det yttre röret 4 har en inre diameter så att de rörliga permanentmagneterna 7.1 till 7.n som sitter i den rörliga delen 9 kan röra sig fritt inuti det yttre röret 4 4/3Det yttre röret 4 är tillverkat av ett elektriskt ledande material, för det mesta koppar eller aluminium 4/4 Det ovan nämnda yttre röret 4 har axiellt en eller flera slitsar, se ritning B 2/5 Den fasta magneten 5B och den fasta magneten 5T är permanentmagneter och'ar fixerade med distanserna 8B och 8T.

Magneterna 5B och 5T har ingen kontakt med ytterröret 4 och håller den rörligadelen 9, vilken innehåller magneterna 7.1 - 7.n, i balans/jämvikt med den repellerande magneten 5B och den attraherande magneten 5T. 9/1Det inre rörliga delen 9, som innehåller 2 eller flera permanentmagneter 7, har enytterdiameter som är lite mindre än innerdiametern på det yttre röret 4, så att del 9 har fri rörlighet och är ijämvikt i del 4 som beskrivits ovan 9/2Den rörliga delen 9 innehåller magneterna 7.1-7.n, vilka har repellerande polaritet till varandra 9/3I den rörliga delen 9 är magneterna 7.1-7.n fixerade med plast eller metall, ochhar ett definierat avstånd mellan sig på maximalt 10mm oftast något mindre.

Detta avstånd benämns luftspalt 10 7/1Antalet permanentmagneter 7 är ett mindre än antalet spolar 6.Längden på magneterna i del 9 är mestadels samma. Längderna är max 30mm och min 10mm- 7/2 De permanenta magneterna 7 har alla ett centralt axiellt hål som går i allamagneterna och genom hela delen 9 så att det vid varje rörelse av del 9 aldrigkan finnas/uppstå någon komprimerad atmosfär, i olja eller annat medium, iutrymmena över eller under den rörliga delen 9, som kan dämpa rörelsen som skapas av yttre vibrationer. 8Antalet distansringar 8 är (förutom de två fasta 8T och 8B) en mindre än antaletspolar 6.

Höjden på distansringarna 8 mellan spolarna är densamma. 11 Höjden på distansringarna 8T och 8B är mindre eller större än höjden på distansringarna 8 9/4 Spåreuspåren) i det yttre röret 4 kan vara ett eller flera Se: Bilaga 1, ritning B, Alt 1 och Alt 2 Det yttre röret skall betraktas som en spole med en lindningSe: bilaga 1 ritning B Alt 1 och 2 Målet för arbetet var att finna ut en bättre konstruktion och design för att kunnadetektera signaler på längre avstånd, spela in signaturer för specifika objekt ochäven möjligheten att bygga in ett GPS-system som en del av utvärderingsenheten 11, som ett led l att lokalisera misstänkta och/eller okända vibrationer.

Det första området som studerades för att erhålla bättre signaler var att ilitteraturen studera på vilket sätt en inducerad signal genereras för att kunna göra en bättre och mer sofistlkerad sensorkonstruktion.

Efter många fältförsök konstaterades - vilket inte i första hand var förväntat - attfler permanentmagneter 7 och även motsvarande antal spolar 6, med flerlindningar medförde större kraftfulla signaler. Detta i kombination med att depermanenta magneterna 7 var kopplade till varandra som i del 9, vilketresulterande i att magnetfälten komprimerades mellan samma polariteter i de definierade luftspalterna 10 för att skapa högre induktion i de relevanta spolarna 6 Det konstaterades också under dessa försök - vilket inte tidigare var känt - attavståndet i luftgapet 10, och polariteten hos de permanenta magneterna 7 i del 9 var viktigt både för kvaliteten och för kvantiteten av signalerna.

Efter ytterligare försök upptäcktes - vilket inte var väntat - att det yttre röret 4 genom sin speciella konstruktion möjllggjorde en större induktion i spolarna 6 på 12 grund av en bättre rörlighet och större amplitud av den rörliga delen 9 tack vare en mindre dämpnig av metallröret 4 Kombinationen av en repellerande magnet 5B och en mycket noggrant justeradattraherande magnet ST, har gett den bästa känsligheten och den minsta dämpningen vid yttre påverkan så att olika vibrationer bättre kan indikeras,bestämmas och identifieras avseende vad/vem som har orsakat störningen/vibrationen.

Dessutom har kombinationen av spolar 6, åtskilda med distansringar 8, somligger mittemot luftgapen 10, mer än fördubblat induktionen genom fler spolar 6 och permanentmagneter 7 Seriekopplingen av spolarna 6 tillsammans med den kraftfulla magnetiskapåverkan från luftgapsområdet 10, säkerställde att känsligheten blev betydligtbättre än de konstruktioner och utföranden som finns på marknaden eller beskrivs i litteraturen.

Det konstaterades utan att det var väntat, att inte endast vertikala vibrationerindikerades, utan till stor förvåning indikerades även horisontala vibrationermånga gånger bättre än alla på marknaden förekommande vibrationsinduktions SGHSOFGT.

Baserat på dessa oväntade med verkliga resultat föreligger följande patentkrav för vibrationssensorn:

Claims (1)

1. 'line combination repelling maignet SB and ifery exactly justiíied attractioxri iiiagnet il has giventherbest sensibility find the best darnpirig for any vibrzition sn that dilifererit vibrations an: betterindicated. determinate and iriclentilied abøui the relevant creat<>r(s“)_ rålso. the crimbinaticnn ofcoils spacecl zipart by spacers 8. and louzned øppiïisite the air grips lO.han more :han double the iridiictiizii by ntore coils 6 and permanent rnagnets 7. rålso the connecting in series of the coils 6 trigethei' »with the piuxvcrliil irlagrictic iriflrrcncecorning from the air gap lf) areas. friade it sure. that the sensibilityf *was niiich better than theconstruction and dßsigxi available on the inarkcl or described in the literature, what was also notin knotxøledge before. lt ixfas also liiund ivithout expecraiintr, thai 'mn cinli' *vertical ifibratinris. where indicated. iosurprise horizontal sfibrations ii-*liere indiealed. inany times better then lirom every citiiervibratíon inductiori Sensors ironi the market. Based. on these rinexpected but real results licilloiving clziitiis are inr tlie víbratíoii sensor: I nioxfezible part 9 »ifith a riurriber ofrnore than two repeliitig perinatierit mngriets 7.the top and the bnrtmn has permanent rnagnets SB and Sfl* sn that the moi-'eable part 9 isby this in equilibriulmíbalance0 this part 9 inside the (inter tube 4 ivith special clesigii iii' the tube 4 xtiih one or mun:gronxfeßis) i n open design v the outar tube 4 is surrøunded by a iiunibeif of high winning mils (i fl this number ofcoils 6 are om: iiinre than iiiaaneis 7 w the ilixed distance cvlithe air gap lO and the fixed length nfrhøs inagriets 7 create the powerofthe inductioti lields into the mils 6 I før the rectirrliiig of the inductiiin. tields zilso in. relevant design oftlie spacers 8 betnfeenthe coils 6 the nuniber ofu-'iiidírigs of the coils 6 depends rifthe rvfthe iriclrictioii ñelds createdby 7 in part 9 0 by ïliis above claiiiis the sensor is iiforkiiig both vertical and liorizriiititl in high sensibilitif~ by this special desimi of Lfrimvers) lš rhr: innxferiient/Sigfrid infpiiti i) niciri: isfšlririiife I Ihaï this sensor is. connected ixirelessly' by the tinits l l sind ll? vrith other Serisors - sametypes or other iypes- and can by this~ eg. »ifith triangulatioii calculate the position(vertical aridf nr licirixrintal) and/iir vt-'aysfftiimen differencesfdelayfs gjii-'eri the exactlocations ofany signals in and out the area. The ring-Folin 14 iriclucles all units and canalso be Lised separnteiyf. Un the units ll and l3 are arranged dn the top of the hølder 3.The nnits l l. IE andlfš can alsn br: arranged in íhe ring form lá arnund the crinnectcir 3. the inducticin signals by calls 6 »vill he zxcceptfsd by the coil óßTrl :around the conncctuz* 3 the cdnnæcïcir 3 and this coil ófillrl is surrounded b; the transmiiting unil(i='“i'l'r2 livcatcd inthe ring l-'l so that the signals by coils 6 will crime as inductiwøe signals wireless to theunit ll and 12 this inductive wireless signals by coil (àfffrl tu cošl :SYFTE need not any auxiliary) energy.'The coils (ifTrl and (>f"'l"r2 are inrcrgradcsd in each rather and have for ihis application aspecial design. this arrangemclit ofunit l l and '12 can :ilsa he usnd inr rather sígiizals, amning via cnilflrloxier coil-ffrl Lag. noise nr light nr iiltrasnnic b; relevant Sensors this arrangemcnt of l l, 12 and 13 on the mp ofholrler 2 can also be used før other signalslike noise or light or ultrasoiiic by relevant sensors