Вибрационный датчик

01 7/00, 01 1/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(72) Авторы Иванов Владимир ЕмельяновичИванова Наталья Ивановна(57) 1. Вибрационный датчик, включающий полый корпус, подвижный элемент, измерительную катушку, отличающийся тем, что полый корпус выполнен из немагнитного материала, подвижный элемент выполнен из магнитного материала в виде полого цилиндра,имеющего на концах кольцеобразные выступы треугольного профиля, на вершинах которых сплошным слоем сконцентрирована магнитная жидкость, и установлен с возможностью регулировки положения регулировочными шайбами в виде плоских постоянных магнитов, выполненных с возможностью перемещения по резьбе стержня, проходящего через центр корпуса, и обращенных к полюсам магнитного полого цилиндра одноименными полюсами, а измерительная катушка является наружной. 6010 1 2. Вибрационный датчик по п. 1, отличающийся тем, что измерительная катушка выполнена из двух обмоток, соединяемых параллельно или последовательно при подключении к измерительному прибору. 3. Вибрационный датчик по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для работы в режиме дифференциального линейного трансформатора подвижный магнитный элемент выполнен из ферритового материала, а катушка содержит первичную и две вторичные обмотки.(56)678330, 1979.1432342 1, 1981.3742478 1, 1989.51127771 , 1975.58021525 , 1981. Устройство может быть использовано как вибрационный датчик в области исследования вибраций и испытания конструкций на ударные нагрузки, а также в области сейсмической разведки. Известен датчик 1. Однако данная конструкция имеет низкую чувствительность,инерционна и как вибрационный датчик распространение не получила. Известен вибрационный датчик, используемый как сейсмоприемник 2 с укрепленным в нем преобразовательным блоком, имеющим, по крайней мере, одну колпачковую мембрану с закрепленным на ее плоской центральной части пьезоэлементом, снабженным электродами, и инертную массу в виде тела вращения, жестко закрепленную с упругим элементом, проходящим через центр тяжести инертной массы, перпендикулярно рабочей оси сейсмоприемника, и образующую с колпачковой мембраной замкнутый объем, заполненный жидкостью, и дополнительную колпачковую мембрану с пьезоэлементом на ее плоской части, электрически связанным с первым пьезоэлементом и имеющим выводы на внешние сейсмоприемники. Однако данная конструкция не имеет регулировки для подстройки по частоте и амплитуде, мембраны с течением времени изменяют свою жесткость, что увеличивает погрешность измерения большой набор элементов и подвижных контактов приводят к снижению надежности и срока работоспособности датчика. Известна конструкция датчика 3, включающая постоянный магнит, корпус, регулирующие шайбы, катушку с обмоткой и опорный штык. Однако эта конструкция имеет малый диапазон регулировки частоты колебаний, в связи с вибрацией обрываются электроконтакты в подвижной катушке, происходит ее износ и выход из строя в результате сухого трения. Возможность боковых отклонений искажает получаемый сигнал и все вместе приводит к преждевременному выходу датчика из строя. Известна конструкция устройства датчика 4, содержащая полый корпус, магнитопривод, подвижный элемент, расположенный на оси, закрепленной в корпусе, измерительную обмотку и постоянные магниты, расположенные друг относительно друга противоположными полюсами и закрепленные на внутренней стенке корпуса, который выполнен в виде прямоугольника, а измерительная обмотка изготовлена в виде плоской спиральной катушки с электроконтактами, расположенной на плоскости в зазоре между магнитами. Эта конструкция не имеет регулировки для настройки и изменения колебаний по частоте и амплитуде в связи с вибрацией обрываются электроконтакты в подвижном элементе, происходит перекос плоского элемента, возникает трение и износ на оси, что приводит к искажению получаемого сигнала и преждевременному выходу датчика из строя. 2 6010 1 Наиболее близким к предлагаемому является конструкция по а.с. СССР 678330, 1979(прототип). Цель изобретения - расширение диапазона частот с регулировкой амплитуды принимаемого сигнала, устранение подвижного электроконтакта, повышение надежности и работоспособности датчика. Данная цель достигается тем,что полый корпус выполнен из немагнитного материала, подвижный элемент выполнен из магнитного материала в виде полого цилиндра, имеющего на концах кольцеобразные выступы треугольного профиля, на вершинах которых сплошным слоем сконцентрирована магнитная жидкость, и установлен с возможностью регулировки положения регулировочными шайбами в виде плоских постоянных магнитов, выполненных с возможностью перемещения по резьбе стержня, проходящего через центр корпуса, и обращенных к полюсам магнитного полого цилиндра одноименными полюсами, а измерительная катушка является наружной что измерительная катушка выполнена из двух обмоток, соединенных параллельно или последовательно при подключении к измерительному прибору что для работы в режиме дифференциального линейного трансформатора подвижный магнитный элемент выполнен из ферритового материала, а катушка содержит первичную и две вторичные обмотки. Используемая магнитная жидкость представляет собой коллоидный раствор частиц твердого ферромагнетика в жидкости-носителе. Броуновское движение и наличие в жидкости поверхностно-активного вещества (ПАВ) препятствует слипанию частиц. Размеры частиц ферромагнитной жидкости составляют 50-100 , а объемная концентрация достигает 50-100 , а объемная концентрация достигает 20 , что обеспечивает возникновение в жидкости значительного магнитного момента в единице объема. Последнее обстоятельство обуславливает сильное взаимодействие магнитных жидкостей с внешними полями,увеличивая их влияние на элементы индукционной системы датчиков. Магнитная жидкость обладает низким коэффициентом трения, что обеспечивает снижение износа подвижных и соприкасающихся элементов датчика, повышает срок их работы. Смазочноупругие свойства жидкости при заполнении пространства между корпусом и концентраторами (кольцевые выступы на концах магнитного элемента) обеспечивают снижение вероятности бокового колебания подвижного элемента, что уменьшает появление паразитных шумов в принимаемом сигнале. Таким образом магнитная жидкость выполняет в этой системе тройную роль обеспечивает смазку подвижного элемента, увеличивает влияние магнитных полей на характеристики датчика, уменьшает шумы в принимаемом сигнале. Использование наружной катушки избавляет от необходимости применять подвижные контакты в ограниченном пространстве, а возможность применения обмоток различного конструктивного исполнения позволяет согласовать работу датчика с измерительными приборами широкого спектра назначения и унифицировать процесс изготовления самих вибраторов. На фиг. 1 представлена конструкция датчика, где 1 - опорный штык, 2 - катушка с обмоткой, 3 - корпус, 4 - днище корпуса, 5 - регулирующие магнитные шайбы, 6 - подвижной магнитный элемент, 7 - магнитная жидкость, 8 - центральный стержень с резьбой, 9 центрирующий элемент, 10 - магнитные кольца с треугольным профилем. Настройка датчика производится с помощью винта 8. Резьба в плоских магнитах - регулирующих шайбах разная, в одной - левая, в другой - правая. При вращении винта 8 вправо шайбы сближаются к центру и магнитными полями зажимают магнитный элемент,а влево - расходятся, увеличивая амплитуду возможных колебаний. Вращая винт 8, датчик настраивают на нужную или оптимальную амплитуду колебаний и используют в работе. На фиг. 2 представлена конструкция, в которой для расширения протяженности линейного участка характеристики и повышения крутизны используется катушка из двух 3 6010 1 обмоток 2 а и 2 б, соединяемых по необходимости параллельно или последовательно при подключении к измерительному прибору. На фиг. 3 представлена конструкция, в которой для обеспечения работы в режиме линейного дифференциального трансформатора магнитный элемент выполнен из ферритового материала, кольцевые выступы из плоских постоянных магнитов 10, а катушка состоит из первичной 2 и двух вторичных обмоток 2 а и 2 б. Вибрационный датчик фиг. 1 работает по следующей схеме. С помощью опорного штыка 1 вибрационный датчик закрепляется на грунте или в месте, где необходимо замерить вибрацию. При наличии вибрации приходит в движение корпус вместе с катушкой 2. Витки катушки пересекают силовые линии магнитного поля,созданного магнитами 10 и ферромагнитной жидкостью 7. В результате возникает ЭДС,определяемая из следующего соотношения Полученный электрический сигнал через контакты катушки передается по кабелю от датчика на измерительный прибор виброизмеритель 102, с помощью которого можно производить измерения на открытом грунте или на движущихся системах, таких как автомобиль, поезд и др. Измерения можно производить также в подшипниках турбин, компрессоров и насосов. Кроме прибора Р 102 контроль вибрации можно осуществлять серийными приборами ВШВ-003, ВМ-1, ШВИЛ-0,1, выпускаемыми, например, в России. Для расширения протяженности линейного участка характеристики датчика и повышения ее крутизны используется датчик вибрации, фиг. 2. При последовательном соединении выводов катушек 2 а и 2 б при вибрации увеличивается значение ЭДС, передаваемой по кабелю на измерительный прибор, при параллельном соединении катушек 2 а и 2 б увеличиваются токовые характеристики. Полученная информация или записывается на самописец или выводится на индикатор измерительного прибора. Если измеряемый сигнал имеет сложную форму и изменяется в зависимости от вариаций измеряемой величины (измерении среднего квадратичного значения виброскорости и виброускорения, их логарифмических уровней в октавных или трехоктавных полосах частот) лучше применять датчик, фиг. 3. Для этого к выводам катушки 2 подводится переменный ток от внешнего источника, выводы катушек 2 а и 2 б снимается трансформируемое напряжение, которое измеряется каким-либо измерительным прибором. Результаты сравнительного анализа представлены в таблице. Из представленных данных видно, что диапазон регулировки частоты колебаний увеличивается в 20 раз, коэффициент трения снижается в 16 раз, возможное угловое отклонение - в 10 раз, условная вероятность выхода из строя в течение 2-х лет снижается в 4 раза. Характеристика датчиков вибрации Характеристики Диапазон регулировки частоты (Гц) Коэффициент трения Возможные угловые отклонения при колебаниях (в град) Условная вероятность выхода из строя датчика в течение 2-х лет Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.