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专利名称：一种基于大阻尼比的双参量速度和加速度输出拾振器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种振动测量装置，特别是为工程振动和地震观测提供了一种基于大阻尼比的双参量输出拾振器，可同时测量振动加速度和振动速度。
背景技术：
目前，用于振动测量和地震观测的传感器一般只能测量单一振动参量，如电容换能力平衡加速度计、压电式加速度计、应变式加速度计和线圈换能式加速度计等只能测量加速度；线圈式速度计、无源伺服式速度计等只能测量速度。如需要同时获得加速度和速度参量，需要使用加速度计和速度计两种振动传感器，给用户带来不便，增加使用成本；或利用一个加速度计经过信号调理器调理后得到这两种振动参量，此方法不可避免的要使用到积分器将加速度计的输出电压信号经积分后获得正比于速度的电压信号，然而积分势必会带来误差，尤其是针对长周期积分时将带来较大的漂移。
发明内容本实用新型的目的在于克服上述技术中存在的不足之处，提供一种结构紧凑、设计合理，可同时测量振动加速度和振动速度的基于大阻尼比的一种基于大阻尼比的双参量速度和加速度输出拾振器。为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是所述的单自由度系统由弹簧、 阻尼器和运动部分质量块组成，运动部分质量块通过弹簧和阻尼器悬置在外壳内，所述的单自由度系统的上部设置有电容换能速度计，电容换能速度计由差动电容器和电容换能器相连组成，差动电容器与运动部分质量块上端连接，单自由度系统的下部设置有线圈换能大阻尼比加速度计，在运动部分质量块的下端连接一线圈架，线圈架上绕有输入线圈和反馈线圈两组线圈，两组线圈置于磁路系统的磁缝隙中，并分别与伺服放大器的输入端和输出端相连。本实用新型的优点是1、结构紧凑、设计合理，在一个单自由度系统中实现了电容换能的振动速度测量和线圈换能的振动加速度测量；2、利用大阻尼比线圈、换能技术拓宽传感器的频率特性和扩大了测量量程，且两种参量输出具有相同的幅频特性和相位特性；3、适用范围广，可广泛用于多种土木水利工程的振动测量和地震观测。
图1是本实用新型原理框图；图2是本实用新型结构示意图；图3是电容换能速度计电原理图；图4是线圈换能大阻尼比加速度计电原理图。
具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。由图1-图4可知，本实用新型所述的单自由度系统2由弹簧7、阻尼器12和运动部分质量块14组成，运动部分质量块14通过弹簧7和阻尼器12悬置在外壳6内，所述的单自由度系统2的上部设置有电容换能速度计1，电容换能速度计1由差动电容器和电容换能器18相连组成，差动电容器与运动部分质量块14上端连接，单自由度系统2的下部设置有线圈换能大阻尼比加速度计3，在运动部分质量块14的下端连接一线圈架15，线圈架15 上绕有输入线圈16和反馈线圈17两组线圈，两组线圈置于磁路系统的磁缝隙中，并分别与伺服放大器19的输入端和输出端相连。所述的电容换能速度计1的差动电容器由上极板8、下极板10和活动极板9组成， 上极板8和下极板10分别通过极板连接器11与外壳6相连，活动极板9通过活动极板连接器13与运动部分质量块14相连。所述的电容换能速度计1的电容换能器18是由电容电压变换电路23和滤波电路 24组成，差动电容器的三极板和电容电压变换电路23输入端相连，电容电压变换电路23的输出端与滤波电路M的输入端相连。所述的磁路系统是由外磁路4和永磁体5组成，永磁体5和外磁路4下部的上端面连接，外磁路4的下部的下端面和外壳6相连，外磁路4和永磁体5的上端有一定磁缝隙。所述的输入线圈16和反馈线圈17 —端分别与伺服放大器19正输入端和灵敏度电阻20相连，另一端接地，灵敏度电阻20的另一端接伺服放大器19的输出端，伺服放大器 19的负输入端连接输入电阻21和反馈电阻22，输入电阻21的另一端接地，反馈电阻22的另一端接伺服放大器19的输出端。下面详述其工作原理和过程大阻尼比加速度计的基本原理可用图2、图3来描述。在进行振动测量时，拾振器外壳6固定在被测物上，当被测物发生振动时与外壳6相连的磁路系统亦产生振动，运动部分质量块14相对于外壳3产生相对位移，则线圈架15上的输入线圈16便由于在磁场内运动而产生了感生电动势&。该电动势经伺服放大器19放大后得到输出电压ei。同时，输出电压ei通过与之相连的灵敏度电阻20输送到反馈线圈17，由于作用在该线圈上的电压与感生电动势es极性相反，使之对与其相连的运动部分质量块14产生了反向作用力，从而加大了系统的阻尼。系统的运动微分方程为mx + bx + G2i + L· = -mX(a)其中，m为运动部分质量块14质量，k为弹簧7的弹簧刚度，b为包括空气阻尼在内的阻尼器12的阻尼力系数,G1为输入线圈16的机电耦合系数，( 为反馈线圈17的机电耦合系数，&为灵敏度电阻20的电阻，i为流入反馈线圈17中的电流，X为外壳3的运动位移，χ为运动部分质量块14相对于外壳3的相对位移。其电路方程为[0024]
权利要求1.一种大阻尼比双参量输出拾振器，包括单自由度系统O)，其特征在于所述的单自由度系统O)由弹簧(7)、阻尼器(1 和运动部分质量块(14)组成，运动部分质量块(14) 通过弹簧(7)和阻尼器(1 悬置在外壳(6)内，所述的单自由度系统O)的上部设置有电容换能速度计(1)，电容换能速度计(1)由差动电容器和电容换能器(18)相连组成，差动电容器与运动部分质量块(14)上端连接，单自由度系统( 的下部设置有线圈换能大阻尼比加速度计(3)，在运动部分质量块(14)的下端连接一线圈架(15)，线圈架(1 上绕有输入线圈(16)和反馈线圈(17)两组线圈，两组线圈置于磁路系统的磁缝隙中，并分别与伺服放大器(19)的输入端和输出端相连。
2.根据权利要求1所述的一种大阻尼比双参量输出拾振器，其特征在于所述的电容换能速度计(1)的差动电容器由上极板(8)、下极板(10)和活动极板(9)组成，上极板(8) 和下极板(10)分别通过极板连接器(11)与外壳(6)相连，活动极板(9)通过活动极板连接器(1 与运动部分质量块(14)相连。
3.根据权利要求1所述的一种大阻尼比双参量输出拾振器，其特征在于所述的电容换能速度计⑴的电容换能器(18)是由电容电压变换电路03)和滤波电路04)组成，差动电容器的三极板和电容电压变换电路输入端相连，电容电压变换电路的输出端与滤波电路04)的输入端相连。
4.根据权利要求1所述的一种大阻尼比双参量输出拾振器，其特征在于所述的磁路系统是由外磁路(4)和永磁体( 组成，永磁体( 和外磁路(4)下部的上端面连接，外磁路的下部的下端面和外壳(6)相连，外磁路(4)和永磁体(5)的上端有一定磁缝隙。
5.根据权利要求1所述的一种大阻尼比双参量输出拾振器，其特征在于所述的输入线圈(16)和反馈线圈(17) —端分别与伺服放大器(19)正输入端和灵敏度电阻OO)相连，另一端接地，灵敏度电阻OO)的另一端接伺服放大器(19)的输出端，伺服放大器(19) 的负输入端连接输入电阻和反馈电阻(22)，输入电阻的另一端接地，反馈电阻 (22)的另一端接伺服放大器(19)的输出端。
专利摘要本实用新涉及一种基于大阻尼比的双参量速度和加速度输出拾振器，所述的单自由度系统由弹簧、阻尼器和运动部分质量块组成，运动部分质量块通过弹簧和阻尼器悬置在外壳内，单自由度系统的上部设置有电容换能速度计，电容换能速度计由差动电容器和电容换能器相连组成，差动电容器与运动部分质量块上端连接，单自由度系统的下部设置有线圈换能大阻尼比加速度计，在运动部分质量块的下端连接一线圈架，线圈架上绕有输入线圈和反馈线圈两组线圈，两组线圈置于磁路系统的磁缝隙中，并分别与伺服放大器的输入端和输出端相连。本实用新型结构紧凑、设计合理，在一个单自由度系统中实现了电容换能的振动速度测量和线圈换能的振动加速度测量。
文档编号G01P3/42GK202041541SQ20112011586
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者匙庆磊, 孙志远, 杨学山, 杨巧玉, 杨立志, 王南, 高峰 申请人:中国地震局工程力学研究所, 杨学山, 杨巧玉