Индукционные преобразователи вибрации

Принцип действия индукционных преобразователей вибрации основан на законе электромагнитной индукции. Возникающая ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока или скорости перемещения катушки в постоянном магнитном поле

где W – число витков, В – индукция постоянного магнита, V – скорость перемещения катушки относительно неподвижного магнита или скорость перемещения магнита относительно неподвижной катушки, причем направление скорости перпендикулярно плоскости витков катушки.

И ндукционные преобразователи вибрации отличаются простотой конструкции и надежностью в эксплуатации, но нижняя граница рабочего диапазона ограничена частотой 8-10 Гц. Конструкция индукционного преобразователя вибрации приведена на рис. 3.52.

Рис. 3.52. Конструкция индукционного преобразователя вибрации

Различают индукционные вибропреобразователи с осевой и маятниковой подвеской сейсмомассы. Осевая подвеска характеризуется тем, что центры тяжести и жесткости лежат на одной линии, имеющей направление измеряемого колебательного движения, или совпадают. Такие преобразователи вибрации менее чувствительны к поворотам корпуса и в большинстве случаев не требуют регулировки. Корпус датчика 1 с помощью винтов крепится к исследуемому объекту. В корпусе 1 закрепляется обмотка 5. Инерционная масса (постоянный магнит 3) закрепляется на двух пружинах 2. При вибрации объекта (указано стрелкой) корпус датчика вибрирует вместе с катушкой. Инерционная масса покоится, при этом в катушке наводится ЭДС E = WBV. Измерительная обмотка состоит из двух половин, магнитные потоки в полуобмотках направлены встречно, благодаря этому уменьшается погрешность от влияния внешнего магнитного поля. Медный каркас 4, за счет наводимых в нем ЭДС и токов, служит для увеличения коэффициента успокоения. Амплитудно-частотные характеристики индукционных преобразователей вибрации обычно равномерны от собственной частоты до 100 Гц, затем амплитуда их плавно уменьшается и на частотах порядка 1000 Гц составляет 60% от равномерной.

М аятниковая подвеска характеризуется тем, что сейсмомасса совершает колебания – вращения вокруг оси подвески (рис. 3.53а), причем кратчайшая линия, соединяющая центр тяжести массы с осью подвески, перпендикулярна направлению колебательного движения.

Рис. 3.53а, б. Преобразователь вибрации с маятниковой подвеской

Если объект (3.53б), на котором закреплен датчик, будет вибрировать в направлении стрелки а, то инерционная масса 1, стараясь сохранить состояние покоя, повернет якорь 2 в магнитном поле постоянного магнита 3. В катушке, размещенной на якоре, наведется ЭДС, пропорциональная скорости поворота якоря.

Маятниковая подвеска позволяет добиться сравнительно низких собственных частот при относительно малых габаритах и массе; недостатком маятниковой подвески является повышенная чувствительность к поворотам корпуса прибора, а также необходимость сравнительно частой регулировки положения.

Индуктивные и взаимоиндуктивные преобразователи вибрации

Действие индуктивных преобразователей вибрации основано на изменении индуктивного сопротивления

Наиболее широко применяют индуктивные преобразователи с переменной величиной δ или площади зазора, а также с подвижным цилиндрическим сердечником (плунжером). Преобразователи с переменной величиной зазора позволяют измерять виброперемещения от долей микрона до нескольких миллиметров. Линейный участок характеристики простейших индуктивных преобразователей составляет 0,1 от номинальной величины зазора. Преобразователи с переменной площадью зазора имеют лучшую линейность характеристики, который составляет 0,4-0,6 от средней величины зазора.

В заимоиндуктивный (трансформаторный) преобразователь вибрации, показанный на рис. 3.54, представляют собой устройства, в которых перемещение массы изменяет величину индуктивной связи между обмотками. Инерционная масса 1 (ферромагнитный стержень) подвешена на пружинах и находится в относительном покое, а вибрирует объект и корпус преобразователя, установленный на объекте.

Рис. 3.54. Взаимоиндуктивный преобразователь вибрации

При движении объекта вверх электромагнитная связь между обмоткой питания 2 и выходной обмоткой 3 увеличивается, а между обмоткой питания и обмоткой 5 уменьшается. Поэтому напряжение U₂ увеличивается, а U₁ уменьшается. Разность напряжений – выходной сигнал пропорционален вибросмещению Δδ. Для получения виброскорости и виброускорения необходимо дважды дифференцировать выходной сигнал. Индуктивные и взаимоиндуктивные преобразователи отличаются простотой устройства, большой чувствительностью и не требуют дополнительного усиления. Частота источника питания должна быть больше верхней измеряемой частоты.