专利名称：一种温度和转速检测机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及真空获得设备应用技术领域，具体涉及一种能够同时检测高速旋转体温度和转速的检测机构。
背景技术：
磁悬浮分子泵是一种采用磁轴承作为转子支承的分子泵，它利用磁轴承将转子稳定地悬浮在空中，使转子在高速工作过程中与定子之间没有机械接触，具有无机械磨损、能耗低、允许转速高、噪声低、寿命长、无需润滑等优点，目前磁悬浮分子泵广泛地应用于高真空度、高洁净度真空环境的获得等领域中。磁悬浮分子泵的内部结构如图I所示，图中所述磁悬浮分子泵竖直设置，所述磁悬浮分子泵包括泵体3、设置在所述泵体3内腔的转子轴系。所述转子轴系包括转子、第一径向磁轴承6、第二径向磁轴承9、第一轴向磁轴承13和第二轴向磁轴承15。所述转子包括转子轴7、与所述转子轴7固定的叶轮I、以及用于固定所述叶轮I的装配部件，如螺钉、螺母等。所述转子轴7的轴线沿竖直方向设置，所述叶轮I固定安装在所述转子轴7的上部； 所述转子轴7的中部依次间隔地套设有第一径向保护轴承4、第一径向位移传感器5、所述第一径向磁轴承6、电机8、所述第二径向磁轴承9、第二径向位移传感器10和第二径向保护轴承11等。所述转子轴7的下部设置有所述第一轴向磁轴承13、所述第二轴向磁轴承15、 推力盘14以及轴向保护轴承12和用于检测所述转子轴向位移信号的轴向位移传感器16。 其中，位移传感器(所述第一径向位移传感器5、所述第二径向位移传感器10和所述轴向位移传感器16)的信号输出端与位移检测装置18的信号输入端连接，所述位移检测装置18 的信号输出端与所述控制器2的信号输入端连接，所述位移检测装置18用于检测所述转子的位移。此外，为了检测所述转子的转速和温度，所述磁悬浮分子泵还配置有用于检测转子转速的转速检测装置19和用于检测转子温度的温度检测装置，所述转速检测装置19用于检测所述转子的转速信号，其信号输入端通过所述磁悬浮分子泵的接线端子17连接到转速检测传感器，所述转速检测装置19的信号输出端与所述控制器2的信号输入端连接；所述温度检测装置用于检测所述转子的温度信号，其信号输入端通过所述磁悬浮分子泵的接线端子17连接到温度检测传感器，所述温度检测装置的信号输出端与所述控制器2的信号输入端连接。所述磁悬浮分子泵的控制器2接收来自所述位移检测装置18、所述转速检测装置 19和所述温度检测装置的信号并对接收到的信号进行分析处理，进而对转子进行相应控制。转子位移和转子转速是控制器控制转子运动的重要依据，转子温度是体现磁悬浮分子泵工作状态的重要指标，因此在磁悬浮分子泵控制过程中需要时刻关注转子位移、转速和温度的数值变化。现有技术对如磁悬浮分子泵转子等高速旋转体转速和温度的检测通常采用如下方法
I、转子转速检测采用带霍尔传感器的永磁直流电机驱动转子转动，利用永磁直流电机上设置的霍尔传感器检测电机转子的转速。其原理是转子每旋转一周，霍尔传感器就会输出一个高电平信号，分析该高电平信号的频率就可以得到转子的转速。2、转子温度检测设置专门的温度传感器测量转子温度。上述转子转速的测量方法，必须使用带有霍尔传感器的电机驱动转子运转，而诸如交流电机等没有霍尔传感器的电机就需要另配速度传感器测量磁悬浮分子泵转子的转速，这无疑限制了磁悬浮分子泵相关配件设备的选择。另外，如果只依靠电机上霍尔传感器来测量转子转速，那么一旦霍尔传感器发生故障，则无法再获取转子的转速信号，影响磁悬浮分子泵的正常工作。虽然也可以在转子上附加一个速度传感器作为霍尔传感器的备份测量装置，当霍尔传感器发生故障时启动该速度传感器检测转子转速，但这样一方面增加了成本，另一方面也增加了磁悬浮分子泵泵体内元器件的数量，而泵体内空间有限，额外附加一个速度传感器势必给泵体内的元件布局带来困难。类似地，上述转子温度的测量方法是单独配备了一个温度传感器，同样会增加成本，还会对泵体内的元件布局造成影响。
发明内容
本发明所要解决的是现有技术中对如磁悬浮分子泵转子等高速旋转体温度和转速的检测需要额外配置传感器件，使成本增加，并导致高速旋转机械腔体内布局困难的技术问题，进而提供一种结构简单、成本低、能同时检测高速旋转体的温度和转速的检测机构。为解决上述技术问题，本发明提供一种温度和转速检测机构，其信号输出端与信号处理单元的信号输入端连接，包括检测部，为高速旋转的旋转体的一部分，所述检测部与所述旋转体具有相同的温度和转速，所述检测部为柱状，其柱面上成型有一个检测槽以及用于平衡所述旋转体质量、 保证所述旋转体动平衡特性满足要求的质量均衡结构；所述检测槽的宽度小于所述检测部的周长；位移传感器，其检测探头设置于所述检测部所在平面内，所述检测探头对准所述检测部的柱面并与所述检测部的中心保持固定检测距离，所述检测探头用于检测所述检测部到所述检测探头的垂直距离L，所述位移传感器的信号输出端与所述信号处理单元的信号输入端连接，所述位移传感器输出信号的电压幅值与所述检测部到所述检测探头的垂直距离L呈正比；所述信号处理单元结合所述位移传感器输出信号的电压幅值与内置于所述信号处理单元内的所述检测部热膨胀系数及所述检测部初始温度获取所述检测部的温度；所述信号处理单元根据所述位移传感器的输出信号计算得到所述检测部的转动频率f，根据所述检测部的转动频率f获得所述旋转体的转速ω = 2 31 f0上述的温度和转速检测机构，所述旋转体为磁悬浮分子泵的转子，所述检测部为所述转子的转子轴下部的推力盘。上述的温度和转速检测机构，所述质量均衡结构为成型于所述推力盘柱面上的N 个凹槽，所述凹槽与所述检测槽沿圆周均匀分布，所述凹槽与所述检测槽具有相同形状，且保证所述转子动平衡特性满足要求；
5
所述信号处理单元获取所述位移传感器输出信号的频率f'，计算得到所述推力
盘的转动频率
权利要求
1.一种温度和转速检测机构，其信号输出端与信号处理单元的信号输入端连接，其特征在于包括检测部，为高速旋转的旋转体的一部分，所述检测部与所述旋转体具有相同的温度和转速，所述检测部为柱状，其柱面上成型有一个检测槽(21)以及用于平衡所述旋转体质量、保证所述旋转体动平衡特性满足要求的质量均衡结构；所述检测槽(21)的宽度小于所述检测部的周长；位移传感器，其检测探头(20)设置于所述检测部所在平面内，所述检测探头(20)对准所述检测部的柱面并与所述检测部的中心保持固定检测距离，所述检测探头(20)用于检测所述检测部到所述检测探头(20)的垂直距离L，所述位移传感器的信号输出端与所述信号处理单元的信号输入端连接，所述位移传感器输出信号的电压幅值与所述检测部到所述检测探头(20)的垂直距离L呈正比；所述信号处理单元结合所述位移传感器输出信号的电压幅值与内置于所述信号处理单元内的所述检测部热膨胀系数及所述检测部初始温度获取所述检测部的温度；所述信号处理单元根据所述位移传感器的输出信号计算得到所述检测部的转动频率 f，根据所述检测部的转动频率f获得所述旋转体的转速ω = 2 31 f0
2.根据权利要求I所述的温度和转速检测机构，其特征在于所述旋转体为磁悬浮分子泵的转子，所述检测部为所述转子的转子轴(7)下部的推力盘(14)。
3.根据权利要求2所述的温度和转速检测机构，其特征在于所述质量均衡结构为成型于所述推力盘(14)柱面上的N个凹槽，所述凹槽与所述检测槽(21)沿圆周均匀分布，所述凹槽与所述检测槽(21)具有相同形状，且保证所述转子动平衡特性满足要求；所述信号处理单元获取所述位移传感器输出信号的频率f,，计算得到所述推力盘(14)的转动频率f=f'/N+1，根据所述推力盘(14)的转动频率获得所述转子的转速ω=2πf=2πf'/N+1
4.根据权利要求2所述的温度和转速检测机构，其特征在于所述质量均衡结构为成型在所述推力盘(14)柱面上的一个平衡槽(22);所述平衡槽(22)和所述检测槽(21)关于所述推力盘(14)的中心成180度对称布置，所述平衡槽(22) 和所述检测槽(21)形状不同但具有相同的容积以保证所述转子动平衡特性满足要求；所述推力盘(14)旋转过程中，所述检测槽(21)对准所述检测探头(20)时，所述位移传感器输出幅值为V1的检测脉冲信号，所述平衡槽(22)对准所述检测探头(20)时，所述位移传感器输出幅值为V2的平衡脉冲信号；所述信号处理单元获取所述检测脉冲信号的频率，计算得到所述推力盘(14)的转动频率f = ,根据所述推力盘(14)的转动频率获得所述转子的转速ω = 2πf = 2πf1；或者所述信号处理单元获取所述平衡脉冲信号的频率f2，计算得到所述推力盘(14)的转动频率f = f2,根据所述推力盘(14)的转动频率获得所述转子的转速ω = 2πf = 2πf2。
5.根据权利要求4所述的温度和转速检测机构，其特征在于所述检测槽(21)为深窄矩形槽，所述平衡槽(22)为浅宽矩形槽；所述推力盘(14)旋转过程中，所述检测槽(21)对准所述检测探头(20)时，所述位移传感器输出幅值为V1的高窄脉冲信号，所述平衡槽(22)对准所述检测探头(20)时，所述位移传感器输出幅值为V2的低宽脉冲信号；所述信号处理单元获取所述高窄脉冲信号的频率，计算得到所述推力盘(14)的转动频率f = ,根据所述推力盘(14)的转动频率获得所述转子的转速ω = 2 π f = 2 π f1 ；或者所述信号处理单元获取所述低宽脉冲信号的频率f2，计算得到所述推力盘(14)的转动频率f = f2,根据所述推力盘(14)的转动频率获得所述转子的转速ω =2πf = 2f2。
6.根据权利要求5所述的温度和转速检测机构，其特征在于所述信号处理单元包括滤波模块和计算模块；所述位移传感器的输出信号分为两路；其中一路信号直接输入至所述计算模块，所述计算模块采集所述推力盘(14)上未开槽部分所对应的位移传感器输出信号的任意N点(N >3)电压幅值变化量的平均值，根据内置于所述计算模块的所述推力盘(14)材料的热膨胀系数，结合所述推力盘(14)的初始温度计算出所述转子的温度；另外一路信号输入至所述滤波模块，经所述滤波模块滤除幅值为\的低宽脉冲信号， 保留幅值为V1的高窄脉冲信号后传输至所述计算模块，所述计算模块接收所述滤波模块输出的高窄脉冲信号，由所述高窄脉冲信号的频率，计算出所述转子的转速。
7.根据权利要求1-6任一所述的温度和转速检测机构，其特征在于所述位移传感器为电涡流传感器。
全文摘要
本发明提供一种温度和转速检测机构，该检测机构可以同时检测高速旋转体的温度和转速。本发明中的温度和转速检测机构包括作为旋转体一部分的边缘开槽的检测部及位移传感器。当检测部旋转时，位移传感器会输出连续的脉冲信号，通过计算检测槽对应的脉冲信号的频率即可完成旋转体转速测量。当温度变化时，检测部会膨胀或者收缩，则位移传感器测得的脉冲信号的幅值会发生变化，通过测量脉冲信号幅值的变化即可计算出旋转体温度变化量，结合旋转体的初始温度即可得到旋转体的温度。采用本发明所述的温度和转速检测机构只需要一个位移传感器便可以同时测量旋转体温度和转速，结构简单、成本低。
文档编号F04D27/00GK102606504SQ20121008892
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者张剀, 张小章, 李奇志, 武涵, 邹蒙 申请人:北京中科科仪股份有限公司, 清华大学