专利名称：一种检测振动冲击的广义共振复合传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种振动检测用传感器，特别是一种以电压输出信号、并可同时实现温 度数字化监测的检测振动冲击的广义共振复合传感器，属于设备故障诊断技术的信号检 测技术范畴，主要用于机械故障冲击和测点温度检测。
背景技术：
感应振动的传感器已经成为检测各类运转机械设备运转状况是否正常的重要手段 之一。1998年以来，本发明人为通过检测机械设备的振动、冲击和温度以正确检测机械 设备运行故障而提出了许多有关复合传感器专利方面的专利技术方案
复合传感器(CN98230758.6)，
多信号调理电路与复合传感器及其后续检测仪(CN00105992.0)， 温度振动数模复合传感器(CN01233313.1)，
一种同时检测水平振动和垂直振动与冲击的复合传感器(200720062217.0)， 一种磁性安装的振动冲击传感器(200710036156.5)等。
包括这些专利技术在内的故障检测传感器，其检测振动的传感器通常设计为与机器 的接触面是与传感器轴线垂直的平面，在传感器底面和机器的表面钻有相同的螺孔，典 型尺寸为M5，两者通过专用的双头螺栓连接。为了安装可靠，传感器应当自带安装螺栓， 螺纹的尺寸不宜小于M8;但太大的螺纹尺寸又会引起传感器体积大的问题及妨碍冲击信 号传递的问题，因此螺纹的最大尺寸为不大于M16。为了减小传感器的体积，传感器的 内部安装的敏感振动的特别是敏感冲击的振动冲击压电敏感组件2的尺寸，不得不设计 为直径很小的组件，例如其直径一般不得大于10mm。于是出现了如图3所示的经典传感 器底座与机器面平面接触使冲击波不能全部到达敏感组件问题由于连接螺栓不能或不 利于传递冲击，而经典传感器底部的敏感面除去螺纹占据的面积后，仅剩下很小的圆环 面，不利于传递冲击信号；特别是该圆环的内径(当使用M8 M16螺纹时)大于8 16ram， 由于冲击纵波只能沿着传感器与机器接触面的法线方向辐射，并向传感器传播，将会造 成部分冲击纵波在传感器底座1-1中与振动冲击压电敏感组件2旁边擦边而过，使得振 动冲击压电敏感组件2虽然能够感受传感器随机器的振动，却不能有效真实地敏感冲击。
同时，在解决冲击检测的技术途径方面尚未说明解决耦合机械冲击信号的能力问
题、敏感冲击的技术途径的问题以及信号调离的可靠性和归一化等系统问题。
发明内容
本发明的目的旨在提出一种更有利于接收被测机器产生的振动冲击波的复合传感 器，不仅检测振动，而且以传感器底座的锥面耦合机械冲击纵波并以广义共振变换技术 检测所感受到的机器冲击，或者同时还检测机器的感应温度，并对振动冲击进行归一化 后叠加输出，具有优秀的可靠性和性能价格比。
本发明是以如下方式实现的。
这种检测振动冲击的广义共振复合传感器，含有外壳l、在外壳内安装的振动冲击
压电敏感组件2、电子调理器3，输出电缆5及归一化电路6及连接螺栓9;外壳l通过 其底座1-1下部自带的连接螺栓9安装到被检测的机器上，安装在底座上的振动冲击压 电敏感组件2和安装在连接螺栓9中部的温度敏感器件4敏感到的机器受振动冲击后输 出的电荷信号和温度信号连接到内部的电子调理器3，电子调理器3输出的振动、冲击 电荷信号和温度信号经过电缆5接到归一化电路4，经过归一化调节后输出；其特征在 于..
A、上部设置振动冲击压电敏感组件2的基座1-1通过其自带的连接螺栓9施加拉 紧力，以使基座通过连接螺栓上部的凸台锥面7与机器上加工的传感器安装螺孔的外表 面的锥面紧密吻合，把机器内部的故障冲击形成的纵波耦合到凸台锥面7，进而通过凸 台锥面将冲击纵波传递到振动冲击压电敏感组件2的安装面，再传递到振动冲击压电组 件2;
B、振动冲击压电敏感组件2设计为既敏感振动，又能对机械冲击具有广义共振响 应的机械二阶系统，机械二阶系统受振动激励而发生振动和受冲击纵波^:励而发生广义 共振，在其中质量块上产生惯性力，作用于其所含有的压电敏感器，压电敏感器输出相 应的电荷，实现机电转换；
C、在传感器外壳1的基座1-1中安装的电子调理器3将压电敏感器产生的相应电 荷转换为电压，经过电缆5送到归一化电路6进行归一化后输出。
根据以上技术方案提出的这种该检测振动冲击的广义共振复合传感器，不仅检测振 动，而且以广义共振变换技术检测机器受到的冲击，或者同时还检测机器的温度，并将 压电敏感器受振动和冲击广义共振激励产生的相应电荷转换为电压信号输出，并对振动 冲击电压信号进行归一化后叠加输出。因而具有优秀的可靠性和性能价格比，通过大量 的工程试验证明了它的可行性和新颖性。
图1为本发明的主体结构示意图2为传感器外壳底座的锥面耦合冲击纵波的示意图3为传统经典传感器底座与机器面平面接触致使冲击波不利于到达敏感组件示意
图4为振动冲击压电敏感组件的结构图5-1为振动冲击压电敏感组件对于作用力的传输特性；
图5-2为振动冲击压电敏感组件对于作用力的波形响应；
图6-1为经典振动传感器对于冲击的响应波形；
图6-2为经典振动传感器对于冲击的响应频谱；
图6-3为经典振动传感器对于冲击的低频响应频谱；
图7-1为本设计的传感器对于冲击的响应波形；
图7-2为本设计的传感器对于冲击的响应频谱；
图7-3为本设计的传感器对于冲击的低频响应频谱；
图8-l为电子调理器框图8-2为基准电压发生器之一；
图8-3为基准电压发生器之二；
图8-4为基准电压发生器之三；
图8-5为电荷电压转换器最简方案；
图8-6为电子调理器的最简方案；
图9-1为归一化电路最简方案；
图9-2为振动冲击归一化叠加电路；
图9-3为归一化叠加电路典型使用的传输特性。
图中1-外壳，1-1传感器基座；2-振动冲击压电敏感器组件，2-1弹性螺钉、 2-2绝缘套管、2-3质量块、2-4上绝缘片、2-5上引电片、2-6上压电陶瓷、2-7中引 电片、2-8下压电陶瓷、2-9下引电片、2-IO下绝缘片；3电子调理器，4温度敏感器件， 5电缆，6归一化电路，7锥面，8被检测机器，9连接螺栓。
具体实施例方式
下面结合实施例作进一步说明本发明。
实施例1，
这种检测振动冲击的广义共振复合传感器，其外壳1通过其底座1-1下部自带的连 接螺栓9安装到被检测机器8，传感器基座1-1上的振动冲击压电敏感组件2安装面为
与传感器轴线垂直的平面，在平面的中心钻有安装振动冲击压电敏感组件2的螺孔；通
过基座1-1的连接螺栓9与机器连接，在连接螺栓9端部中心开有安装温度敏感器4的 圆孔，该温度敏感器安装孔通过一个穿线斜孔通向振动冲击压电敏感组件2安装平面的 外边缘，温度敏感器4的引线通过斜孔连接到电子调理器3的电路板，而温度敏感器安 装之后用导热金属片通过焊接将基座1-1的连接螺栓9端部的温度敏感器安装孔端面密 封；其特征在于，其外壳1的底座1-1设置有保障传感器在被检测机器8上的安装结合 面是能够将机器内部大范围发生的冲击纵波耦合底座并传递到振动冲击压电敏感组件 的锥面7，为保障该锥面能够与机器相应的锥面紧密压紧，被测机器的传感器安装点设 计有相应的螺 L，而螺孔靠机器表面处设计为与基座1-1的锥面7相匹配的锥面；螺纹 的尺寸为普通螺纹M8 M16,可根据不同的需求确定，例如建议值为M8、 MIO、 M12、 M16; 锥面7的锥角设计为60 120度，建议值为90度，锥面宽度不小于广3咖，例如建议值 为2fflm。如附图2。
本设计采用90度的锥面作为传感器与机器的耦合面，有效地解决了现有设计的传 感器面临检测机械冲击时遇到的这些矛盾。如图2所示。即使在螺栓的直径大于振动冲 击压电敏感组件2的尺寸时，由于传感器与机器通过90度的锥面耦合，机器中大范围 的冲击纵波，也能够垂直于锥形耦合面7向着振动冲击压电敏感组件2辐射，实现了对 机器中大面积冲击纵波信号的耦合和检测。
实施例2
这种检测振动冲击的广义共振复合传感器的振动冲击敏感组件2，设计为既能敏感 机器的低频振动，又能对通过锥面7耦合接收到的机械冲击产生广义共振响应的机械二 阶系统，机械二阶系统受振动激励发生振动，而受冲击纵波激励则发生广义共振，都会 在其中质量块上产生惯性力，作用于其所含有的压电敏感器，压电敏感器输出相应的电 荷，实现机电转换。此时的振动冲击敏感器组件如图4所示，振动冲击敏感器组件2含 有弹性螺钉2-1，绝缘套管2-2，质量快2-3，上绝缘片2-4，上引电片2-5，上压电陶 瓷2-6，中引电片2-7，下压电陶瓷2-8，下引电片2-9和下绝缘片2-10，零件2-3 2-10 依次叠放，弹性螺钉2-1套上绝缘套管2-2, —起穿过叠放的零件2-3~2-10中间的孔， 将它们与上述零件组成的振动冲击压电敏感组件2压紧安装在传感器基座1-1的振动冲 击压电敏感组件安装平面上；其中上压电片2-6的上方和下压电片2-8的下方为相同的 极性，如负极，它们与引电片2-7接触的另一极为另一相同极性，如正极；则引电片2-5 和2-9连接为负输出端，引电片2-7为正输出端。在实际应用中也可以省去下压电陶瓷 2-8和下引电片2-9。
其工作原理如下。设弹性螺钉2-1的刚度为K,主要决定于质量块的、由2-3 2-10 等零件叠放组成的组件质量为M，绝缘片2-4、 2-10决定的阻尼为ri，则根据振动学， 该组件具有广义共振的固有频率f0为
根据上述公式，主要通过调整质量M和刚度K改变固有频率fO;而通过改变阻尼r！ 对f0的影响甚微，因为阻尼n是一个很小的量。
该振动冲击压电敏感组件对于底座1-1传递来的力F(f)的传输特性X(f)如图5所
图5-1表示的是本传感器的机械二阶系统的传输特性，表明它在10kHz以下为0dB 的传输响应，而在20kHz时具有20dB的广义共振响应；图5-2是对应的波形响应，在 激励的振动力F(f)从0 100kHz的范围内都等于1的输入条件下，输出X(f)的响应在 10kHz以下都为1，而在20kHz附近时则为10。可见该振动冲击压电敏感组件对于基座 l-l传输来的振动作用力F(f)的响应，在频率为0到大约10kHz的范围内具有平坦的约 为1倍的、即0dB的响应，但对于20kHz的作用力具有放大10倍，即20dB的响应。
这就意味着，如果连接到被测机器的传感器基座1-1接受到机器作用的振动加速度 为A，则至少在频率低于上述10kHz的范围内，振动冲击组件2也受到加速度A，如果 振动冲击敏感器组件的质量为M (如前述，主要集中在质量块2-3上)，则根据牛顿定 律，该组件的质量对应的惯性力为F=MA，这个力F作用于压电敏感片，使它产生电荷 Q=YF=YMA，得到正比于机器这振动加速度的输出电荷信号。这就说明，经典振动传感器 是直接通过连接螺栓的连接感受机器的振动实现检测的。
但在检测机器内部的冲击时的情况则大相径庭，机器内部部件，例如轴承的故障发 生冲击的作用时间大约为10 50us，设为25us。该冲击必然引起机器许多零部件局部的 广义共振，被测机器局部的广义共振频率频率f j 一般都在数千Hz以下，例如某被测机 器的某几个部件广义共振频率为1000Hz、 500Hz、 100Hz,同样的冲击发生在不同的被测 机器上所激发的机器局部广义共振更是多种多样，而被测机器上这样低频的也振动很 多，如果使用经典的振动传感器接收，则仅仅接收到被测机器的低频振动和所述冲击激 发机器的各种各样的局部广义共振。不仅信号噪声比微小而往往不能成功提取冲击，特 别是在无法事先知道被测机器会发生什么广义共振的前提下，更无法识别哪种频率的广 义共振是被测机器内部故障冲击引起的，尤其是当被测机器的某零件破坏之后它的广义 共振频率发生变化。图6是经典振动传感器(其特征是用图3所示的平面耦合振动的) 在接受单纯的机器故障冲击所激发的多种部件的广义共振的总波形的示意图。图6-1是
冲击波形(它无法直接检测得到)和经典振动传感器接收的被测机器振动与被测机器广 义共振波形图，无法从波形中看到振动冲击的内容；图6-2是对应图6-1波形的频谱， 可见被测机器的冲击具有高于30kHz的频谱，而经典振动传感器接受的被测机器振动频 谱之低频段展宽于图6-3，可见主要有500Hz、 100Hz的振动，还有微小的1000Hz的振 动。而对应被测机器的33Hz频率的冲击的1阶谱线则更微小。
图7-1是使用本发明的通过锥面耦合的振动冲击传感器接收的被测机器冲击的响 应信号，可见锥面耦合传感器的总振动波幅度提高了约20倍，而这个贡献却是由采用 锥面耦合结构后传感器自身的广义共振作出的。图7-2、图7-3的分析表明，锥面耦合 传感器与经典传感器在接受低频段的振动信号的响应方面没有任何差别，从而可以覆盖 经典振动传感器；而由于锥面的耦合作用直接将冲击力的纵波引入锥面耦合传感器激发 了传感器的、高频的机械二阶系统发生广义共振，因此与经典传感器相比，出现了鲜明 的20kHz高频广义共振频谱，(特别需要说明的是，经典振动传感器为了拓展振动检测 的频率范围，防止传感器内部的机械二阶系统与振动的高频共振而放大高频信号，总是 千方百计地增加二阶系统的阻尼n ，使二阶系统在其固有频率处没有放大特性或者说增 益为OdB;而本广义共振传感器则反其道而行之，适当减小阻尼il，使传感器的振动冲 击压电敏感组件具有较高增益的高频广义共振)，由于该广义共振的频率远远高于机器 振动和机器故障冲击所激发的机器广义共振的频率，可以方便地使用滤波器对传感器输 出的复杂信号进行滤波，单独提取出"锥面耦合传感器广义共振"信号。该信号的特征 是如果没有冲击则没有该信号，无论机器的冲击的重复频率如何改变，无论机器的结 构如何改变或零件破损以致机器零件的广义共振频率任意改变，本发明的锥面耦合传感 器自身的高频二阶系统的广义共振频率都不变，而且能够接收到被测机器的故障冲击， 并转换为幅度鲜明、自身谐振频率不变、广义共振波簇的重复频率对应于被测机器冲击 频率的广义共振波，成为可以覆盖经典振动传感器接收的振动信息而又能够提取冲击信 息，将所提取的冲击信息转换为表征机器故障冲击的固定高频谐振频率的广义共振信号 的传感器。
实施例3，
这种检测振动冲击的广义共振复合传感器，其特征在于所述电子调理器3含有基
准电压发生器3-l和电荷电压转换器3-2，基准电压发生器3-1由供给传感器的单一电 源VDD GND供电，基准电压发生器的VDD端接电源VDD，基准电压发生器的GND端接电 源地线GND，所产生的基准电压VCC，从其REF端输出，连接到本电子调理器的基准输 出端REF;电荷电压转换器3-2的电源端VDD接电源VDD，电荷电压转换器的GND端接
电源地线GND，电荷电压转换器的基准端REF接到基准电压发生器3-1的REF端，电荷 电压转换器的输入端IN+和IN-分别接到振动冲击压电敏感组件2的压电信号输出引电 片2-7和2-5，电荷电压转换器的输出端OUT接到本电子调理器的输出端0UT。从REF 端输出的基准电压VCC还可以供给温度敏感器4使用。
图8-2是本实施例的基准电压发生器方案之一，含有运放0P1、电阻器R1、 R2， Rl 的一端接到VDD，另一端接到0P1的正输入端和电阻R2的一端，电阻器R2的另一端接 GND;运放0P1的负输入端接到其输出端，其输出端即是基准电压输出端REF，运放0P1 的正电源端接VDD，负电源端接GND，根据电源电压VDD与REF所需输出电压VCC，按照 函数R2/(R1+R2^VCC/VDD，分配R1、 R2的比例。当仅用于供给电荷电压转换器时，也 可以省去运放0P1，从电阻R1、 R2分压点取得VCC经REF输出。
图8-3是本实施例的基准电压发生器方案之二，其特征是取消方案一的电阻器R2， 代之以一个合适击穿电压的稳压二极管Zl。其优点是基准电压VCC等于稳压二极管的击 穿电压，并不随VDD电压的不稳定而变化。
图8-4是本实施例的基准电压发生器方案之三，其特征是取消方案二的运放0P1， 从Z1、 R1连接点直接输出基准电压VCC。其优点是基准电压VCC等于稳压二极管的击穿 电压，并节约了运放0P1。
图8-5是本实施例的最简电荷电压转换器方案，含有运放0P2、电阻器R3，运放0P2 的正输入端接到电阻器R3的一端，R3的另一端接到REF端，运放0P1的负输入端接到 其输出端，该输出端还接到本电子调理器的输出端OUT，振动冲击压电敏感器组件2的 压电信号正输出引电片2-7接到本电路的IN+端和0P2的正输入端，振动冲击敏感器组 件2的压电信号负输出引电片2-5接到本电路的IN-端和REF端，利用并联的压电器件 2-6、 2-8本身存在的体电容CO对该并联压电器件在振动冲击力作用下产生的电荷Q依 据法拉第公式U=Q/C0所产生的电压，实现电荷电压转换，并通过本最简方案的电路， 将转换得到的电压U偏置到REF端的、对地电压为VCC的电平上，由0P2组成的电压跟 随器作功率放大，从OUT端附载在REF的VCC电平输出。
根据上述基础方案构成的电子调理器最简方案如图8-6。由于电子调理器需要安装 在传感器内部，受到空间、可靠性等限制，如果所要求检测振动频率不很低而主要要求 检测冲击的情况下，图8-6的最简方案也就成为最经济、可靠、适用的方案。如果需要 提升传感器的低频振动检测特性能等其他性能，则可以引用本发明人申请的"一种宽频 带电荷放大器及其设计方法"(其申请号为200710036153.1 )中的电荷放大器作为本 传感器的电子调理器3。
实施例4，
这种检测振动冲击的广义共振复合传感器，所含归一化电路6可以安装在传感器内 部，或者安装在传感器输出电缆5与传感器输出插头之间，或者安装在传感器输出插头 内，其特征在于含有运放0P3，电位计RP1，电阻器R4、 R5,由传感器输出插头引入 的正电源VDD、地线GND、分别接到运放0P3的正电源端和负电源端，还接到传感器电 子调理器3的正电源端VDD和地线端GND;传感器电子调理器的输出端OUT接到本电路 的输入端IN1和电位计RPl的正端，传感器电子调理器输出的基准REF接到本电路的REF 端、电位计RPl的负端和电阻器R4的一端，电位计RP1的输出端接到运放0P3的正输 入端，电阻器R4的另一端接到运放0P3的负输入端和电阻器R5的一端，电阻器R5的 另一端接到运放0P3的输出端，运放的输出端还接到本归一化电路的输出端0UT2，再接 到传感器输出插头的信号输出端。
在本传感器主要用于检测冲击时，本归一化电路的作用是调节冲击检测灵敏度在 传感器安装到冲击校准台上进行校准时，调节RP1，使0UT1的输出信号符合标准；
在本传感器主要用于检测振动时，本归一化电路的作用是调节振动检测灵敏度在 传感器安装到振动校准台上进行校准时，调节RP1，使0UT1的输出信号符合标准。
实施例5，
为了分别对传感器进行低频振动(需求在5kHz以下)和冲击(需求在10kHz以上) 检测的校准，为了克服振动检测与冲击检测灵敏度不统一或使得调节电位计无所适从的 矛盾，根据实施例4改进的一种检测振动冲击的广义共振复合传感器，可以采用以下归 一化电路，该归一化电路6含有运放0P3、 0P4、 0P5，电位计RP1、 RP2，电阻器R4~R10、 电容器C1 C3，由传感器输出插头的正电源VDD、地线GND、分别接到运放0P3、 0P4的 正电源端和负电源端，还接到传感器电子调理器3的正电源端VDD和地线端GND;传感 器电子调理器的输出端OUT接到本电路的输入端IN1和振动调节电位计RPl正端及经过 电容器C2接到冲击调节电位计PR2的正端，传感器电子调理器输出的基准REF接到本 电路的REF端、电位计RP1和RP2的负端和电阻器R4、 R6的一端，电位计RP1的输出 端接到运放0P3的正输入端，电阻器R4的另一端接到运放0P3的负输入端和电阻器R5 的一端，R5的另一端接到运放0P3的输出端，电容器C1与R5并联；电位计RP2的输出 端接到运放0P4的正输入端，电阻器R6的另一端经过电容器C3接到运放0P4的负输入 端和电阻器R7的一端，R7的另一端接到运放0P4的输出端；0P3、 0P4的输出端分别接 电阻器R8、 R9的一端，R8、 R9的另一端并联接到运放0P5的负端，还经过电阻器R10 接到0P5的输出端，0P5的正输入端接到REF; 0P5的输出端还接到本归一化电路的输
出端OUT2，再接到传感器输出插头的信号输出端。
图9_3是该归一化电路6对于典型的使用方式的传输特性为了得到相对输入IN1 输入的低频振动有0dB的增益，RP1调节到20W，为了得到相对输入IN1输入的冲击广 义共振有OdB的增益，RP1调节到16. 4%。
权利要求
1.一种检测振动冲击的广义共振复合传感器，含有外壳(1)、在外壳内安装的振动冲击压电敏感组件(2)、电子调理器(3)、输出电缆(5)及归一化电路(6)；外壳(1)通过其底座(1-1)下部自带的连接传递螺栓(9)安装到被检测的机器上，安装在底座上的振动冲击压电敏感组件(2)和安装在连接螺栓(9)中部的温度敏感器件(4)敏感到的机器受振动冲击后输出的电荷信号和温度变化信号连接到内部的电子调理器(3)，电子调理器(3)输出的振动、冲击电荷信号或温度电压信号经过电缆(5)接到归一化电路(4)，经过归一化调节后输出；其特征在于A、上部设置振动冲击压电敏感组件(2)的基座1-1通过其自带的连接螺栓(9)施加拉紧力，以使基座通过连接螺栓上部的凸台锥面(7)与机器上加工的传感器安装螺孔的外表面的锥面紧密吻合，把机器内部的故障冲击形成的纵波耦合到凸台锥面(7)，进而通过凸台锥面将冲击纵波传递到振动冲击压电敏感组件(2)的安装面，再传递到振动冲击压电组件(2)；B、振动冲击压电敏感组件(2)设计为既敏感振动，又能对机械冲击具有广义共振响应的机械二阶系统，机械二阶系统受振动激励而发生振动和受冲击纵波激励而发生广义共振，在其中质量块上产生惯性力，作用于其所含有的压电敏感器，压电敏感器输出相应的电荷，实现机电转换；C、在传感器外壳(1)的基座(1-1)中安装的电子调理器(3)将压电敏感器产生的相应电荷转换为电压，经过电缆(5)送到归一化电路(6)进行归一化后输出。
2、 如权利要求1所述的一种检测振动冲击的广义共振复合传感器，其特征在于 其外壳(1)的底座(1-1)含有保障传感器在被检测的机器上的安装能够将机器内部的 冲击纵波耦合到底座的锥面(7)和保障锥面能够与机器相应的锥面压紧的连接螺栓(9)， 机器的传感器安装面设计为相应的螺孔，而螺孔靠机器表面处设计为相应的锥面；螺纹 的尺寸为普通嫘纹M8Ul6，锥面的锥角设计为6(T120度，锥面宽度不小于广3咖。
3、 如权利要求1所述的一种检测振动冲击的广义共振复合传感器，其特征在于所述的振动冲击敏感器组件(2)含有弹性螺钉(2-1)，绝缘套管(2-2)，质量块(2-3)， 上绝缘片(2-4)，上引电片(2-5)，上压电陶瓷(2-6)，中引电片(2-7)，下压电陶瓷(2-8)，下引电片(2-9)和下绝缘片(2-10),以上零件依次叠放，弹性螺钉(2-1) 套上绝缘套管(2-2)， 一起穿过叠放的各零件中间的孔，将它们与上述零件组成的振动冲击压电敏感组件压紧安装在传感器基座(1-1)的振动冲击压电敏感组件安装平面上； 其中上压电片(2-6)的上方和下压电片(2-8)的下方为相同的极性，为负极，它们与 引电片(2-7)接触的另一极为另一相同极性，为正极；则引电片(2-5)和(2-9 )连 接为负输出端，引电片(2-7)为正输出端；构成既能敏感机器的低频振动，又能对通 过锥面耦合接收到的机械冲击产生广义共振响应的机械二阶系统，机械二阶系统受振动 激励和受冲击纵波激励所发生的广义共振，在其中质量块上产生惯性力，作用于其所含 有的压电敏感器，压电敏感器输出相应的电荷，实现机电转换。
4、 如权利要求1所述的一种检测振动冲击的广义共振复合传感器，其特征在于 所述电子调理器(3)含有基准电位压发生器(3-1)和电荷电压转换器(3-2)，基准电 压发生器(3-1)由供给传感器的单一电源VDD GND供电，基准电压发生器的VDD端接 电源VDD，基准电压发生器的GND端接电源地线GND，所产生的基准电压VCC，从其REF 端输出，连接到本电子调理器的基准输出端REF;电荷电压转换器(3-2)的电源端VDD 接电源VDD，电荷电压转换器的GND端接电源地线GND，电荷电压转换器的基准端REF 接到基准电压发生器(3-1)的REF端，电荷电压转换器的输入端IN+和IN-分别接到振 动冲击压电敏感组件(2)的压电信号输出引电片(2-7、 2-5)，电荷电压转换器的输出 端OUT接到本电子调理器的输出端0UT。
5、 如根据权利要求1所述的一种检测振动冲击的广义共振复合传感器，其特征在 于所述的归一化电路(6)含有运放0P3，电位计RP1，电阻器R4、 R5，由传感器输出 插头引入的正电源VDD、地线GND、分别接到运放0P3的正电源端和负电源端，还接到 传感器电子调理器(3)的正电源端VDD和地线端GND;传感器电子调理器的输出端OUT 接到本电路的输入端IN1和电位计RP1的正端，传感器电子调理器输出的基准REF接到 本电路的REF端、电位计RP1的负端和电阻器R4的一端，电位计RP1的输出端接到运 放0P3的正输入端，电阻器R4的另一端接到运放0P3的负输入端和电阻器R5的一端， R5的另一端接到运放0P3的输出端，运放的输出端还接到本归一化电路的输出端0UT2， 再接到传感器输出插头的信号输出端。
6、 如权利要求1或5所述的一种检测振动冲击的广义共振复合传感器，其特征在 于所述归一化电路(6)含有运放0P3、 0P4、 0P5，电位计RP1、 RP2，电阻器RrR10、 电容器C广C3，由传感器输出插头的正电源VDD、地线GND、分别接到运放0P3、 0P4的 正电源端和负电源端，还接到传感器电子调理器(3)的正电源端VDD和地线端GND;传 感器电子调理器的输出端OUT接到本电路的输入端IN1和振动调节电位计RP1正端及经 过电容器C2接到冲击调节电位计PR2的正端，传感器电子调理器输出的基准REF接到 本电路的REF端、电位计RP1和RP2的负端和电阻器R4、 R6的一端，电位计RP1的输 出端接到运放0P3的正输入端，电阻器R4的另一端接到运放0P3的负输入端和电阻器 R5的一端，R5的另一端接到运放0P3的输出端，电容器C1与R5并联；电位计RP2的 输出端接到运放0P4的正输入端，电阻器R6的另一端经过电容器C3接到运放0P4的负 输入端和电阻器R7的一端，R7的另一端接到运放0P4的输出端；0P3、 0P4的输出端分 别接电阻器R8、 R9的一端，R8、 R9的另一端并联接到运放0P5的负端，还经过电阻器 R10接到0P5的输出端,0P5的正输入端接到REF;0P5的输出端还接到本归一化电路(6) 的输出端0UT2，再接到传感器输出插头的信号输出端。
7、 如根据权利要求4所述的一种检测振动冲击的广义共振复合传感器，其特征在于其特征在于所述基准电压VCC还可以供给温度敏感器(4)使用。
8、 如根据权利要求5所述的一种检测振动冲击的广义共振复合传感器，其特征在于所述的归一化电路(6)可以安装在传感器内部，或者安装在传感器输出电缆(5)与传感器输出插头之间，或者安装在传感器输出插头内。
全文摘要
一种检测振动冲击的广义共振复合传感器，含有外壳、振动冲击压电敏感组件、电子调理器、输出电缆及归一化电路和接传递螺栓，特征是连接螺栓通过上部的凸台锥面与被测机器上加工的传感器安装螺孔的外表面的锥面紧密吻合，使故障冲击的纵波耦合到凸台锥面，进而通过凸台将冲击纵波传递到振动冲击压电敏感组件的安装面，再传递到振动冲击压电组件；振动冲击压电敏感组件设计为既敏感振动，又能对机械冲击具有广义共振响应的机械二阶系统，该系统受振动和冲击纵波激发生的广义共振激励，在质量块上产生惯性力，作用于压电敏感器，压电敏感器输出相应的电荷，实现机电转换；而后由基座中电子调理器将压电敏感器产生的相应电荷转换为电压，经过电缆送到归一化电路进行归一化后输出。
文档编号G01M7/00GK101368869SQ20081020073
公开日2009年2月18日 申请日期2008年9月28日 优先权日2008年9月28日
发明者唐德尧 申请人:唐德尧