专利名称：一种超低频绝对振动传感器幅频特性补偿电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种振动检测工程领域中的超低频绝对振动检测方法，尤其是小质量振动体或大质量振动体的局部振动检测。
背景技术：
绝对振动是指相对于惯性空间没有静止參考点(即基准)的振动，如海上船舶的颠簸，高层建筑、海洋平台、大跨度桥梁和大型旋转机械(如水轮发电机组)的动态检测，空中飞机的波动、地震波动等。在绝对振动测试中，测量现场无法找到静止不动的參考点，一切相对式测量方法都难以实现，必须选用惯性式传感器測量。由于上述各类振动的主模态往往集中于低频段，故对惯性式传感器的低频特性提出了特殊的要求，而目前的惯性式传感器有如下缺点在超低频段(IHz以下)，由于输出信号完全“淹没”在噪声中，难以实现对振动频率的准确测量。 为了能够在超低频段的測量能够较好的反映振动信号的特性，国内外普遍采用的方法是采用软件信号处理的方法对传感器获得的振动信号进行二次处理，常用的方法如FFT、数字滤波器、反卷积等。采用软件的方法实现超低频段振动信号的測量具有较强的实用性，但其明显的缺点是不具有实时性。而如果能够用硬件的方法实现超低频段的振动信号的測量，则能够满足实时性的要求。因此，国内外许多学者试图在硬件上实现对超低频段振动信号的測量。方法一通过増大惯性质量块质量m来减小传感器的固有频率，从而提高传感器在低频段的灵敏度。此种方法的缺点也非常明显传感器的体积、重量大大增加。国内能测得O. 5Hz绝对振动频率的惯性磁电式速度传感器质量重达十几公斤。若以此种传感器用于测振，则会因为重量太大而改变振动源本身的振动特性，从而限制了其在エ业场合的应用。目前，国内能进行IHz低频检测的同类传感器DS-4B-V型外形尺寸达Φ 150mmX 160mm,重量为2. OKg (北京地震局地震信息技术研究所研制)。中国地震局地震预测研究所研制的FFS-3短周期地震计也具有较大的体积和重量。方法ニ 采用频响展宽的方法来改善此类传感器的性能。通过此方法来改善传感器性能的典型产品为丹麦BK公司振动传感器。但此类传感器的电路设计复杂，在频率低于IHz时，振动信号发生畸变，从而无法反应真实的振动情況。概括来说，上述惯性式磁电速度传感器有如下缺点①频率下限高，传统的惯性式磁电传感器固有频率一般为10-15HZ，因此不能在超低段(く IHz)进行エ业测量。②重量太，目前，对传统的惯性式磁电速度传感器进行改进后，可实现振动频率为O. 5Hz的振动测量，但其传感器的重量重达十几公斤。③体积大。目前，国内较理想的同类传感器(DS-4B0V型)外型尺寸为Φ 150mmX 160mmo④需软件处理。由于大体积的传感器难以适应エ业测量，目前多数惯性式传感器为实现超低频测量都借助于软件处理的方法进行信号提取，其缺点也是非常明显不具有实时性。⑤价格昂贵。⑥经过补偿的传感器电路设计复杂。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种针对当前惯性磁电式速度传感器存在的缺点，在保持小体积，轻质量的前提下，采用纯硬件技术，以较为简单的电路进行网络补偿，实现超低频振动信号的测量的超低频绝对振动传感器幅频特性补偿电路。本实用新型是通过以下技术方案来实现一种超低频绝对振动传感器幅频特性补偿电路，其特征在于其包括由电阻、电容及运算放大器构成的全通模拟滤波器，所述全通模拟滤波器包括ー个高通滤波器、一个带通滤波器和ー个低通滤波器；所述高通滤波器、带通滤波器和低通滤波器从左至右依次串联；所述高通滤波器、带通滤波器和低通滤波器 是有源RC滤波器；所述全通模拟滤波器还包括带阻电路。所述高通滤波器的传递函数为
及5 +^6 及4
-—器、^[
R5 R3+R4 R1C1 R5 R1R2C1C2所述带通滤波器的传递函数为
+Sf
タ3⑶…Rs ^3+^4及A
K(S)炉+十.w瓦所述低通滤波器的传递函数为
^5+^6 及4I
れ V4(S)R5 R3+R4 R1R2C1C2Λ )—V'(S「S2 ‘R5+R6 R4 SI
Rs R3+ R4 Rs R\R2CxC2。
0本实用新型超低频绝对振动传感器幅频特性补偿电路的有益效果是①频率下限低，下限频率低于1Hz，采用网络补偿的方法实现了在低频段较好的频率特性，克服了传统的惯性式磁电传感器在低频段频率特性的不足；②进行改进后的传感器仍然具有体积小，重量轻的特性，直径39毫米，高度54毫米，整机仅150g ;③纯硬件结构，实时性强；④无需软件处理便可获得较理想的信号电路结构精简； 成本低。
图I为磁电式振动速度传感器等效力学模型；[0022]图2为传感网络补偿原理图；图3为选频式频率特性补偿原理硬件实现图。
具体实施方式
如图I、图2和图3所示，本实用新型的一种超低频绝对振动传感器幅频特性补偿电路，包括磁电式振动速度传感器，及设置在磁电式振动速度传感器内的补偿网络电路，及设置在补偿网络电路内，且由电阻、电容及运算放大器构成的模拟滤波器，所述磁电式振动速度传感器通过简化成由一个弹性系数为k，惯性质量块m和阻尼c三部分组成的磁电式振动速度传感器力学模型，根据此模型，传感器的归ー化传递函数为
权利要求1.一种超低频绝对振动传感器幅频特性补偿电路，其特征在于其包括由电阻、电容及运算放大器构成的全通模拟滤波器，所述全通模拟滤波器包括一个高通滤波器、一个带通滤波器和一个低通滤波器，所述高通滤波器、带通滤波器和低通滤波器从左至右依次串联。
2.根据权利要求I所述的超低频绝对振动传感器幅频特性补偿电路，其特征在于所述高通滤波器、带通滤波器和低通滤波器是有源RC滤波器。
3.根据权利要求I所述的超低频绝对振动传感器幅频特性补偿电路，其特征在于所述全通模拟滤波器还包括带阻电路。
4.根据权利要求I或2所述的超低频绝对振动传感器幅频特性补偿电路，其特征在于所述高通滤波器的传递函数为
5.根据权利要求I或2所述的超低频绝对振动传感器幅频特性补偿电路，其特征在于所述带通滤波器的传递函数为
6.根据权利要求I或2所述的超低频绝对振动传感器幅频特性补偿电路，其特征在于所述低通滤波器的传递函数为
专利摘要本实用新型涉及一种超低频绝对振动传感器幅频特性补偿电路，其包括由电阻、电容及运算放大器构成的全通模拟滤波器，所述全通模拟滤波器包括一个高通滤波器、一个带通滤波器和一个低通滤波器，所述高通滤波器、带通滤波器和低通滤波器从左至右依次串联，所述高通滤波器、带通滤波器和低通滤波器是有源RC滤波器；通过采用所设计的传感器补偿网络对磁电式速度传感器进行补偿，使得补偿后的传感器在保持传感系统传递函数不变的前提下，实现了对超低频(1Hz)以下的绝对振动信号检测。
文档编号G01H11/00GK202631100SQ201220129238
公开日2012年12月26日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者陈希, 余水宝 申请人:浙江师范大学