一种高频率测量上限的振动传感器底座的制作方法

本发明属于振动监测装置的技术领域，具体涉及一种高频率测量上限的振动传感器底座。

背景技术：

高频率测量上限的压电振动传感器在一些特种应用领域(如核工业)有重要作用，主要用于关键设备的故障诊断。此类高频率测量上限的振动传感器主要由传感器底座、压电受感芯体、外壳组成，压电受感芯体与外壳分别固定在传感器底座上。当受到外界振动激励时，振动信号由传感器底座传递到压电受感芯体，压电受感芯体通过压电效应产生对应的输出信号。在振动传感器底座的有效频响范围内，可精确的将外界被测振动信号传递到压电受感芯体，实现振动测量。

然而，由于传感器底座的频响上限往往受到其安装谐振频率不高的束缚，造成振动传感器可精确测量的振动频率上限不高。据了解，目前国产的工业级振动传感器的频率上限大多为8000hz以下(灵敏度误差为10％以下)，在8000hz～10000hz频段的灵敏度误差可显著偏大到30％以上。目前，特种工业领域关键设备的故障特征频率可高达10000hz，因此其基于振动监测的健康诊断系统要求使用的振动传感器可精确测量的频率上限≥10000hz。在此情况下，如何降低耐高温压电振动传感器的高频测量误差，以满足特种工业应用需求，是当前亟待解决的问题。

在行业内，目前几乎都是采用减小振动传感器底座安装面粗糙度的方法，将振动传感器安装谐振频率提升到更高的频率，以获得较高频率测量上限的压电振动传感器。可是，经验显示仅通过减小振动传感器底座安装面粗糙度的方法来提升频响上限的效果是有限的，不能大幅提升振动传感器的频率测量上限。

理论上讲，通过特殊的振动传感器底座结构设计，提升其安装预紧力，可提高振动传感器安装谐振频率，最终获得更高频率测量上限的压电振动传感器。但是，目前没有这方面的研究工作的报道。同时，理论上讲阻尼可抑制振动传感器安装谐振频率附近的共振，在振动传感器底座上布置阻尼可获得更高高频测量精度的压电振动传感器。但是，目前也没有这方面的研究工作的报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高频率测量上限的振动传感器底座，通过第一底座安装面凸出第二底座安装面的设置提高频率测量上限，通过金属阻尼涂层的阻尼作用抑制低阶共振点附近的振幅，尤其抑制第二底座安装面的共振向第一底座安装面传递，减小振动测量误差，降低灵敏度误差。

本发明主要通过以下技术方案实现：一种高频率测量上限的振动传感器底座，包括底座基体、金属阻尼涂层，所述底座基体的下方安装面包括第一底座安装面和第二底座安装面，且第一底座安装面与第二底座安装面之间设置有环形沟槽，所述第一底座安装面凸出第二底座安装面设置；所述环形沟槽内设置有金属阻尼涂层。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述底座基体通过安装螺钉安装在被测物体的表面，且第一安装面凸出第二安装面的部分因受挤压力而收缩消失，最终第一安装面与第二安装面齐平设置。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述底座基体上设置有3个安装螺钉孔，且孔径范围为3mm-6mm。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述第一底座安装面凸出第二底座安装面的尺寸h为0.001mm-2mm。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述环形沟槽的宽度范围为0.5mm-3mm。

为了更好地实现本发明，进一步的，所述底座基体由镍基合金材料制备，所述金属阻尼涂层由nicraly或镁合金制备。

根据力学理论，假设第一底座安装面相对于第二底座安装面凸出的尺寸为h，k是第一底座安装面的收缩刚度系数，则凸出部分的收缩造成第一底座安装面受到附加预紧力为k*h。故，本发明使第一底座安装面受到了更大的预紧力，安装面接触刚度随之增大，可提高振动传感器底座安装谐振频率，最终获得更高的频率测量上限。

当被测振动频率ω接近振动传感器底座安装谐振频率ωn时，会发生共振。假设底座基体本身的阻尼系数ζ0，金属阻尼涂层的阻尼系数为ζ1，则振动传感器底座的阻尼为ζ＝ζ0+ζ1。根据二阶系统幅频特性公式：

增大相对阻尼系数ζ可抑制共振点附近的振幅a(ω)。故，金属阻尼涂层的阻尼作用可抑制低阶共振点附近的振幅，减小振动测量误差，从而达到进一步抑制振动传感器高频测量误差的效果。尤其，所述第二底座安装面无附加预紧力，其安装谐振频率低于第一底座安装面的安装谐振频率，金属阻尼涂层位于第一底座安装面与第二底座安装面之间的环形沟槽内，可抑制第二底座安装面的共振向第一底座安装面传递，保证第一底座安装面精确传递被测物体表面的高频振动信号。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过第一底座安装面凸出第二底座安装面的设置提高频率测量上限，通过金属阻尼涂层的阻尼作用抑制低阶共振点附近的振幅，尤其抑制第二底座安装面的共振向第一底座安装面传递，减小振动测量误差，降低灵敏度误差。

(2)高频响：本发明将底座基体的下方安装面分为两个区域：第一底座安装面和第二底座安装面。所述第一底座安装面相对于第二底座安装面凸出尺寸范围约0.001mm至2mm，可使第一底座安装面获得附加预紧力，频率测量上限可达10000hz。

(3)低误差：金属阻尼涂层可使振动传感器底座获得附加阻尼，金属阻尼涂层的阻尼作用可抑制低阶共振点附近的振幅，尤其可抑制第二底座安装面的共振向第一底座安装面传递，减小振动测量误差，灵敏度误差可控制到15％以下。

(4)耐高温，耐辐照：本发明底座基体采用镍基合金材料，该材料可耐500℃以上高温。金属阻尼涂层采用nicraly或镁合金，该材料耐高温可达482℃。同时，底座基体采用的镍基合金材料，以及金属阻尼涂层采用的nicraly或镁合金，均为无机材料，可耐辐照剂量达1000000gy。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为图2中b区域的放大视图；

图4为安装底座与外壳的连接结构示意图；

图5为安装底座的工作示意图。

其中：1-底座基体，2-金属阻尼涂层，3-压电受感芯体，4-外壳，5-安装螺钉，6-被测物体、7-第一底座安装面、8-第二底座安装面、9-环形沟槽、10-安装螺钉孔。

具体实施方式

实施例1：

一种高频率测量上限的振动传感器底座，如图1、图2所示，包括底座基体1、金属阻尼涂层2，所述底座基体1的下方安装面包括第一底座安装面7和第二底座安装面8，且第一底座安装面7与第二底座安装面8之间设置有环形沟槽9，所述第一底座安装面7凸出第二底座安装面8设置；所述环形沟槽9内设置有金属阻尼涂层2。

本发明通过第一底座安装面7凸出第二底座安装面8的设置提高频率测量上限，通过金属阻尼涂层2的阻尼作用抑制低阶共振点附近的振幅，尤其抑制第二底座安装面8的共振向第一底座安装面7传递，减小振动测量误差，降低灵敏度误差。

实施例2：

本实施例是在实施例1的基础上进行优化，所述底座基体1通过安装螺钉5安装在被测物体6的表面，且第一安装面凸出第二安装面的部分因受挤压力而收缩消失，最终第一安装面与第二安装面齐平设置。所述底座基体1上设置有3个安装螺钉孔10，且孔径范围为3mm-6mm。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例是在实施例1或2的基础上进行优化，如图3所示，所述第一底座安装面7凸出第二底座安装面8的尺寸h为0.001mm-2mm。所述环形沟槽9的宽度范围为0.5mm-3mm。

本发明将底座基体1的下方安装面分为两个区域：第一底座安装面7和第二底座安装面8。所述第一底座安装面7相对于第二底座安装面8凸出尺寸范围约0.001mm至2mm，可使第一底座安装面7获得附加预紧力，频率测量上限可达10000hz。

金属阻尼涂层2可使振动传感器底座获得附加阻尼，金属阻尼涂层2的阻尼作用可抑制低阶共振点附近的振幅，尤其可抑制第二底座安装面8的共振向第一底座安装面7传递，减小振动测量误差，灵敏度误差可控制到15％以下。

本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。

实施例4：

一种高频率测量上限的振动传感器底座，如图1-3所示，包括底座基体1、金属阻尼涂层2，所述底座基体1的下方安装面包括第一底座安装面7和第二底座安装面8，且第一底座安装面7与第二底座安装面8之间设置有环形沟槽9，所述第一底座安装面7凸出第二底座安装面8设置；所述环形沟槽9内设置有金属阻尼涂层2。

如图4所示，压电振动传感器包括传感器底座、压电受感芯体3、外壳4。首先将压电受感芯体3安装在底座基体1的上表面，压电受感芯体3与第一底座安装面7同轴，且压电受感芯体3的轮廓不超出第一底座安装面7的轴向投影范围。然后将外壳4安装在底座基体1的上表面并罩住压电受感芯体3，实现高率测量上限的压电振动传感器，其频率测量上限可达10000hz，灵敏度误差可控制到15％以下。

如图5所示，将压电振动传感器通过安装螺钉5固定在被测物上。当底座基体1通过三个螺钉安装紧固在被测物体6上的过程中，所述第一底座安装面7相对于第二底座安装面8的凸出部分因受挤压力而收缩直至消失，最终使第一底座安装面7与第二底座安装面8齐平。根据力学理论，假设k是第一底座安装面7的收缩刚度系数，第一底座安装面7相对于第二底座安装面8凸出的尺寸为h，则凸出部分的收缩造成第一底座安装面7受到附加预紧力为k*h。故，本发明使第一底座安装面7受到了更大的预紧力，安装面接触刚度随之增大，可提高振动传感器底座安装谐振频率，最终获得更高的频率测量上限，频率测量上限可达10000hz。

金属阻尼涂层2可使振动传感器底座获得附加阻尼，金属阻尼涂层2的阻尼作用可抑制低阶共振点附近的振幅，尤其可抑制第二底座安装面8的共振向第一底座安装面7传递，减小振动测量误差，灵敏度误差可控制到15％以下。

本发明通过第一底座安装面7凸出第二底座安装面8的设置提高频率测量上限，通过金属阻尼涂层2的阻尼作用抑制低阶共振点附近的振幅，尤其抑制第二底座安装面8的共振向第一底座安装面7传递，减小振动测量误差，降低灵敏度误差。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。