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专利号: 2023105003772
申请人: 太原理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种电涡流传感器探头倾斜安装振动位移高精度检测系统包括:振动激励源、被测圆盘、电涡流传感器、数据采集卡、计算机及软件模块。电涡流传感器用于检测激励源产生的实际振动位移信号,该信号由数据采集卡采集后送入计算机,进而由软件模块实现对传感器探头倾斜安装时激励源实际振动位移的高精度计算。

2. 权利要求1所述的电涡流传感器探头倾斜安装振动位移高精度检测系统振动检测步骤为: 步骤一:将被测圆盘固定在激励源的运动体上,保证其轴线与激励方向同轴安装;

步骤二:将电涡流传感器探头安装于被测圆盘上方,保证探头端面与被测圆盘表面距离满足传感器出厂设定的初始位置要求的同时,使探头端面中心与被测圆盘轴线对齐;

步骤三:激励源产生的实际振动位移信号由传感器探头与被测圆盘相互作用进行检测后,通过数据采集卡进行整周期采样并传输给计算机,相应的采样率为s;

步骤四:由于电涡流传感器非接触测量原理的限制,传感器探头轴线与被测圆盘轴线之间会不可避免产生倾斜安装误差,影响检测精度。由软件模块实现对传感器探头倾斜状态下对应的输出信号的准确计算,进而与检测到的传感器输出信号比较后最终计算得到激励源产生的实际振动位移信号。

3.权利要求2步骤四所述的软件模块对电涡流传感器探头倾斜安装时激励源实际振动位移信号具体计算步骤为:

(a):对于信噪比较高的激励源而言,通常由基频信号来表征相应的振动信号,忽略高频谐波成分。基于此,实际振动位移信号计算过程仅针对基频成分展开,相应的频率f可通过对传感器输出信号做FFT分析得到;

(b):假设步骤一中所述的激励源实际振动位移x随时间t变化的规律为x(t)=A1sin(2πft+φ1),A1为幅值、φ1为初相位。基于数据采集卡采样率s,将振动位移x(t)的某一整周期T内的时间均匀离散为n个时刻[t1,t2,......tn],其中离散点数n=T•s;

(c):假设传感器探头轴线相对于被测圆盘轴线倾斜角度为α,结合传感器探头端面中心与被测圆盘表面之间的初始垂直距离d0,在通电线圈对空间任意一点产生磁感应强度计算原理基础上,通过对各点磁感应强度分布进行积分得到传感器探头倾斜状态时被测圆盘表面的磁通量;

(d):为准确分析倾斜状态下的传感器探头在被测圆盘上产生电涡流的变化规律,将相应的电涡流等效成一个具有矩形截面的涡流环,结合佩利经验公式,计算得到等效涡流环的电感和电阻;

(e):考虑到激励源与倾斜状态下传感器探头端面中心距离最小时的检测误差最大,为忽略信号噪声对振动位移检测精度的影响,基于步骤(c)得到的被测圆盘表面磁通量及步骤(d)得到的等效涡流环电感和电阻,结合探头线圈未通电时的电感,计算得到该距离最小时刻tm及其附近任意两个时刻tp、tq对应的探头线圈等效电感,m、p、q∈1~n;

(f):进一步,基于步骤(e)求得的3个时刻对应的探头线圈等效电感,结合传感器通常使用的交流电桥测量电路数学模型,计算得到传感器探头倾斜状态下tm、tp和tq时刻对应的理论输出电压值。

(g):将步骤(f)所求得的tm、tq和tp时刻的理论输出电压值与数据采集卡采集得到的对应时刻电压值分别对应相等,联立方程即可求出传感器探头倾斜角度α,激励源产生实际振动位移x(t)=A1sin(2πft+φ1)的幅值A1、初相位φ1,进而完成对电涡流探头倾斜时激励源产生实际振动位移信号的高精度计算。