一种低频振动位移传感器及其检测方法技术

本申请公开了一种低频振动位移传感器及其检测方法，通过振动检测模块检测由于被测对象振动而使得线圈和永磁体产生相对运动而生成的位移信号，然后通过信号预处理模块对所述位移信号进行预处理以滤除频率低于预定的低频阈值的位移信号，并根据所述位移信号反馈调节所述振动检测模块的固有频率和阻尼比，进而通过信号处理模块生成与所述被测对象的振动位移成比例的信号以检测所述被测对象的振动。这实现了无需静态参考点便可以较为精确地检测高耸建筑物及大跨度建筑物的振动位移的功能。

A low frequency vibration displacement sensor and its detection method

The present application discloses a low frequency vibration displacement sensor and its detection method. Through the vibration detection module, the displacement signal generated by the relative motion of the coil and the permanent magnet is detected by the vibration detection module, and then the displacement signal is preprocessed by the signal preprocessing module to filter the frequency less than the predetermined frequency. A displacement signal of a low frequency threshold is used to adjust the inherent frequency and damping ratio of the vibration detection module according to the displacement signal, and then a signal is generated by the signal processing module to generate a signal proportional to the vibration displacement of the measured object to detect the vibration of the measured object. This realizes the function of accurately detecting the vibration displacement of tall buildings and long-span buildings without the need of static reference points.

【技术实现步骤摘要】
一种低频振动位移传感器及其检测方法
本申请涉及振动测量
，更具体地，涉及一种低频振动位移传感器及其检测方法。
技术介绍
振动是外力作用于弹性体后产生周期性运动的一种自然现象，0.01Hz-20Hz之间的振动被称为超低频振动。超低频振动的测试与研究在工程测量及国防工业等领域至关重要。目前，常用的拉线式位移检测装置、激光测位装置等检测超低频振动的装置均需要静态参考点才能达到相对精确的测量要求。但是，由于在检测点附近往往难以找到合适的晶体参考点，因此，拉线式位移检测装置及激光测位装置等检测装置很难适用于高耸建筑物及大跨度建筑物等大型建筑物的振动位移的检测。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种低频振动位移传感器及其检测方法，以实现无需静态参考点便可以较为精确地检测高耸建筑物及大跨度建筑物等的振动位移。第一方面，提供一种低频振动位移传感器，包括：振动检测模块，与被测对象固定连接，被配置为生成所述被测对象的位移信号；其中，所述振动检测模块包括壳体、至少两个线圈、线圈架、至少两个弹簧片、至少两个垫片、永磁体以及磁路装置，所述垫片固定在所述壳体上，被配置为固定所述弹簧片；所述线圈架作为线圈的绕制载体并与所述弹簧片固定连接；所述永磁体固定在所述壳体的底部；所述磁路装置与所述永磁体固定连接，被配置为与所述永磁体产生的磁场形成流动回路；信号预处理模块，连接在所述振动检测模块的输出端口，被配置为对所述位移信号进行预处理以滤除频率低于预定的低频阈值的位移信号，并根据所述位移信号反馈调节所述振动检测模块的固有频率和阻尼比；以及信号处理模块，连接在所述信号预处理模块的输出端口，被配置为生成与所述被测对象的振动位移成比例的信号以检测所述被测对象的振动位移。进一步地，在所述壳体振动时，所述垫片和所述永磁体跟随所述壳体做相同的运动；所述弹簧片带动所述线圈架与所述永磁体做相对运动以产生所述位移信号。进一步地，所述振动检测模块包括：第一线圈和第二线圈，分别绕制在所述线圈架的上下两端；第一弹簧片和第二弹簧片，分别固定在所述线圈架的上端和下端；以及第一垫片和第二垫片，用于分别固定所述第一弹簧片和所述第二弹簧片；其中，所述第一线圈顺时针绕制在所述线圈架的一端，所述第二线圈逆时针绕制在所述线圈架的另一端。进一步地，所述预定的低频阈值为0.1Hz。进一步地，所述弹簧片的厚度为0.1mm。进一步地，所述壳体被配置为防止所述磁场泄漏。进一步地，所述信号预处理模块包括：电容；以及电阻，以所述第二电容连接在所述振动检测模块的输出端口之间。进一步地，所述电容和电阻满足以下公式：其中，n为所述预定的低频阈值，m为所述线圈架的质量，r为所述振动检测模块的内阻，R为所述电阻的阻值，C为所述电容的容值，k为所述弹簧片的弹性模量，B为所述永磁体的磁场强度，l为绕制所述线圈的长度。进一步地，所述信号处理模块包括：积分电路，被配置为根据预处理后的所述位移信号生成与所述被测对象的振动位移成比例的信号以检测所述被测对象的振动。第二方面，提供一种低频振动位移的检测方法，包括：通过振动检测模块生成被测对象的位移信号；通过信号预处理模块将所述位移信号进行预处理以滤除频率低于预定的低频阈值的位移信号，并根据所述位移信号反馈调节所述振动检测模块的固有频率和阻尼比；以及通过信号处理模块生成与所述被测对象的振动位移成比例的信号以检测所述被测对象的振动位移。本申请实施例的技术方案通过振动检测模块检测由于被测对象振动而使得线圈和永磁体产生相对运动而生成的位移信号，然后通过信号预处理模块对所述位移信号进行预处理以滤除频率低于预定的低频阈值的位移信号，并根据所述位移信号反馈调节所述振动检测模块的固有频率和阻尼比，进而通过信号处理模块生成与所述被测对象的振动位移成比例的信号以检测所述被测对象的振动。这实现了无需静态参考点便可以较为精确地检测高耸建筑物及大跨度建筑物的振动位移的功能。附图说明通过以下参照附图对本申请实施例的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1是本申请实施例的振动检测模块的截面示意图；图2是本申请实施例的信号预处理模块的等效电路图；图3是本申请实施例的信号处理模块的等效电路图；图4是本申请实施例的低频振动位移的检测方法的流程图。具体实施方式以下基于实施例对本申请进行描述，但是本申请并不仅仅限于这些实施例。在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。为了避免混淆本申请的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本实施例的低频振动位移传感器包括振动检测模块、信号预处理模块和信号处理模块。其中，振动检测模块与被测对象固定连接，被配置为生成被测对象振动的位移信号。信号预处理模块连接在振动检测模块的输出端口，被配置为对被测对象的位移信号进行预处理以滤除频率低于预定的低频阈值的位移信号，并根据被测对象的位移信号反馈调节振动检测模块的固有频率和阻尼比。信号处理模块连接在信号预处理模块的输出端口，被配置为生成与被测对象的振动位移成比例的信号以检测被测对象的振动位移。图1是本申请实施例的振动检测模块的截面示意图。如图1所示，振动检测模块1与被测对象固定连接，被配置为生成被测对象振动的位移信号。所述振动检测模块包括壳体11、线圈架12、第一线圈13、第二线圈14、第一垫片15、第二垫片16、第一弹簧片17、第二弹簧片18、磁路装置19以及永磁体20。其中，第一垫片15和第二垫片16固定在壳体11上，第一垫片15被配置为固定第一弹簧片17，第二垫片16被配置为固定第二弹簧片18。线圈架12作为第一线圈13和第二线圈14的绕制载体并与第一弹簧片17和第二弹簧片18固定连接。永磁体20固定在壳体11的底部。磁路装置19与永磁体20固定连接，被配置为与永磁体20产生的磁场形成流动回路。应理解，被测对象可以为高耸建筑物(如电视塔、高层楼房、体育馆等)以及大跨度建筑物(如桥梁等)等振动位移频率较低的大型建筑物。振动检测模块1被配置为使得第一线圈13和第二线圈14在被测对象振动时与永磁体20产生相对运动进而生成被测对象振动的位移信号。具体地，在被测对象振动时，由于振动检测模块1与被测对象固定连接，因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低频振动位移传感器，包括：振动检测模块，与被测对象固定连接，被配置为生成所述被测对象的位移信号；其中，所述振动检测模块包括壳体、至少两个线圈、线圈架、至少两个弹簧片、至少两个垫片、永磁体以及磁路装置，所述垫片固定在所述壳体上，被配置为固定所述弹簧片；所述线圈架作为线圈的绕制载体并与所述弹簧片固定连接；所述永磁体固定在所述壳体的底部；所述磁路装置与所述永磁体固定连接，被配置为与所述永磁体产生的磁场形成流动回路；信号预处理模块，连接在所述振动检测模块的输出端口，被配置为对所述位移信号进行预处理以滤除频率低于预定的低频阈值的位移信号，并根据所述位移信号反馈调节所述振动检测模块的固有频率和阻尼比；以及信号处理模块，连接在所述信号预处理模块的输出端口，被配置为生成与所述被测对象的振动位移成比例的信号以检测所述被测对象的振动位移。

【技术特征摘要】
1.一种低频振动位移传感器，包括：振动检测模块，与被测对象固定连接，被配置为生成所述被测对象的位移信号；其中，所述振动检测模块包括壳体、至少两个线圈、线圈架、至少两个弹簧片、至少两个垫片、永磁体以及磁路装置，所述垫片固定在所述壳体上，被配置为固定所述弹簧片；所述线圈架作为线圈的绕制载体并与所述弹簧片固定连接；所述永磁体固定在所述壳体的底部；所述磁路装置与所述永磁体固定连接，被配置为与所述永磁体产生的磁场形成流动回路；信号预处理模块，连接在所述振动检测模块的输出端口，被配置为对所述位移信号进行预处理以滤除频率低于预定的低频阈值的位移信号，并根据所述位移信号反馈调节所述振动检测模块的固有频率和阻尼比；以及信号处理模块，连接在所述信号预处理模块的输出端口，被配置为生成与所述被测对象的振动位移成比例的信号以检测所述被测对象的振动位移。2.根据权利要求1所述的低频振动位移传感器，其特征在于，在所述壳体振动时，所述垫片和所述永磁体跟随所述壳体做相同的运动；所述弹簧片带动所述线圈架与所述永磁体做相对运动以产生所述位移信号。3.根据权利要求1所述的低频振动位移传感器，其特征在于，所述振动检测模块包括：第一线圈和第二线圈，分别绕制在所述线圈架的上下两端；第一弹簧片和第二弹簧片，分别固定在所述线圈架的上端和下端；以及第一垫片和第二垫片，用于分别固定所述第一弹簧片和所述第二弹簧片；其中，所述第一线圈顺时针绕制在所述线圈架的一端，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：何先龙，赵立珍，佘天莉，聂金生，金波，郑涛，
申请(专利权)人：中国地震局工程力学研究所，北京腾晟桥康科技有限公司，浙江华东工程安全技术有限公司，何先龙，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23