本發明專利技術涉及一種智能電渦流傳感阻尼裝置，該裝置包括電磁屏蔽罩、插設在電磁屏蔽罩中心的活塞桿、和活塞桿固定連接的永磁單元、固定在電磁屏蔽罩內部的銅導體、固定在銅導體底部的固定永磁體、以及固定在活塞桿底端與固定永磁體相對設置的移動永磁體，活塞桿的頂端設有與外部主體結構連接的柔性球鉸支座，該裝置包括固定在活塞桿上的多個螺線管、用于控制通電螺線管開關的繼電器、用于檢測裝置振動位移的傳感單元以及與傳感單元連接用于控制繼電器開關的控制電路。與現有技術相比，本發明專利技術秉承了電渦流阻尼器的剛度與阻尼分離、易于維護以及無磨損等優點，除此之外，還可以監測阻尼裝置的軸向振動情況，根據監測情況實時反饋改變智能控制阻尼力。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及土木工程結構振動控制和結構監測的交叉領域，具體涉及一種智能電渦流傳感阻尼裝置。
技術介紹
阻尼器可以抑制從微型儀表到巨型結構的振動。電渦流阻尼器是一種性能優越，極具發展前景的一種減振阻尼裝置。電渦流的基本原理是當導體切割磁力線時，會在導體中產生電渦流，以致產生電阻熱效應來消耗振動能量。電渦流又會產生與原磁場方向相反的新磁場，從而產生與導體運動方向相反的阻尼力，起到減振耗能的作用。相比已有的一些阻尼裝置，它不依靠機械摩擦耗能，不存在密封和漏液問題,阻尼容易調節，構造簡單，大大提高了其可靠性和耐久性。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了提供一種能夠自動監測振幅并調控耗能的智能電渦流傳感阻尼裝置。本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：一種智能電渦流傳感阻尼裝置，該裝置包括電磁屏蔽罩、插設在電磁屏蔽罩中心的活塞桿、和活塞桿固定連接的永磁單元、固定在電磁屏蔽罩內部的銅導體、固定在銅導體底部的固定永磁體以及固定在活塞桿底端與固定永磁體間隔式相對設置的移動永磁體，所述活塞桿的頂端設有與外部主體結構連接的柔性球鉸支座，通過外部結構的運動帶動磁體的運動，同時將本裝置產生的阻尼力提供給外部結構，所述裝置包括固定在活塞桿上的多個螺線管、用于控制通電螺線管開關的繼電器、用于檢測裝置振幅的傳感單元以及與傳感單元連接用于控制繼電器開關的控制電路；當裝置振動位移過大時，所述傳感單元將信號傳遞給控制電路，所述控制電路控制繼電器打開，使得螺線管通電產生磁場，所述銅導體切割該磁場的磁感線，發熱增加耗能。本專利技術應用電渦流的基本原理，該原理的示意圖如圖1所示。當導體以一定的速度v在均勻磁場B中運動而產生電渦流時，忽略導體表面電荷運動與集結的影響，則流過導體的電流密度J可以表示為J＝σ(v×B)式中，σ表示導體的導電系數。導體電流在磁場中受到的電磁力為：F＝∫VJ×BdV綜合以上兩式，由于圖1所示的導體速度v與磁感應強度B的方向垂直，若導體板全部在磁場B內，通過矢量運算，則F的大小f可以推導得到：f＝-σδSB2v式中，δ與S分別表示導體的厚度與表面積；負號表明電磁力F與導體切割磁力線的速度v方向完全相反。因此，在理想情況下，電渦流阻尼力呈現理想的線性粘滯阻尼特性，且其大小與導體的導電率、體積及運動速度大小成正比，與磁場磁感應強度的平方成正比。當振動輸入時，帶動阻尼裝置內部的永磁體及電磁體運動，電渦流金屬筒切割磁感線，于是在金屬導體表面產生了渦電流，渦電流的方向符合右手法則。當渦電流產生后，磁場便會對載流金屬導體產生力的作用，阻止金屬導體與磁體的相對運動,即產生了阻尼力。阻尼力的方向符合左手法則。金屬導體內產生的渦電流以熱能的形式通過阻尼器耗散到周圍的介質中。于是電渦流阻尼器不斷地將振動的動能轉化為金屬單元中的渦電流，又將渦電流轉化成熱能，達到耗能減振的目的。所述螺線管為2～8組，均勻分布在圓周，每組為3個螺線管豎向疊放，多個螺線管并聯連接，通電后，這些螺線管產生與永磁體一樣的磁場。所述傳感單元包括固定在電磁屏蔽罩內部的探頭以及固定在活塞桿上并與所述探頭相對設置的金屬導體板，所述探頭與所述控制電路連接。金屬導體板和探頭之間有一定距離，且金屬導體板處于探頭的磁場中。所述探頭為通以高頻電流的扁平線圈。其原理示意圖如圖2所示，根據法拉第電磁感應定律，當傳感器探頭線圈通以正弦交變電流i1時，線圈周圍空間必然產生正弦交變磁場H1，它使置于此磁場中的被測金屬導體表面產生感應電流。與此同時，電渦流i2又產生新的交變磁場H2；H2與H1方向相反，并力圖削弱H1，從而導致探頭線圈的等效電阻相應地發生變化。其變化程度取決于被測金屬導體的電阻率ρ，磁導率μ，線圈與金屬導體的距離x，以及線圈激勵電流的頻率f等參數。如果只改變上述參數中的一個，而其余參數保持不變，則阻抗Z就成為這個變化參數的單值函數，從而可確定參數x的大小。所述控制電路包括依次連接的變換及檢測電路和輸出轉換電路，所述變換及檢測電路與所述探頭連接，所述輸出轉換電路與繼電器連接。扁平線圈通以高頻電流所形成的高頻磁場，當金屬導體板處于磁場中時，其表面將因電磁感應而形成與磁通方向垂直的渦電流，這使得扁平線圈的電阻因此發生變化，該電阻變化通過變換及檢測電路和輸出轉換電路傳遞至繼電器，控制繼電器的開關。其中，繼電器的工作原理如圖3所示，電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(常開觸點)吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點(常閉觸點)釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。所述活塞桿上設有用于測試阻尼驅動力的拉壓力傳感單元。通過驅動力監測，可以獲得該智能阻尼裝置的滯回曲線。滯回特性也稱為恢復力特性。在地震作用下單自由度體系運動方程的一般表達式為式中f(u)即為恢復力。在往復荷載作用下，當構件屈服進入彈塑性時，恢復力是位移的多值函數，其關系與加載(或變形)的歷史有關。在往復力作用下，構件可以經歷開裂、屈服、卸載、反向加載等過程，在反復加載－卸載－再加載的過程中，構件出現剛度退化和強度退化的現象。不同結構構件的恢復力f(u)不同，即表現為具有不同的恢復力特性，恢復力與位移的關系曲線，f(u)-u曲線稱為滯回曲線。振動輸入后，活塞桿帶動探頭線圈運動，在金屬筒體上表面產生感應電流；電渦流又產生新的交變磁場，與探頭線圈產生的磁場方向相反，并力圖削弱原磁場，從而導致探頭線圈的等效電阻相應地發生變化。可測出活塞桿隨振動輸入的運動規律。位于活塞桿上的拉壓力傳感單元可測出活塞桿在振動輸入時阻尼力的大小。根據記錄的振動力及其對應的位移可畫出該阻尼器的滯回曲線。所述永磁單元包括交替堆疊的圓環狀永磁鐵和圓環狀軟鐵，所述圓環狀永磁鐵和圓環狀軟鐵套設在活塞桿上，并放置在固定架上，所述固定架固定在活塞桿上。所述銅導體呈圓筒狀，銅導體的外側與所述電磁屏蔽罩的內壁固定。所述固定永磁體和移動永磁體為軸向充磁的圓環狀的永磁鐵，且固定永磁體和移動永磁體的極性相反，通過相反磁極之間的排斥力為活塞桿提供一個反向的彈力，當活塞桿上下震動時有一緩沖作用力，防止活塞桿直接打到電磁屏蔽罩的底部，引起裝置的損壞。與傳統的傳感和阻尼器，本專利技術的有益效果體現在以下幾方面：(1)本專利技術裝置在振幅過大時，能夠自動開啟額外的繼電器磁場，增加銅導體的發熱能耗，從而控制振動位移；(2)本專利技術裝置秉承了電渦流阻尼器的剛度與阻尼分離、易于維護以及無磨損等優點；(3)根據振動輸入時記錄的數據可得到反映阻尼器結構特性的f(u)-u滯回曲線，通過阻尼器與傳感器相結合，最終實現減振和監測的雙重目的。附圖說明圖1為電渦流基本原理示意圖；圖2為探頭的工作原理示意圖；圖3為繼電器的結構示意圖；圖4為本專利技術智能電渦流傳感阻尼裝置的結構示意圖。其中，1為柔性球鉸支座，2為活塞桿，3為拉壓力傳感單元，4為探頭，5為控制電路，6為金屬導體板，7為繼電器，71為電磁體，72為彈簧，73為銜鐵，74為觸點，8為螺線管，81為電源，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種智能電渦流傳感阻尼裝置，該裝置包括電磁屏蔽罩(16)、插設在電磁屏蔽罩(16)中心的活塞桿(2)、和活塞桿(2)固定連接的永磁單元、固定在電磁屏蔽罩(16)內部的銅導體(15)、固定在銅導體底部的固定永磁體(14)以及固定在活塞桿(2)底端與固定永磁體(14)間隔式相對設置的移動永磁體(13)，所述活塞桿(2)的頂端設有與外部主體結構連接的柔性球鉸支座(1)，其特征在于，所述裝置包括固定在活塞桿(2)上的多個螺線管(8)、用于控制通電螺線管(8)開關的繼電器(7)、用于監測裝置振幅的傳感單元以及與傳感單元連接用于控制繼電器(7)開關的控制電路(5)；當裝置振動位移過大時，所述傳感單元將信號傳遞給控制電路(5)，所述控制電路(5)控制繼電器(7)打開，使得螺線管(8)通電產生磁場，所述銅導體(15)切割該磁場的磁感線，發熱增加耗能。
【技術特征摘要】
1.一種智能電渦流傳感阻尼裝置，該裝置包括電磁屏蔽罩(16)、插設在電磁屏蔽罩(16)中心的活塞桿(2)、和活塞桿(2)固定連接的永磁單元、固定在電磁屏蔽罩(16)內部的銅導體(15)、固定在銅導體底部的固定永磁體(14)以及固定在活塞桿(2)底端與固定永磁體(14)間隔式相對設置的移動永磁體(13)，所述活塞桿(2)的頂端設有與外部主體結構連接的柔性球鉸支座(1)，其特征在于，所述裝置包括固定在活塞桿(2)上的多個螺線管(8)、用于控制通電螺線管(8)開關的繼電器(7)、用于監測裝置振幅的傳感單元以及與傳感單元連接用于控制繼電器(7)開關的控制電路(5)；當裝置振動位移過大時，所述傳感單元將信號傳遞給控制電路(5)，所述控制電路(5)控制繼電器(7)打開，使得螺線管(8)通電產生磁場，所述銅導體(15)切割該磁場的磁感線，發熱增加耗能。2.根據權利要求1所述的一種智能電渦流傳感阻尼裝置，其特征在于，所述螺線管(8)的個數為2～8，多個螺線管(8)并聯連接。3.根據權利要求1所述的一種智能電渦流傳感阻尼裝置，其特征在于，所述傳感單元包括固定在電磁屏蔽罩(16)內部的探頭(4)以及固定在活塞桿(2)上并與所述探頭(4)相對設置的金屬導體板(6)，所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：單伽锃，胡璠，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：上海;31
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