[发明专利]一种用于测量工程爆破的一体式振动传感器及其测量方法

说明书

技术领域

本发明属于测量技术领域中关于振动测量的传感器，具体的说，是涉及一种用于测量工程爆破的一体式振动传感器及测量方法，该传感器间磁场相互耦合系数减小至可接受水平；通过动态矫正补偿技术对零极点进行补偿、时限恢复和数据记录从而真实准确地记录工程爆破中测点三分量振动水平。

背景技术

目前对工程爆破振动测量，普遍使用的是离散布置测振元件，通过集中式采集系统完成数据采集。具有测量点数多，采集实时性好的特点，但是由于过多的线缆布置、测振元件特性的不一致性、频响范围窄、失效率高等缺陷，限制了其应用范围。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种用于测量工程爆破的一体式振动传感器及其测量方法，该传感器频响范围广，为1Hz-500Hz；敏感元件与采集器一体化封装，实现实时、自动、无线采集；传感器外径49mm，长度不超过30cm，在爆破现场可方便使用50mm钻头钻孔安装，既可以测到岩体的真实振动，又可以避免传感器被飞石击坏失效。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于测量工程爆破的一体式振动传感器，包括壳体，壳体内设有X振动敏感元件、Y振动敏感元件和Z振动敏感元件，所述X振动敏感元件竖向放置，所述Y振动敏感元件横向放置在X振动敏感元件的上方，所述Z振动敏感元件横向交叉设置于Y振动敏感元件的上方；X振动敏感元件、Y振动敏感元件和Z振动敏感元件的内部均由一个弹簧、质量块和一个阻尼器三部分组成的单自由度系统构成。

所述传感器外径为49mm，长度≤30cm。

所述壳体内部设有用于放置所述X振动敏感元件位置的限位孔。

一种用于测量工程爆破的一体式振动传感器的测量方法，包括以下步骤：

(1)对振动敏感元件的传递函数通过零极点补偿式网络进行补偿；

(2)由处理器对信号进行时限恢复；

(3)将时限恢复后的数据写入存储介质中。

信号时限恢复过程如下：补偿后输出的电信号，经过A/D转换器采集至处理器，处理器对已知幅频特性、相频特性的补偿输出后的电信号进行傅里叶计算，分别求其幅度谱和相位谱；将预期的幅频特性和相频特性进行三次hermite插值得到插值后预标定特性；根据预标定特性结果对幅度谱和相位谱进行补偿，得到补偿后的幅度谱和相位谱；对补偿后的幅度谱和相位谱进行逆傅里叶变化得到补偿后的信号值。

对振动敏感元件的传递函数进行补偿的过程如下：

单自由度系统的运动方程为：mx″₀+b(x′₁-x′₀)+k(x₁-x₀)＝F(t) (1)

式中：m—质量块质量；x₀—质量块位移；x₁—壳体(线圈)位移；x₀’—质量块速度；x₁’—壳体(线圈)速度；b—阻尼器阻尼系数；k—弹簧劲度系数；x₀”—质量块加速度；F(t)—质量块所受外力；

F(t)＝0时，定义x_r＝x₁-x₀

其中,ω₀—自振角频率；ξ₀—系统阻尼比；x_r—质量块与壳体的相对位移

带入式(1)中，经拉氏变换得：

其传递函数为：

上式中，定义k₀为敏感元件的灵敏度系数；

分别表示X、Y、Z轴三分量的X振动敏感元件、Y振动敏感元件和Z振动敏感元件的传递函数为：

为改善频率特性，加入零极点补偿环节，其传递函数为：

将惯性振动敏感元件的传递函数与补偿环节传递函数相乘，得：

X、Y、Z三分量的X振动敏感元件、Y振动敏感元件和Z振动敏感元件的输出经补偿后的传递函数为：

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

该发明为一体式振动传感器，将拾振单元、传输单元和采集单元集成为一体，并根据现场实际情况，传感器体型小巧坚固，安装方便，传感器精度、适用范围和耐用性均优于现有产品，为现场爆破振动分析提供真实可靠的原始数据，促进该学科的发展。