專利名稱：一種溫度和轉速檢測機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及真空獲得設備應用技術領域，具體涉及一種能夠同時檢測高速旋轉體溫度和轉速的檢測機構。
背景技術：
磁懸浮分子泵是一種采用磁軸承作為轉子支承的分子泵，它利用磁軸承將轉子穩定地懸浮在空中，使轉子在高速工作過程中與定子之間沒有機械接觸，具有無機械磨損、能耗低、允許轉速高、噪聲低、壽命長、無需潤滑等優點，目前磁懸浮分子泵廣泛地應用于高真空度、高潔凈度真空環境的獲得等領域中。磁懸浮分子泵的內部結構如圖I所示，圖中所述磁懸浮分子泵豎直設置，所述磁懸浮分子泵包括泵體3、設置在所述泵體3內腔的轉子軸系。所述轉子軸系包括轉子、第一徑向磁軸承6、第二徑向磁軸承9、第一軸向磁軸承13和第二軸向磁軸承15。所述轉子包括轉子軸7、與所述轉子軸7固定的葉輪I、以及用于固定所述葉輪I的裝配部件，如螺釘、螺母等。所述轉子軸7的軸線沿豎直方向設置，所述葉輪I固定安裝在所述轉子軸7的上部； 所述轉子軸7的中部依次間隔地套設有第一徑向保護軸承4、第一徑向位移傳感器5、所述第一徑向磁軸承6、電機8、所述第二徑向磁軸承9、第二徑向位移傳感器10和第二徑向保護軸承11等。所述轉子軸7的下部設置有所述第一軸向磁軸承13、所述第二軸向磁軸承15、 推力盤14以及軸向保護軸承12和用于檢測所述轉子軸向位移信號的軸向位移傳感器16。 其中，位移傳感器(所述第一徑向位移傳感器5、所述第二徑向位移傳感器10和所述軸向位移傳感器16)的信號輸出端與位移檢測裝置18的信號輸入端連接，所述位移檢測裝置18 的信號輸出端與所述控制器2的信號輸入端連接，所述位移檢測裝置18用于檢測所述轉子的位移。此外，為了檢測所述轉子的轉速和溫度，所述磁懸浮分子泵還配置有用于檢測轉子轉速的轉速檢測裝置19和用于檢測轉子溫度的溫度檢測裝置，所述轉速檢測裝置19用于檢測所述轉子的轉速信號，其信號輸入端通過所述磁懸浮分子泵的接線端子17連接到轉速檢測傳感器，所述轉速檢測裝置19的信號輸出端與所述控制器2的信號輸入端連接；所述溫度檢測裝置用于檢測所述轉子的溫度信號，其信號輸入端通過所述磁懸浮分子泵的接線端子17連接到溫度檢測傳感器，所述溫度檢測裝置的信號輸出端與所述控制器2的信號輸入端連接。所述磁懸浮分子泵的控制器2接收來自所述位移檢測裝置18、所述轉速檢測裝置 19和所述溫度檢測裝置的信號并對接收到的信號進行分析處理，進而對轉子進行相應控制。轉子位移和轉子轉速是控制器控制轉子運動的重要依據，轉子溫度是體現磁懸浮分子泵工作狀態的重要指標，因此在磁懸浮分子泵控制過程中需要時刻關注轉子位移、轉速和溫度的數值變化。現有技術對如磁懸浮分子泵轉子等高速旋轉體轉速和溫度的檢測通常采用如下方法
I、轉子轉速檢測采用帶霍爾傳感器的永磁直流電機驅動轉子轉動，利用永磁直流電機上設置的霍爾傳感器檢測電機轉子的轉速。其原理是轉子每旋轉一周，霍爾傳感器就會輸出一個高電平信號，分析該高電平信號的頻率就可以得到轉子的轉速。2、轉子溫度檢測設置專門的溫度傳感器測量轉子溫度。上述轉子轉速的測量方法，必須使用帶有霍爾傳感器的電機驅動轉子運轉，而諸如交流電機等沒有霍爾傳感器的電機就需要另配速度傳感器測量磁懸浮分子泵轉子的轉速，這無疑限制了磁懸浮分子泵相關配件設備的選擇。另外，如果只依靠電機上霍爾傳感器來測量轉子轉速，那么一旦霍爾傳感器發生故障，則無法再獲取轉子的轉速信號，影響磁懸浮分子泵的正常工作。雖然也可以在轉子上附加一個速度傳感器作為霍爾傳感器的備份測量裝置，當霍爾傳感器發生故障時啟動該速度傳感器檢測轉子轉速，但這樣一方面增加了成本，另一方面也增加了磁懸浮分子泵泵體內元器件的數量，而泵體內空間有限，額外附加一個速度傳感器勢必給泵體內的元件布局帶來困難。類似地，上述轉子溫度的測量方法是單獨配備了一個溫度傳感器，同樣會增加成本，還會對泵體內的元件布局造成影響。
發明內容
本發明所要解決的是現有技術中對如磁懸浮分子泵轉子等高速旋轉體溫度和轉速的檢測需要額外配置傳感器件，使成本增加，并導致高速旋轉機械腔體內布局困難的技術問題，進而提供一種結構簡單、成本低、能同時檢測高速旋轉體的溫度和轉速的檢測機構。為解決上述技術問題，本發明提供一種溫度和轉速檢測機構，其信號輸出端與信號處理單元的信號輸入端連接，包括檢測部，為高速旋轉的旋轉體的一部分，所述檢測部與所述旋轉體具有相同的溫度和轉速，所述檢測部為柱狀，其柱面上成型有一個檢測槽以及用于平衡所述旋轉體質量、 保證所述旋轉體動平衡特性滿足要求的質量均衡結構；所述檢測槽的寬度小于所述檢測部的周長；位移傳感器，其檢測探頭設置于所述檢測部所在平面內，所述檢測探頭對準所述檢測部的柱面并與所述檢測部的中心保持固定檢測距離，所述檢測探頭用于檢測所述檢測部到所述檢測探頭的垂直距離L，所述位移傳感器的信號輸出端與所述信號處理單元的信號輸入端連接，所述位移傳感器輸出信號的電壓幅值與所述檢測部到所述檢測探頭的垂直距離L呈正比；所述信號處理單元結合所述位移傳感器輸出信號的電壓幅值與內置于所述信號處理單元內的所述檢測部熱膨脹系數及所述檢測部初始溫度獲取所述檢測部的溫度；所述信號處理單元根據所述位移傳感器的輸出信號計算得到所述檢測部的轉動頻率f，根據所述檢測部的轉動頻率f獲得所述旋轉體的轉速ω = 2 31 f0上述的溫度和轉速檢測機構，所述旋轉體為磁懸浮分子泵的轉子，所述檢測部為所述轉子的轉子軸下部的推力盤。上述的溫度和轉速檢測機構，所述質量均衡結構為成型于所述推力盤柱面上的N 個凹槽，所述凹槽與所述檢測槽沿圓周均勻分布，所述凹槽與所述檢測槽具有相同形狀，且保證所述轉子動平衡特性滿足要求；
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所述信號處理單元獲取所述位移傳感器輸出信號的頻率f'，計算得到所述推力
盤的轉動頻率
權利要求
1.一種溫度和轉速檢測機構，其信號輸出端與信號處理單元的信號輸入端連接，其特征在于包括檢測部，為高速旋轉的旋轉體的一部分，所述檢測部與所述旋轉體具有相同的溫度和轉速，所述檢測部為柱狀，其柱面上成型有一個檢測槽(21)以及用于平衡所述旋轉體質量、保證所述旋轉體動平衡特性滿足要求的質量均衡結構；所述檢測槽(21)的寬度小于所述檢測部的周長；位移傳感器，其檢測探頭(20)設置于所述檢測部所在平面內，所述檢測探頭(20)對準所述檢測部的柱面并與所述檢測部的中心保持固定檢測距離，所述檢測探頭(20)用于檢測所述檢測部到所述檢測探頭(20)的垂直距離L，所述位移傳感器的信號輸出端與所述信號處理單元的信號輸入端連接，所述位移傳感器輸出信號的電壓幅值與所述檢測部到所述檢測探頭(20)的垂直距離L呈正比；所述信號處理單元結合所述位移傳感器輸出信號的電壓幅值與內置于所述信號處理單元內的所述檢測部熱膨脹系數及所述檢測部初始溫度獲取所述檢測部的溫度；所述信號處理單元根據所述位移傳感器的輸出信號計算得到所述檢測部的轉動頻率 f，根據所述檢測部的轉動頻率f獲得所述旋轉體的轉速ω = 2 31 f0
2.根據權利要求I所述的溫度和轉速檢測機構，其特征在于所述旋轉體為磁懸浮分子泵的轉子，所述檢測部為所述轉子的轉子軸(7)下部的推力盤(14)。
3.根據權利要求2所述的溫度和轉速檢測機構，其特征在于所述質量均衡結構為成型于所述推力盤(14)柱面上的N個凹槽，所述凹槽與所述檢測槽(21)沿圓周均勻分布，所述凹槽與所述檢測槽(21)具有相同形狀，且保證所述轉子動平衡特性滿足要求；所述信號處理單元獲取所述位移傳感器輸出信號的頻率f,，計算得到所述推力盤(14)的轉動頻率f=f'/N+1，根據所述推力盤(14)的轉動頻率獲得所述轉子的轉速ω=2πf=2πf'/N+1
4.根據權利要求2所述的溫度和轉速檢測機構，其特征在于所述質量均衡結構為成型在所述推力盤(14)柱面上的一個平衡槽(22);所述平衡槽(22)和所述檢測槽(21)關于所述推力盤(14)的中心成180度對稱布置，所述平衡槽(22) 和所述檢測槽(21)形狀不同但具有相同的容積以保證所述轉子動平衡特性滿足要求；所述推力盤(14)旋轉過程中，所述檢測槽(21)對準所述檢測探頭(20)時，所述位移傳感器輸出幅值為V1的檢測脈沖信號，所述平衡槽(22)對準所述檢測探頭(20)時，所述位移傳感器輸出幅值為V2的平衡脈沖信號；所述信號處理單元獲取所述檢測脈沖信號的頻率，計算得到所述推力盤(14)的轉動頻率f = ,根據所述推力盤(14)的轉動頻率獲得所述轉子的轉速ω = 2πf = 2πf1；或者所述信號處理單元獲取所述平衡脈沖信號的頻率f2，計算得到所述推力盤(14)的轉動頻率f = f2,根據所述推力盤(14)的轉動頻率獲得所述轉子的轉速ω = 2πf = 2πf2。
5.根據權利要求4所述的溫度和轉速檢測機構，其特征在于所述檢測槽(21)為深窄矩形槽，所述平衡槽(22)為淺寬矩形槽；所述推力盤(14)旋轉過程中，所述檢測槽(21)對準所述檢測探頭(20)時，所述位移傳感器輸出幅值為V1的高窄脈沖信號，所述平衡槽(22)對準所述檢測探頭(20)時，所述位移傳感器輸出幅值為V2的低寬脈沖信號；所述信號處理單元獲取所述高窄脈沖信號的頻率，計算得到所述推力盤(14)的轉動頻率f = ,根據所述推力盤(14)的轉動頻率獲得所述轉子的轉速ω = 2 π f = 2 π f1 ；或者所述信號處理單元獲取所述低寬脈沖信號的頻率f2，計算得到所述推力盤(14)的轉動頻率f = f2,根據所述推力盤(14)的轉動頻率獲得所述轉子的轉速ω =2πf = 2f2。
6.根據權利要求5所述的溫度和轉速檢測機構，其特征在于所述信號處理單元包括濾波模塊和計算模塊；所述位移傳感器的輸出信號分為兩路；其中一路信號直接輸入至所述計算模塊，所述計算模塊采集所述推力盤(14)上未開槽部分所對應的位移傳感器輸出信號的任意N點(N >3)電壓幅值變化量的平均值，根據內置于所述計算模塊的所述推力盤(14)材料的熱膨脹系數，結合所述推力盤(14)的初始溫度計算出所述轉子的溫度；另外一路信號輸入至所述濾波模塊，經所述濾波模塊濾除幅值為\的低寬脈沖信號， 保留幅值為V1的高窄脈沖信號后傳輸至所述計算模塊，所述計算模塊接收所述濾波模塊輸出的高窄脈沖信號，由所述高窄脈沖信號的頻率，計算出所述轉子的轉速。
7.根據權利要求1-6任一所述的溫度和轉速檢測機構，其特征在于所述位移傳感器為電渦流傳感器。
全文摘要
本發明提供一種溫度和轉速檢測機構，該檢測機構可以同時檢測高速旋轉體的溫度和轉速。本發明中的溫度和轉速檢測機構包括作為旋轉體一部分的邊緣開槽的檢測部及位移傳感器。當檢測部旋轉時，位移傳感器會輸出連續的脈沖信號，通過計算檢測槽對應的脈沖信號的頻率即可完成旋轉體轉速測量。當溫度變化時，檢測部會膨脹或者收縮，則位移傳感器測得的脈沖信號的幅值會發生變化，通過測量脈沖信號幅值的變化即可計算出旋轉體溫度變化量，結合旋轉體的初始溫度即可得到旋轉體的溫度。采用本發明所述的溫度和轉速檢測機構只需要一個位移傳感器便可以同時測量旋轉體溫度和轉速，結構簡單、成本低。
文檔編號F04D27/00GK102606504SQ20121008892
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月29日 優先權日2012年3月29日
發明者張剴, 張小章, 李奇志, 武涵, 鄒蒙 申請人:北京中科科儀股份有限公司, 清華大學