專利名稱：具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器的技術(shù)，具體涉及的是一種具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器的技術(shù)。
背景技術(shù)：
磁致伸縮位移傳感器是利用磁致伸縮材料的威德曼(Wiedeman)效應(yīng)和威拉里 (Villary)效應(yīng)實現(xiàn)絕對位移的測量，它具有量程大、非接觸、精度高、速度快、防護等級高、 成本低等卓越特性，因而廣泛應(yīng)用于機械、建筑、機床等行業(yè)。由于這種傳感器是依靠電磁信號工作的，同時其直接測量量的感應(yīng)信號的時候時間，所以在使用時會受到空間電磁場(包括移動磁鐵組件)的電磁干擾的影響，導致測量線圈中引入各種不同規(guī)律的干擾信號(即電磁噪聲)，從而直接降低傳感器的精度。因此，降低噪聲是磁致伸縮位移傳感器必須解決的問題。目前大多數(shù)技術(shù)是采用電路處理技術(shù)來減小噪聲影響，提高測量精度和穩(wěn)定性的。申請?zhí)?00710063721. 7的發(fā)明專利申請公開了一種磁致伸縮式位移傳感器電路方案 (
公開日為2007年9月19日)，其中對磁致伸縮傳感器的測量電路進行改進，提高傳感器抗干擾能力。申請?zhí)?00910272923. I的發(fā)明專利申請公開了一種磁致伸縮導波單方向檢測方法(
公開日為2010年5月19日)，其中對磁致伸縮傳感器的激勵方式進行了改進，達到提高精度的目的。申請?zhí)?00880120636. 2的發(fā)明專利申請公開了一種開關(guān)電源噪聲受抑制的磁致伸縮位移換能器(
公開日為2010年11月24日)，其中對磁致伸縮傳感器開關(guān)電源的噪聲進行抑制，已達到提高抗電源噪聲干擾的目的。由于這類方法是在后端的信號處理不僅進行改進，并沒有從信號源頭著手提高信噪比，因而降低噪聲的效果大大削弱。而且電路變得很復(fù)雜，調(diào)整困難，很難進一步提高精度。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提出一種具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器新原理和結(jié)構(gòu)，抗干擾性能好、信噪比高。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提出的具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器由磁鐵組件和傳感器本體兩個部分組成。所述的磁鐵組件活動于傳感器本體外側(cè)，保留一個固定的距離，并能沿傳感器本體外殼的軸向方向移動。所述的傳感器本體內(nèi)設(shè)有骨架、信號發(fā)生組件、測量電路、固定塊以及外殼，所述的骨架和測量電路固定于插座上，固定塊置于外殼內(nèi)的遠端，而信號發(fā)生組件固定于骨架上。所述的骨架上設(shè)有兩個軸線相互平行的內(nèi)孔，分別用于安裝測量組件和補償組件。所述信號發(fā)生組件有兩個，分別稱為測量組件和補償組件。測量組件包括測量波導絲、測量線圈，補償組件包括補償波導絲和補償線圈，測量線圈與補償線圈的參數(shù)完全相同，測量波導絲與補償波導絲長度不同，其他參數(shù)完全相同。
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所述測量波導絲和補償波導絲的兩端中，靠近線圈的一端稱為近端，另一端稱為遠端。測量波導絲的近端安裝于所述骨架一個內(nèi)孔中，近端經(jīng)過激勵導線電氣連接測量電路，測量波導絲的遠端安裝于固定塊上，并經(jīng)過返回導線連接到測量電路中。補償波導絲的近端安裝于骨架的另一內(nèi)孔中，補償波導絲的遠端懸空。本發(fā)明的測量波導絲具有足夠的長度，按照傳感器的測量量程來確定，具體長度應(yīng)大于量程，并留有一定余量。具體余量大小可根據(jù)實驗測定后確定。而補償波導絲的長度可以等于骨架的長度。兩根波導絲的軸線相互平行。本發(fā)明的測量線圈和補償線圈分別同軸繞設(shè)于骨架上與本組件相對應(yīng)的內(nèi)孔的外周，兩個線圈直接通過連接導線直接相連，兩個線圈的另一端并通過測量導線以反向串聯(lián)形式接入測量電路。進一步的，所述的測量波導絲的外周均套有保護套管，保護套管的一端與骨架固接，另一端與固定塊固接。進一步的，所述的外殼的外壁裝有插座，所述插座電氣連接測量電路。本發(fā)明實施例工作時，由測量電路產(chǎn)生的激勵脈沖通過激勵導線加載到測量波導絲上，從而產(chǎn)生一個垂直于測量波導絲軸線的環(huán)形磁場。該環(huán)形磁場以光速沿測量波導絲的軸向傳遞，當該環(huán)形磁場到達磁鐵組件所在位置時，與磁鐵組件產(chǎn)生的固有磁場相遇，二者的磁場矢量相疊加形成一個螺旋磁場，由此產(chǎn)生瞬時扭力，并在測量波導絲上形成一個機械扭力波。該扭力波以超聲速度沿測量波導絲傳遞，在測量波導絲的近端該扭力波由測量線圈拾取后，轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的感應(yīng)脈沖。測量電路通過測量出激勵脈沖與扭力波返回產(chǎn)生的感應(yīng)脈沖之間的時間差，就可以精確地計算出磁鐵組件與測量線圈之間的絕對距離，從而可以實現(xiàn)定位磁鐵組件的絕對位移大小的測量。由于本發(fā)明的測量線圈與補償線圈的參數(shù)完全相同，測量波導絲與補償波導絲長度不同，其他參數(shù)完全相同，所以在同一時刻測量線圈和補償線圈受到外界空間的電磁干擾(例如來自外部空間的電磁干擾，或由內(nèi)部電源波動、波導絲振動等因素所產(chǎn)生的噪聲)是完全相同的。由于測量線圈和補償線圈是反向串聯(lián)的，即二者構(gòu)成差動形式，這將使得兩個線圈的感應(yīng)脈沖輸出信號直接相減。因此，兩個感應(yīng)線圈輸出的總輸出信號中干擾與噪聲會顯著降低，從而顯著提高檢測精度和抗干擾能力。


圖I是本發(fā)明實施例的傳感器結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖2是本發(fā)明實施例的傳感器本體結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖3是本發(fā)明實施例的測量組件與補償組件位置關(guān)系示意圖；圖4是本發(fā)明實施例的測量組件與補償組件結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖中，I-磁鐵組件，2-傳感器本體，3-插座，4-骨架，5-補償組件，6-測量組件， 7-測量電路，8-測量波導絲，9-固定塊，10-保護套管，11-外殼，12-測量導線，13-連接導線，14-激勵導線，15-補償線圈，16-測量線圈，17-補償波導絲，18-返回導線。
具體實施例方式以下結(jié)合

對本發(fā)明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護范圍。如圖I所示為本發(fā)明實施例所提出的一種具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器， 包括磁鐵組件I和傳感器本體2兩個部分組成。所述磁鐵組件I活動安裝于傳感器本體2 的外側(cè)上，保留一個固定的距離，該距離一般為Imm 5mm，并且能磁鐵組件I可以沿傳感器本體2的軸向方向移動。傳感器本體2的結(jié)構(gòu)組成如圖2所示，所述傳感器本體2由插座3、骨架4、補償組件5、測量組件6、測量電路7、固定塊9和外殼3組成。所述骨架4和固定塊9分別固定于外殼3內(nèi)壁的兩端。所述骨架4上設(shè)有兩個軸線相互平行的內(nèi)孔，所述的測量組件6和補償組件5分別固定于骨架6上的兩個平行的內(nèi)孔之中，如圖3所示。測量組件6與補償組件5的組成結(jié)構(gòu)如圖4所示。所述的測量組件6由測量波導絲8、測量線圈16、保護套管10等組成。測量波導絲8 —端稱為近端，另一端稱為遠端。測量波導絲8的近端安裝于骨架4的一個內(nèi)孔中，并經(jīng)激勵導線14與測量電路7連接。測量波導絲8的遠端安裝于固定塊9上，并經(jīng)過返回導線18連接到測量電路7中。所述的補償組件由補償波導絲17和補償線圈15組成。補償波導絲17的近端安裝于骨架4的另一內(nèi)孔中，補償波導絲17的遠端懸空。本發(fā)明的測量波導絲具有足夠的長度，按照傳感器的測量量程來確定，具體長度應(yīng)大于量程，并留有一定余量，具體余量大小可根據(jù)實驗測定后確定。例如，傳感器測量量程為500mm,去余量約為50mm,則測量波導絲取為550mm。而補償波導絲17的長度可以等于骨架4的長度。兩根波導絲的軸線相互平行。本發(fā)明的測量線圈16和補償線圈15分別同軸繞設(shè)于骨架4上與本組件相對應(yīng)的內(nèi)孔的外周，兩個線圈直接通過連接導線13直接相連，兩個線圈的另一端并通過測量導線 12以反向串聯(lián)形式接入測量電路7。本發(fā)明實施例中，測量波導絲8的外周套設(shè)有保護套管10，保護套管10的一端與骨架4固接，另一端與固定塊9固接。本發(fā)明實施例工作時，由測量電路7產(chǎn)生的激勵脈沖通過激勵導線14加載到測量波導絲8上，從而產(chǎn)生一個垂直于測量波導絲8軸線的環(huán)形磁場。該環(huán)形磁場以光速沿測量波導絲8的軸向傳遞，當該環(huán)形磁場到達磁鐵組件I所在位置時，與磁鐵組件I產(chǎn)生的固有磁場相遇，二者的磁場矢量相疊加形成一個螺旋磁場，由此產(chǎn)生瞬時扭力，并在測量波導絲8上形成一個機械扭力波。該扭力波以超聲速度沿測量波導絲8傳遞，在測量波導絲8 的近端該扭力波由測量線圈16拾取后，轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的感應(yīng)脈沖。測量電路7通過測量出激勵脈沖與扭力波返回產(chǎn)生的感應(yīng)脈沖之間的時間差，就可以精確地計算出磁鐵組件I與測量線圈16之間的絕對距離，從而可以實現(xiàn)定位磁鐵組件I的絕對位移大小的測量。本發(fā)明實施例中，由于測量線圈16與補償線圈15的參數(shù)完全相同，測量波導絲8 與補償波導絲17長度不同，其他參數(shù)完全相同，所以在同一時刻測量線圈16和補償線圈15 受到外界空間的電磁干擾(例如來自外部空間的電磁干擾，或由內(nèi)部電源波動、波導絲振動等因素所產(chǎn)生的噪聲)是完全相同的。由于測量線圈16和補償線圈15是反向串聯(lián)的， 即二者構(gòu)成差動形式，這將使得兩個線圈的感應(yīng)脈沖輸出信號直接相減。因此，兩個感應(yīng)線圈輸出的總輸出信號中干擾與噪聲會顯著降低，從而顯著提高檢測精度和抗干擾能力。
盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當認識到上述的描述不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器，由傳感器本體和磁鐵組件構(gòu)成，所述的磁鐵組件活動于所述傳感器本體外側(cè)，保留一個固定的距離，并能沿所述傳感器本體外殼的軸向方向移動；其特征在于所述的傳感器本體內(nèi)設(shè)有骨架、信號發(fā)生組件、測量電路、 固定塊以及外殼，所述信號發(fā)生組件有兩組，分別是測量組件和補償組件，分別安裝于所述骨架上兩個軸線相互平行的內(nèi)孔之中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于所述測量組件包括測量線圈、測量波導絲，測量波導絲的近端安裝于所述骨架一個內(nèi)孔中，近端經(jīng)過激勵導線電氣連接測量電路，測量波導絲的遠端安裝于固定塊上，并經(jīng)過返回導線連接到測量電路中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于所述補償組件包括補償線圈和補償波導絲，補償波導絲的近端安裝于骨架另一個內(nèi)孔中，遠端懸空。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于所述測量組件和補償組件中，測量線圈與補償線圈的參數(shù)是完全相同的，測量線圈和補償線圈分別同軸繞設(shè)于骨架上與本組件相對應(yīng)的內(nèi)孔的外周，并反向串聯(lián)后接入測量電路，從而形成差動結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4任一項所述的具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于所述的測量波導絲與補償波導絲的材料完全相同，但是長度不同測量波導絲的長度大于傳感器的測量量程，留有余量，而補償波導絲的長度與骨架長度相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-4任一項所述的具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于所述的測量波導絲的外周均套有保護套管，保護套管的一端與骨架固接，另一端與固定塊固接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-4任一項所述的具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于所述的外殼的外壁裝有插座，所述插座電氣連接測量電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于所述的骨架和測量電路固定于所述的傳感器本體插座上，固定塊置于外殼內(nèi)的遠端。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器，由傳感器本體和磁鐵組件構(gòu)成，傳感器本體內(nèi)設(shè)骨架、信號發(fā)生組件、測量電路、固定塊及外殼，信號發(fā)生組件有兩組，即測量組件和補償組件，安裝于骨架上兩個軸線相互平行的內(nèi)孔中。測量組件包括測量波導絲、測量線圈，補償組件包括補償波導絲和補償線圈，測量線圈與補償線圈參數(shù)完全相同，測量波導絲與補償波導絲長度不同，其他參數(shù)完全相同。本發(fā)明在同一時刻測量線圈和補償線圈受到外界空間的電磁干擾是完全相同的，測量線圈和補償線圈構(gòu)成差動形式，這使兩個線圈的感應(yīng)脈沖輸出信號直接相減。因此，兩個感應(yīng)線圈輸出的總輸出信號中干擾與噪聲會顯著降低，從而顯著提高檢測精度和抗干擾能力。
文檔編號G01B7/02GK102589403SQ201210008980
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者于希文, 劉偉文, 劉滿華, 張永杰, 趙輝, 陶衛(wèi), 雷華明 申請人:上海交通大學