專利名稱：鐵芯渦流大位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于機電領(lǐng)域，涉及一種鐵芯渦流大位移傳感器。
隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，需要進行自動控制的領(lǐng)域越來越廣，特別是在汽車、機械制造等領(lǐng)域。對位置進行精確控制的場合也越來越多，需要測量的位移越來越大，對控制精度的要求又越來越高(1/1000到1/10000的控制精度)，可靠性和溫度適用性要求也進一步提高?，F(xiàn)有渦流傳感器的技術(shù)如附

圖1所示，交變電源21產(chǎn)生的交變電流在線圈22中產(chǎn)生交變的磁場，當(dāng)金屬導(dǎo)體23和線圈22的距離發(fā)生變化時，金屬導(dǎo)體23產(chǎn)生的渦流使得線圈22的電感發(fā)生變化，通過測量線圈22的電感的變化就可以知道金屬導(dǎo)體23和線圈22之間的相對位移的變化，由于受設(shè)計原理的限制，這種位移傳感器只能對比較小的位移(1毫米左右)進行線形的測量(參見《傳感器原理與應(yīng)用》，電子科技大學(xué)出版社，68-70)?，F(xiàn)在實際中迫切需要一種能夠?qū)Ρ容^大的位移量進行非接觸精確測量、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性強、溫度適用性好的位移傳感器。
本實用新型的目的就是提供一種能夠?qū)Υ笪灰七M行精確測量、且線性良好、溫度穩(wěn)定性高的鐵芯渦流大位移傳感器。
我們將圖1所示的的渦流傳感器的基本結(jié)構(gòu)原理加以變化，形成本實用新型所述的鐵芯渦流大位移傳感器。傳感器由方形或長方形的多組矽鋼片、在多層矽鋼片側(cè)面內(nèi)凹成的特定形狀的磁芯、在此磁芯上纏繞的測量電感線圈及測量用短路環(huán)組成，考慮到溫度對測量的影響，在多組矽鋼片的另一側(cè)面，還內(nèi)凹有另一磁芯，磁芯上纏繞有補償電感線圈及補償用短路環(huán)。
在矽鋼片中，測量電感線圈所纏繞磁芯的外部形狀為拋物線、雙曲線或橢圓的兩條對稱曲線，在磁芯底部為曲線的最寬處。而對補償電感線圈所纏繞的磁芯的外部形狀沒有要求，對測量電感線圈和補償電感線圈所纏繞的內(nèi)部磁芯的形狀也沒有特殊要求。
測量電感線圈和補償電感線圈由特定電路供給正弦交流電(頻率1到20KHZ，峰—峰值電壓5到50伏，恒壓)。特定供電電路由激勵電源、測量電路、放大電路、絕對值電路組成。
當(dāng)給測量電感線圈和補償電感線圈通以正弦交流電時，則產(chǎn)生電感。測量用短路環(huán)在有磁芯中的電感中的位置不同，則短路環(huán)中的渦流不同，從而使有磁芯的測量用電感線圈的電感量發(fā)生變化。通過合理設(shè)計磁芯的幾何形狀，可以使有磁芯的電感線圈的電感量的變化和短路環(huán)在磁芯中的位移成線性關(guān)系。這樣通過測量有磁芯的電感線圈的電感量的變化，就可以知道短路環(huán)位移的變化。
為了補償溫度對測量結(jié)果的影響，本實用新型傳感器還設(shè)有一組與測量用電感線圈材料、線徑、匝數(shù)完全一致的補償電感線圈，補償電感線圈和測量電感線圈在同一組矽鋼片組成的磁芯上，這樣可以保證兩組電感線圈的溫度是一致的。由于溫度的變化使得測量電感線圈和補償電感線圈的幾何尺寸和電阻發(fā)生變化，從而引起測量電感線圈和補償電感線圈電感量的變化是一致的，這樣通過將測量電感線圈和補償電感線圈作為測量電路的一個橋路，就可以完全補償由于溫度的變化而引起的線圈中電感的變化，從而實現(xiàn)對大位移量的精確測量。
由于矽鋼片特定的曲線形狀保證了短路環(huán)的位移與測量電感線圈中電感(經(jīng)補償后)的變化是線形的，另一方面我們選擇了精度足夠高的放大器，本實用新型所述及的位移傳感器的測量精度可達到1/1000到1/10000之間。
實驗結(jié)果顯示，測量位移量在0到25毫米的范圍內(nèi)，傳感器的線性度優(yōu)于0.1％。如激勵電源、前置放大器和絕對值電路的穩(wěn)定度足夠高的話，其輸出的穩(wěn)定度優(yōu)于0.1％。
本實用新型傳感器主要應(yīng)用于各種需要非接觸的、在比較大的范圍內(nèi)(10到30毫米)進行的位移測量。
本實用新型產(chǎn)品具有比較好的線性(線性度不低于0.1％)，在一定的測量溫度范圍內(nèi)(-40℃到125℃)具有良好的溫度穩(wěn)定性等優(yōu)良效果。
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的說明。
圖1現(xiàn)有技術(shù)的渦流傳感器示意圖；圖2本實用新型述及的大位移渦流傳感器示意圖；圖3本實用新型述及的大位移渦流傳感器尺寸參數(shù)示意圖；圖4測量用電路框圖。
如圖2所示，各部分名稱及參數(shù)如下補償電感線圈1，其線徑為0.07到0.15mm的漆包線，匝數(shù)200到1000匝；補償短路環(huán)2；磁芯3，為0.2到0.6mm厚矽鋼片，15到60片、非晶帶或鐵氧體磁芯；測量用磁芯4，其幾何形狀為拋物線、雙曲線或橢圓的對稱兩條曲線，在最底部為曲線的最寬處；測量用短路環(huán)5；測量用電感線圈6，其線徑0.07到0.15mm的漆包線，匝數(shù)和線包尺寸與補償電感線圈1相同。
如圖3所示，各部分尺寸限制如下1’30到60毫米；2’15到30毫米；
3’2到10毫米；4’線包厚度3到10毫米；5’10到20毫米；6’2到10毫米，同3；7’5到15毫米；8’直徑17到28毫米，厚度1到3毫米；9’測量用磁芯的幾何形狀為拋物線、雙曲線或橢圓的對稱的兩條曲線，在磁芯底部為曲線最寬處；10’同4，線包厚度3到10毫米；11’35到80毫米；12’同8，直徑17到28毫米，厚度1到3毫米；圖4所示電路的檢測原理和要求如下在檢測線圈和補償線圈上加上同樣頻率的正弦交流電(頻率1到20KHz，峰-峰值電壓5到50伏，恒壓)，通過交流電橋進行檢測。
激勵電源根據(jù)所需的精度要求，其頻率和電壓的穩(wěn)定度都必須達到或超過所需的精度。穩(wěn)頻可用晶振分頻或用鎖相環(huán)達到所需的頻率和穩(wěn)定度。幅度的穩(wěn)定可用各種交流穩(wěn)幅的方法如深度交流負(fù)反饋、高精度放大器供電電源等措施以達到所需的穩(wěn)定度要求。
分壓電阻R1和R2的穩(wěn)定度也要達到或超過所需的精度，其阻值應(yīng)與傳感器的線圈的交流阻抗在一個數(shù)量級。
前置放大器為對進行第一級放大的放大器，必需有足夠高的信噪比。所以放大器必須是低噪聲，其輸入阻抗必須和傳感器的輸出阻抗相匹配，這樣才能保證信號的無損耗的傳輸和相對小的噪聲，而且放大器還必須有一定的放大倍數(shù)，因從傳感器出來的信號比較大(50到100毫伏)，所以放大倍數(shù)在50到100倍就可以了。
絕對值電路的作用是使輸出為直流，以便進行控制用。絕對值電路的精度也要達到或超過所需的精度。如對輸出的精度要求很高，也可以采用更精密的放大電路，如選頻放大電路，鎖相放大電路等，若用鎖相放大電路可不用絕對值電路。
所述及的電路部分皆為常規(guī)技術(shù)，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)實際需要，不需要創(chuàng)造性勞動均可進行操作，完成本實用新型目的。且電路部分也不是本實用新型的發(fā)明點，故而只作如上簡單的和原則性的介紹。
權(quán)利要求1.一種鐵芯渦流大位移傳感器，由多片矽鋼片構(gòu)成的磁芯(3)、環(huán)繞在磁芯一側(cè)內(nèi)部的測量線圈(6)和測量用短路環(huán)(5)、環(huán)繞在磁芯另一側(cè)內(nèi)部的補償線圈(1)和補償用短路環(huán)(2)組成，其特征在于所述的補償線圈(1)與測量線圈(6)所用材料、線徑、匝數(shù)一致，補償用短路環(huán)(2)和測量用短路環(huán)(5)直徑、厚度一致，測量線圈(6)所環(huán)繞的磁芯的外部形狀為拋物線、雙曲線或橢圓的兩條對稱曲線，在磁芯的底部為曲線的最寬處。
專利摘要本實用新型涉及一種鐵芯渦流大位移傳感器，由磁芯(3)、磁芯內(nèi)部的測量線圈(6)和測量用短路環(huán)(5)、補償線圈(1)和補償用短路環(huán)(2)組成，補償線圈與測量線圈所用材料、線徑、匝數(shù)一致，補償用短路環(huán)和測量用短路環(huán)直徑、厚度一致，測量線圈(6)所環(huán)繞的磁芯的外部形狀為拋物線、雙曲線或橢圓的兩條對稱曲線，在磁芯的底部為曲線的最寬處。本傳感器具有對大位移進行精確測量、線性良好、溫度穩(wěn)定性高等優(yōu)點。
文檔編號G01B7/02GK2530242SQ02210789
公開日2003年1月8日 申請日期2002年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月22日
發(fā)明者韓煒, 龔依民, 王法堂 申請人:韓煒