本發(fā)明屬于傳感器技術領域，具體的，涉及一種電感式位移傳感器，尤其涉及一種用于磁軸承系統(tǒng)的自差分電感式位移傳感器。

背景技術：

傳感器是磁軸承系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣在很大程度上影響了整個系統(tǒng)的性能。電感式傳感器同其它傳感器相比，主要優(yōu)點有：工作可靠，壽命長；靈敏度高，分辨率高，能反映0.01um的機械位移，傳感器的輸出信號強，電壓靈敏度一般每一毫米可達數(shù)百毫伏，因此有利于信號的傳輸和放大；精度高，線性特性好，高精度的電感式傳感器非線性誤差可達到0.05％～0.1％；性能穩(wěn)定，重復性好，在一定的位移范圍，輸出特性的線性度較好，且比較穩(wěn)定。

傳統(tǒng)的電感式位移傳感器，采用自感原理時，需要在測量電路中加入差分環(huán)節(jié)以提高系統(tǒng)的精度；當采用互感原理構(gòu)成差動變壓器式時，整流電路一般較復雜，所用電子元器件多。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種用于磁懸浮軸承系統(tǒng)的自差分電感式位移傳感器，利用自感原理，在結(jié)構(gòu)形式上構(gòu)成變氣隙式差動結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的精度，減小了測量電路的復雜性。

本發(fā)明的一種用于磁懸浮軸承系統(tǒng)的自差分電感式位移傳感器，包括交流勵磁電源電路、傳感器傳感元件和測量電路。所述的交流勵磁電源電路由三角波發(fā)生電路和緩沖電路構(gòu)成；傳感器傳感元件由線圈在上下兩只鐵芯上繞制成變氣隙式差動結(jié)構(gòu)；測量電路包括放大電路、檢波電路和濾波電路。

所述的三角波發(fā)生電路產(chǎn)生三角波信號接入緩沖電路，緩沖電路調(diào)節(jié)三角波的振幅后，通過傳感器傳感元件接入測量電路中的放大電路，所述的放大電路對信號進行三階放大后接入檢波電路，檢波電路中獲得信號的峰峰值接入濾波電路，并通過濾波電路獲得最終的輸出電壓值v_out，提供給磁軸承控制系統(tǒng)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其優(yōu)點在于：

本發(fā)明的傳感器采用電感線圈自感原理，在結(jié)構(gòu)形式上采用變氣隙式差動結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的精度，減小了測量電路的復雜性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電感式位移傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明采用的三角波發(fā)生電路結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明采用的緩沖電路結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明采用的電感式傳感元件結(jié)構(gòu)圖。

圖5為本發(fā)明的測量電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之內(nèi)。

本發(fā)明提供一種用于磁懸浮軸承系統(tǒng)的自差分電感式位移傳感器，如圖1所示，包括交流勵磁電源電路1、傳感器傳感元件2和測量電路3。交流勵磁電源電路1包括三角波發(fā)生電路和緩沖電路。測量電路3包括放大電路4、檢波電路5和濾波電路6。所述的三角波發(fā)生電路產(chǎn)生三角波信號接入緩沖電路，緩沖電路調(diào)節(jié)三角波的振幅后，通過傳感器傳感元件2接入測量電路中的放大電路，所述的放大電路對信號進行三階放大后接入檢波電路，檢波電路中獲得信號的峰峰值接入濾波電路，并通過濾波電路獲得最終的輸出電壓值v_out，提供給磁軸承控制系統(tǒng)。

所述的緩沖電路采用buf634高速緩沖器。

如圖2中所示，三角波發(fā)生電路采用美國哈里斯公司生產(chǎn)的icl8038型單片精密函數(shù)波形發(fā)生器，采用±12v雙電源供電，通過電阻r1、電阻r2、電容c1和電容c2，改變振蕩頻率。接通電源時，icl8038芯片第三管腳產(chǎn)生輸出幅度vp＝v+/3的三角波，振蕩頻率f為由電阻r1、電阻r2、電容c1和電容c2共同決定。icl8038芯片第三管腳(ex_detect_1)接圖3中所示緩沖電路中的電阻r6的左端，緩沖電路中的滑動變阻器r8調(diào)節(jié)三角波的振幅，并通過高速緩沖器buf634(ex_detect_2)接圖4中所示傳感器傳感元件2的a端，所述傳感器傳感元件2的b端接地。傳感器傳感元件2的輸出信號電壓signal_out接圖5中所示放大電路4中的運算放大器lm148(u5)的正輸入端。放大電路4采用三運放構(gòu)成的放大電路，通過滑動變阻器r15調(diào)節(jié)放大電路輸出信號的幅值。由于此時信號依然為三角波，需要用峰值整流電路，提取信號的峰峰值，將轉(zhuǎn)子位移轉(zhuǎn)化為與轉(zhuǎn)子位移成線性的直流電壓。故信號經(jīng)放大電路4后接入采用峰值整流電路構(gòu)成的檢波電路5，獲得信號的峰峰值；檢波之后，信號電壓通過濾波電路6濾除高頻干擾信號，獲得最終的輸出電壓值v_out，提供給磁軸承控制系統(tǒng)。

所述的檢波電路5采用峰值整流電路。

如圖4所示，所述的傳感器傳感元件2由鐵芯201、線圈202、銜鐵203三部分組成，銜鐵203即磁軸承轉(zhuǎn)子。所述的鐵芯201包括u型、開口相對的上下兩部分，銜鐵203位于上下兩個鐵芯201之間，距離上端鐵芯和下端鐵芯的距離分別為δ1和δ2。所述的線圈202包括上線圈和下線圈兩部分，在上下兩只鐵芯上繞制成變氣隙式差動結(jié)構(gòu)；上線圈由左右兩個電感線圈l1和l2串聯(lián)，下線圈由電感線圈l3和l4串聯(lián)，并將電感線圈l2和l3兩端串聯(lián)后作為輸出端。電感線圈l1、l2、l3和l4的匝數(shù)相等，即w1＝w2＝w3＝w4。電感線圈l1的自由端為a端，a端接通過緩沖電路的激勵信號電感線圈l4的自由端為b端，b端接地。

初始位置時，銜鐵203距上下端兩鐵芯1的距離相等，即δ1＝δ2＝δ0。此時電感值：

可知l1＝l2＝l3＝l4。根據(jù)串聯(lián)分壓的原理，輸出信號電壓為輸入激勵的一半，輸出電壓：

當銜鐵203向上移動δδ距離時，δ1減小，電感l(wèi)1和l2增大，δ2增大，l3和l4減小，輸出信號電壓減小，此時，輸出電壓為：

同理，當銜鐵203向下移動δδ距離時，δ1增大，電感l(wèi)1和l2減小，δ2減小，l3和l4增大，此時輸出電壓為：

可知，輸出電壓與銜鐵203位移成線性關系，通過檢測輸出電壓的大小，就可以知道銜鐵203即磁軸承轉(zhuǎn)子的位移大小和方向，實現(xiàn)對銜鐵位置的差動檢測。上述公式中，μ0為真空磁導率；a0為空氣隙截面積。

所述的鐵芯201材料采用硅鋼片，厚度2.5mm。繞制線圈漆包線直徑為0.25mm，每個電感的線圈匝數(shù)為48匝。