專利名稱：差動式位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種位移傳感器，特別是用于測量變形的螺旋管式差動變壓器位移傳感器。
現(xiàn)有的差動變壓器位移傳感器是由一個沿軸向位移的銜鐵和包圍銜鐵的初級線圈，套在初級線圈外的兩個反極性連接的次級線圈組成。初級線圈接電源，利用銜鐵位移改變初級與兩個次級線圈間耦合磁路的磁阻，從而使兩個次級線圈的感應(yīng)電壓一增一減，其電壓差即反映了銜鐵位移。這種傳感器，因只有兩個固定連接的次級線圈，無論量程多大，銜鐵處于什么位置，都是如此。當(dāng)量程擴(kuò)大時(shí)，大致按比例將銜鐵與線圈加長。因其耦合度在整個量程內(nèi)線性變化，量程越大，變化越緩。所以，對于不同量程，只能保證相對精度大致不變，對滿量程的相對靈敏度大致不變，加工要求也高。
鑒于上述，本實(shí)用新型的目的是提供一種在幾十毫米至數(shù)米范圍內(nèi)，當(dāng)量程擴(kuò)大時(shí)，其絕對精度與靈敏度基本不變，相對精度與對滿量程的靈敏度相應(yīng)增加的差動式位移傳感器，從而大大提高了大量程時(shí)的測量精度，并可降低加工難度。
本實(shí)用新型的要點(diǎn)是采用多個軸向排列的次級線圈，其感應(yīng)電壓單獨(dú)引出，通過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行動態(tài)跟蹤來代替現(xiàn)有傳感器固定連結(jié)的次級線圈。它是以如下方式實(shí)現(xiàn)的，在沿軸向移動的銜鐵外包圍了內(nèi)、外二個螺旋管式線圈，其中一個為初級線圈與電源相連，另一個為次級線圈，它是由m段(m為大于2的正整數(shù))沿軸向排列的空心管式線圈構(gòu)成，各段線圈的輸出引入模擬多路開關(guān)組合成兩個次級，該兩個次級的輸出電壓經(jīng)信號處理器處理后分二路輸出，其中一路輸出為反映銜鐵位移量的信號，另一路輸出去控制改變線圈段組合的模擬多路開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)動態(tài)跟蹤。
上述內(nèi)、外二個螺旋管線圈可以是內(nèi)線圈為初級線圈，外線圈為次級線圈，或者也可以是內(nèi)線圈為次級線圈，外線圈為初級線圈。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是本實(shí)用新型傳感器的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是傳感器原理框圖；圖3是傳感器的工作特性分析圖；圖4是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例；圖5是本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例。
在圖1所示具體結(jié)構(gòu)中，1為銜鐵，2為初級線圈，3為含m段線圈的次級線圈，4為外殼。初級線圈與電源相連，而次級的各線圈的輸出引入模擬多路開關(guān)組合成兩個次級，各線圈并不同時(shí)投入工作，而是隨著銜鐵位置不同，投入工作的線圈也不同，如設(shè)銜鐵在圖示實(shí)線位置時(shí)，第i，i＋1段線圈和第i－1，i－2段線圈構(gòu)成兩個次級，當(dāng)銜鐵平移到圖示虛線位置時(shí)，則第i＋2，i＋3段線圈與第i＋1，i段線圈構(gòu)成兩個次級，一般，每一個次級含2～3段線圈。因而，從小范圍來看，可看成一個僅有這幾段次級線圈組成的小量程傳感器，只要保證此“小傳感器”有足夠的精度，當(dāng)量程擴(kuò)大時(shí)，它的絕對精度不變，而相對精度就大大提高了。銜鐵的長度一般可取約1.5～3倍線圈段長。
對照圖2原理圖，由模擬多路開關(guān)5組合成的兩個次級的輸出電壓經(jīng)信號處理器6處理后分二路輸出，其中一路輸出即為反映銜鐵位移大小的信號，另一路輸出去控制模擬多路開關(guān)，以使各線圈的組合隨銜鐵位置的變化而變化。
差動式位移傳感器的工作特性見圖3，其中圖3的(a)圖為銜鐵與線圈相對位置示意圖，圖3的(b)圖為單個線圈輸出特性(如E3為第三段線圈的輸出)，圖3的(c)圖為相鄰兩線圈輸出組合后的特性，圖3的(d)圖為組合特性“差動”后的輸出特性。圖中橫坐標(biāo)X表示以銜鐵A點(diǎn)為基準(zhǔn)之位移，縱坐標(biāo)表示電壓值。當(dāng)銜鐵A點(diǎn)在a，b之間時(shí)，投入工作的為第0，1，2，3，四段線圈，第0，1段線圈及2，3段線圈分別構(gòu)成兩個次級，其輸出電壓為V0＝(E3＋E2－E1－E0)，當(dāng)銜鐵A點(diǎn)移到b，c之間時(shí)，投入工作的為第1，2，3，4四段線圈，其1，2段線圈和3，4段線圈分別構(gòu)成兩個次級，這時(shí)的輸出電壓為V1＝(E4＋E3－E2－E1)，余類推。這種隨銜鐵位置變化而改變各線圈的輸出組合關(guān)系，即為動態(tài)跟蹤。由圖可見，A點(diǎn)在從左越過切換點(diǎn)b時(shí)，E3從小于E1變成大于E1，信號處理器6對模擬多路開關(guān)5的控制就是根據(jù)這點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。
在圖4所示具體實(shí)例中，信號處理器由計(jì)數(shù)器J，邏輯控制器T，比較器P1，P2，P3，運(yùn)算放大器S1，S2，觸發(fā)器G1，G2，G3構(gòu)成，假設(shè)每個次級含三段線圈，則投入工作的線圈有六段，用六組模擬多路開關(guān)5形成兩個次級，投入工作的線圈隨銜鐵位置的變化而不同，是由計(jì)數(shù)器J的輸出控制，當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出為0時(shí)，設(shè)投入工作的線圈為第0，1，2，3，4，5這六段，其0，1，2，及3，4，5段線圈分別作為兩個次級，模擬多路開關(guān)的輸出電壓由上到下分別為E0，E1，E2，E3，E4E5，這些輸出經(jīng)運(yùn)算放大器S1綜合為V0＝(E3＋E4＋E5)－(E0＋E1＋E2)在Sa點(diǎn)輸出。它就是圖3(d)圖的一條實(shí)線，其值決定了相對小區(qū)間另點(diǎn)(相當(dāng)于圖中m1，m2，m3等點(diǎn))的位移，而計(jì)數(shù)器的輸出Sa，決定它在哪個區(qū)間，它們共同決定銜鐵的總位移。當(dāng)銜鐵向右移動，達(dá)到E4>E2時(shí)，比較器P1輸出為高電平，使觸發(fā)器G1的Q0端為1，通過邏輯控制器T使計(jì)數(shù)器加1，這時(shí)投入工作的線圈為第1，2，3，4，5，6這六段，模擬多路開關(guān)的輸出電壓自上而下分別為E1，E2，E3，E4，E5，E6，此時(shí)運(yùn)算放大器S1的輸出變?yōu)閂1＝(E4＋E5＋E6)－(E1＋E2＋E3)，反之，如此時(shí)銜鐵向左移，達(dá)到E2>E4時(shí)，比較器P2輸出為高電平，使觸發(fā)器G2的Q1端為1，通過邏輯控制器使計(jì)數(shù)器減1，這時(shí)投入工作的線圈也相應(yīng)發(fā)生變化。運(yùn)算放大器S2，比較器P3，觸發(fā)器G3的設(shè)置是用于起始搜索的。
在圖5所示實(shí)例中，信號處理器是由A／D變換器，數(shù)字信號裝置B(一般用計(jì)算機(jī)，也可以用單片機(jī))，和譯碼器C構(gòu)成，次級線圈有關(guān)各段的輸出經(jīng)模擬多路開關(guān)5接入A／D變換器，變換成數(shù)字信號，然后在數(shù)字信號裝置中比較，組合，在0點(diǎn)輸出數(shù)字位移值，在K點(diǎn)輸出控制信號，該控制信號經(jīng)譯碼器C輸入模擬多路開關(guān)。這里，模擬多路開關(guān)可采用普通的模擬多路開關(guān)。
最好將模擬多路開關(guān)和信號處理器封裝在傳感器本體內(nèi)，以減少引線，增加可靠性。
由于本實(shí)用新型的位移傳感器采用了多段式次級線圈與動態(tài)跟蹤技術(shù)，整個結(jié)構(gòu)就象多個小傳感器的串聯(lián)，并實(shí)現(xiàn)了平滑銜接，所以達(dá)到了擴(kuò)大量程而絕對精度仍保持在小量程時(shí)的值，極大的提高了測量精度，同時(shí)也擴(kuò)展了它的應(yīng)用領(lǐng)域，可用于大尺寸高精度機(jī)械加工，軋制過程測量控制，大變形測量等等，此外，因線圈分段，也簡化了制造工藝。
權(quán)利要求1.一種差動式位移傳感器，具有沿軸向位移的銜鐵[1]和包圍銜鐵的內(nèi)、外二個螺旋管式線圈，其中一個為初級線圈[2]與電源相連，另一個為次級線圈[3]，其特征在于次級線圈是由m段(m為大于2的正整數(shù))沿軸向排列的空心管式線圈構(gòu)成，各段線圈的輸出引入模擬多路開關(guān)[5]組合成兩個次級，該兩個次級的輸出電壓經(jīng)信號處理器[6]處理后分二路輸出，其中一路輸出為反映銜鐵位移的信號，另一路輸出去控制改變線圈段組合的模擬多路開關(guān)。
2.按權(quán)利要求1所述的位移傳感器，其特征在于內(nèi)、外二個螺旋管線圈是內(nèi)線圈為初級線圈，外線圈為次級線圈，或者是內(nèi)線圈為次級線圈，外線圈為初級線圈。
3.按權(quán)利要求1所述的位移傳感器，其特征在于所說的信號處理器是由計(jì)數(shù)器［J］，邏輯控制器［T］，比較器［P1，P2，P3］，運(yùn)算放大器［S1，S2］，觸發(fā)器［G1，G2，G3］構(gòu)成。
4.按權(quán)利要求1所述的位移傳感器，其特征在于所說的信號處理器是由A／D變換器，數(shù)字信號裝置［B］及譯碼器［C］構(gòu)成。
5.按權(quán)利要求1所述的位移傳感器，其特征在于將模擬多路開關(guān)［5］和信號處理器［6］封裝在傳感器本體內(nèi)。
專利摘要“差動式位移傳感器”是一種適于測量變形的傳感器。它是由沿軸向位移的銜鐵和包圍銜鐵的內(nèi)、外二個螺旋管式的初、次級線圈組成，其特點(diǎn)是次級線圈采用多個軸向排列的空心管線圈構(gòu)成，各線圈電壓單獨(dú)引出，通過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)實(shí)行動態(tài)跟蹤來取代傳統(tǒng)傳感器固定連接的次級線圈。這種傳感器其整個結(jié)構(gòu)就象多個小傳感器串聯(lián)，從而保證了在幾十毫米至數(shù)米范圍內(nèi)，均有高的測量精度，而擴(kuò)展了它的應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)也簡化了制造工藝。
文檔編號G01B7/02GK2204994SQ93242210
公開日1995年8月9日 申請日期1993年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月14日
發(fā)明者章楠 申請人:杭州電子工業(yè)學(xué)院