專利名稱：徑向/軸向六位集成一體化電渦流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非接觸電渦流傳感器，特別是一種多位集成一體化電渦流傳感器，可作為磁懸浮飛輪、磁懸浮控制力矩陀螺等對系統(tǒng)的體積、重量和精度等方面有嚴格要求的非接觸位移傳感器。
背景技術(shù)：
磁軸承具有無機械摩擦和磨損、不需要潤滑和維護、允許轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)等優(yōu)點，因此被應(yīng)用于衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)中，用于支承飛輪和控制力矩陀螺，以代替機械軸承，以消除機械摩擦，提高轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，從而可提高飛輪和控制力矩陀螺的控制精度，延長姿態(tài)控制系統(tǒng)的使用壽命、降低了系統(tǒng)的功耗。在五自由度磁懸浮飛輪和磁懸浮控制力矩陀螺中，通常需要探測五個自由度的位移信號，若使用電渦流傳感器，則每個自由度需要一個非接觸位移傳感器，為提高傳感器的精度，通常采取差動結(jié)構(gòu)，這時每個磁懸浮系統(tǒng)就需要多個電渦流傳感器，而現(xiàn)有的磁軸承用傳感器通常只是在單個通道上將探頭和前置放大器進行集成或在徑向方向進行集成化，因此，現(xiàn)有的電渦流傳感器體積、重量和功耗大，結(jié)構(gòu)不緊湊，裝配精度低，從而導(dǎo)致磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺的體積、重量和功耗大，控制精度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種磁懸浮飛輪和磁懸浮控制力矩陀螺用徑向/軸向六位集成一體化電渦流傳感器，顯著減小了電渦流傳感器和及其系統(tǒng)的體積、重量和功耗，提高裝配、檢測和控制精度。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是1、徑向/軸向六位集成一體化電渦流傳感器，其特征在于它由探測XY方向徑向位移信號的兩組四路徑向位移傳感器探頭及其及四路前置放大器、探測Z向軸向位移信號的兩路軸向位移傳感器探測及其兩路前置放大器組成，六路位移傳感器探測及其前置放大器全部集成在一個傳感器座內(nèi)，其中兩個徑向位移傳感器探頭組成一對，分別位于X軸的兩個方向成180°角，同時探測X方向的位移信號，另兩個徑向位移傳感器探頭組成另一對，分別位于Y軸的兩個方向成180°角，同時探測Y方向的位移信號，兩組中每對前置放大器之間均形成差動結(jié)構(gòu)輸出，探測磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺的旋轉(zhuǎn)運動，即探測面為圓；兩路軸向位移傳感器探頭位于Z軸的兩個方向成180°角，同時探測Z向方向的位移信號，再經(jīng)過兩路前置放大器輸出，探測磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺的平動運動，即探測面為平面。
本發(fā)明的原理是本發(fā)明將六個通道的位移傳感器探頭和前置放大器全部集成在一個傳感器座內(nèi)，前置放大器內(nèi)具有檢測電感線圈諧振電路，通過電感線圈與探測體之間的渦流互感效應(yīng)進行距離檢測，并在兩個徑向方向上采用兩個完全相同的前置放大器的檢測電感線圈組成差動結(jié)構(gòu)，而且電路設(shè)計也完全相同，使得兩個回路的溫漂以及時漂作為共模信號互相抑制，從而提高了位移傳感器的溫度以及時間穩(wěn)定性。在傳感器座內(nèi)的圓周上均布四個探頭，組成兩組差動結(jié)構(gòu)，檢測徑向位移信號，在端面上布置兩個探頭，檢測軸向位移信號，通過數(shù)學(xué)運算形成代數(shù)和以消除軸向檢測體偏轉(zhuǎn)引起的誤差，從而實現(xiàn)了探測三個正交垂直方向X、Y和Z方向的位移。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于本發(fā)明將探測三個正交垂直方向的傳感器探頭和前置放大器全部集成在一個傳感器座內(nèi)，在徑向方向X和Y上組成了兩組差動結(jié)構(gòu)，在軸向方向有兩個探頭，將其探測的信號進行數(shù)學(xué)運算形成代數(shù)和，可消除由于軸向探測體旋轉(zhuǎn)引起的誤差；而現(xiàn)有的電渦流傳感器由于傳感器探頭和前置放大器通過導(dǎo)線連接，而有的電渦流傳感器雖然將傳感器探頭和前置放大器集成在一起，在需要檢測多個位移信號的系統(tǒng)中就需要多個電渦流傳感器，從而導(dǎo)致傳感器的重量、體積和功耗增加，裝配精度降低。而對軸向位移的檢測，通常需要一個傳感器，但是當傳感器探頭不能檢測被探測體中心位置時，由于探測體位置的偏轉(zhuǎn)會導(dǎo)致測量誤差。本發(fā)明集成了六個通道的徑向和軸向位移傳感器，因此可提高電渦流傳感器的裝配精度，顯著減小傳感器的體積和重量，并節(jié)省了功耗，提高了探測精度，特別是消除了徑向和軸向檢測位移的誤差。


圖1為本發(fā)明位于探測體內(nèi)測量時的結(jié)構(gòu)主視示意圖；圖2為圖1結(jié)構(gòu)俯視示意圖；圖3為本發(fā)明位于探測體外測量時的結(jié)構(gòu)主視示意圖；圖4為圖3的俯視示意圖；圖5為本發(fā)明的每個前置放大器的組成示意圖；圖6為本發(fā)明的每個前置放大器的倍壓檢波電路原理示意圖；圖7為本發(fā)明的每對前置放大器差動結(jié)構(gòu)的補嘗電路原理圖。
具體實施例方式
如圖1～圖4所示，六路位移傳感器探頭T1～T6和六路前置放大器組成集成一體化的電渦輪傳感器，整個電渦輪傳感器可以為探測外置結(jié)構(gòu)，即電渦輪傳感器位于探測體的內(nèi)側(cè)，四個徑向位移傳感器探頭T1～T4均布在傳感器座的外圓周上，兩個位移傳感器探頭T5和T6位于傳感器座內(nèi)的端面上，如圖1和圖2所示；還可以為探測內(nèi)置結(jié)構(gòu)，即電渦輪傳感器位于探測體的外側(cè)，四個徑向位移傳感器探頭T1～T4均布在傳感器座的內(nèi)圓周上，兩個位移傳感器探頭T5和T6位于傳感器座的端面上，如圖3和圖4所示。無論是探測內(nèi)置結(jié)構(gòu)或探測外置結(jié)構(gòu)位，位移傳感器探頭T1～T4和徑向探測體1之間形成徑向探測間隙2，位移傳感器探頭T1和T2與軸向探測體3之間分別形成軸向探測間隙4，徑向探測間隙6一般為O.25mm～1.25mm，軸向探測間隙一般為0.5mm～1.5mm。兩個徑向位移傳感器探頭T1～T3組成兩對，分別位于X軸的兩個方向成180°角，同時探測X方向的位移信號，另兩個徑向位移傳感器探頭T1～T3組成另一對，分別位于Y軸的兩個方向成180°角，同時探測Y方向的位移信號，即四個徑向位移傳感器探頭T1～T4分別成90°角，兩路軸向位移傳感器探頭T5和T6位于Z軸的兩個方向成180°角，同時探測Z向方向的位移信號，兩路軸向位移傳感器探頭位于Z軸的兩個方向成180°角，同時探測Z向方向的位移信號，兩個軸向位移傳感器探頭探測的位移信號經(jīng)過數(shù)學(xué)運算形成代數(shù)和，可以消除由于軸向探測體4的偏轉(zhuǎn)引起的誤差，本發(fā)明的徑向/軸向六位集成一體化傳感器通過機械接口8(鍵槽或法蘭)進行固定，通過電源信號傳輸線7進行電信號輸出。
如圖5所示，每個前置放大器主要由晶體振蕩器、AGC網(wǎng)絡(luò)、檢測線圈諧振電路、位壓檢波電路、濾波調(diào)整和功放輸出電路組成，晶體振蕩器經(jīng)AGC網(wǎng)絡(luò)與檢測線圈電路的輸入端相接，用于對檢測線圈諧振電路提供一個穩(wěn)頻、穩(wěn)幅的激勵信號，檢測線圈諧振電路的輸出經(jīng)倍壓檢波、濾波調(diào)整和功放輸出實際檢測的位移信號。前置放大器中的倍壓檢波如圖6所示，對檢測的振動位移信號進行檢波并放大，C1、C2-檢波電容，D1、D2-檢波二極管，R-泄放電阻，V1-輸入電壓，V2-輸出電壓。
如圖7所示，本發(fā)明的兩組位移傳感器探頭T1～T4中的每對前置放大器之間均形成差動結(jié)構(gòu)，即采用完全相同和對稱的電路結(jié)構(gòu)，使得兩個回路的溫漂以及時漂作為共模信號互相抑制，從而提高了傳感器的溫度以及時間穩(wěn)定性。而且徑向兩組每對前置放大器共采用晶體振蕩器和AGC網(wǎng)絡(luò)，軸向每對前置放大器中共采用晶體振蕩器和AGC網(wǎng)絡(luò)，以減少整個體積。
本發(fā)明中的探測體與傳感器探頭中的通電線圈之間通過渦流互感效應(yīng)進行距離檢測，探測體的材料直接影響傳感器的靈敏度、精度等性能，原理上探測體的材料可以為所有導(dǎo)電材料，但為提高傳感器的穩(wěn)定性，其探測體材料最高為既導(dǎo)電又導(dǎo)磁的材料，如45#鋼、或40Cr等。探測體的形狀應(yīng)根據(jù)探測對象分為圓面和平面，當探測旋轉(zhuǎn)運動時，探測面為圓面；而當探測平動時，探測面為平面。整個集成傳感器不包括探測體。
權(quán)利要求
1.徑向/軸向六位集成一體化電渦流傳感器，其特征在于它由探測XY方向徑向位移信號的兩組四路徑向位移傳感器探頭及其四路前置放大器、探測Z向軸向位移信號的兩路軸向位移傳感器探頭及其兩路前置放大器組成，六路位移傳感器探頭及其前置放大器全部集成在一個傳感器座內(nèi)，其中兩個徑向位移傳感器探頭組成一對，分別位于X軸的兩個方向成180°角，同時探測X方向的位移信號，另兩個徑向位移傳感器探頭組成另一對，分別位于Y軸的兩個方向成180°角，同時探測Y方向的位移信號，兩組中每對前置放大器之間均形成差動結(jié)構(gòu)輸出，其探測面為圓；兩路軸向位移傳感器探頭位于Z軸的兩個方向成180°角，同時探測Z向方向的位移信號，再經(jīng)過兩路前置放大器輸出，其探測面為平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向/軸向六位集成一體化電渦流傳感器，其特征在于所述的每路前置放大器主要由晶體振蕩器、AGC網(wǎng)絡(luò)、檢測線圈諧振電路、位壓檢波電路、濾波調(diào)整和功放輸出電路組成，晶體振蕩器經(jīng)AGC網(wǎng)絡(luò)與檢測線圈電路相接，用于對檢測線圈諧振電路提供穩(wěn)頻穩(wěn)幅的激勵信號，檢測線圈諧振電路的輸出經(jīng)倍壓檢波、濾波調(diào)整和功放輸出實際檢測的位移信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向/軸向六位集成一體化電渦流傳感器，其特征在于所述的四個徑向位移傳感器探頭T1～T4均布在傳感器座的外圓周上，兩個位移傳感器探頭T5和T6位于傳感器座內(nèi)的端面上，構(gòu)成探測外置結(jié)構(gòu)，或所述的四個徑向位移傳感器探頭T1～T4均布在傳感器座的內(nèi)圓周上，兩個位移傳感器探頭T5和T6位于傳感器座的端面上，構(gòu)成探測內(nèi)置結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向/軸向六位集成一體化電渦流傳感器，其特征在于所述的徑向位移傳感器探頭和徑向探測體之間形成徑向探測間隙，徑向探測間隙為0.25mm～1.25mm，軸向位移傳感器探頭和軸向被測體之間形成軸向探測間隙，軸向探測間隙為0.5mm～1.5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向/軸向六位集成一體化電渦流傳感器，其特征在于所述的徑向兩組每對前置放大器共采用晶體振蕩器和AGC網(wǎng)絡(luò)，軸向每對前置放大器中共采用晶體振蕩器和AGC網(wǎng)絡(luò)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向/軸向六位集成一體化電渦流傳感器，其特征在于所述的探測體的材料為既導(dǎo)電又導(dǎo)磁的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求7所述的徑向/軸向六位集成一體化電渦流傳感器，其特征在于所述的既導(dǎo)電又導(dǎo)磁的材料為45#鋼、或40Cr。
全文摘要
徑向/軸向六位集成一體化電渦流傳感器，其特征在于由六位集成一體化電渦流傳感器和探測體組成，傳感器探頭和探測體之間形成徑向探測間隙和軸向探測間隙，所述的六位集成一體化電渦流傳感器共有六個通道，六個通道的傳感器探頭和前置放大器全部集成在一個傳感器座內(nèi)，由徑向位移探頭、軸向位移探頭、前置處理器、電源信號輸出引線組成，其中的4個徑向探頭分別探測相互垂直的X和Y方向位移信號，另外兩個軸向探頭探測Z方向位移信號，這6個通道的前置放大器和探頭集成一體，根據(jù)結(jié)構(gòu)需要可設(shè)計成探測面外置(或探測面外置)的徑向/軸向六位集成一體化電渦流傳感器。本發(fā)明使6個通道的電渦流傳感器集成一體，能夠探測正交垂直的三個方向的位移信號，提高了探測精度和穩(wěn)定性，并顯著減小了體積、減輕了重量。
文檔編號G01B7/02GK1800773SQ20061001127
公開日2006年7月12日 申請日期2006年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月25日
發(fā)明者房建成, 韓邦成, 劉剛 申請人:北京航空航天大學(xué)