專利名稱：差動(dòng)式位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種位移傳感器，特別是用于測(cè)量變形的螺旋管式差動(dòng)變壓器位移傳感器。
現(xiàn)有的差動(dòng)變壓器位移傳感器是由一個(gè)沿軸向位移的銜鐵和包圍銜鐵的初級(jí)線圈，套在初級(jí)線圈外的兩個(gè)反極性連接的次級(jí)線圈組成。初級(jí)線圈接電源，利用銜鐵位移改變初級(jí)與兩個(gè)次級(jí)線圈間耦合磁路的磁阻，從而使兩個(gè)次級(jí)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(gè)固定連接的次級(jí)線圈，無(wú)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(zhǎng)。因其耦合度在整個(gè)量程內(nèi)線性變化，量程越大，變化越緩。所以，對(duì)于不同量程，只能保證相對(duì)精度大致不變，對(duì)滿量程的相對(duì)靈敏度大致不變，加工要求也高。
鑒于上述，本發(fā)明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(duì)精度與靈敏度基本不變，相對(duì)精度與對(duì)滿量程的靈敏度相應(yīng)增加的差動(dòng)式位移傳感器，從而大大提高了大量程時(shí)的測(cè)量精度，并可降低加工難度。
本發(fā)明的要點(diǎn)是采用多個(gè)軸向排列的次級(jí)線圈，其感應(yīng)電壓?jiǎn)为?dú)引出，通過(guò)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤來(lái)代替現(xiàn)有傳感器固定連結(jié)的次級(jí)線圈。它是以如下方式實(shí)現(xiàn)的，在沿軸向移動(dòng)的銜鐵外包圍了內(nèi)、外二個(gè)螺旋管式線圈，其中一個(gè)為初級(jí)線圈與電源相連，另一個(gè)為次初級(jí)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(gè)次級(jí)，該兩個(gè)次級(jí)的輸出電壓經(jīng)信號(hào)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(hào)，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(dòng)態(tài)跟蹤。
上述內(nèi)、外二個(gè)螺旋管線圈可以是內(nèi)線圈為初級(jí)線圈，外線圈為次級(jí)線圈，或者也可以是內(nèi)線圈為次級(jí)線圈，外線圈為初級(jí)線圈。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是本發(fā)明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是本發(fā)明的一種實(shí)施例;
圖5是本發(fā)明的另一種實(shí)施例。
在圖1所示具體結(jié)構(gòu)中，1為銜鐵，2為初級(jí)線圈，3為含m段線圈的次級(jí)線圈，4為外殼。初級(jí)線圈與電源相連，而次級(jí)的各線圈的輸出引入模擬多路開關(guān)組合成兩個(gè)次級(jí)，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(gè)次級(jí)，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(gè)次級(jí)，一般，每一個(gè)次級(jí)含2～3段線圈。因而，從小范圍來(lái)看，可看成一個(gè)僅有這幾段次級(jí)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(duì)精度不變，而相對(duì)精度就大大提高了。銜鐵的長(zhǎng)度一般可取約1.5～3倍線圈段長(zhǎng)。
對(duì)照?qǐng)D2原理圖，由模擬多路開關(guān)5組合成的兩個(gè)次級(jí)的輸出電壓經(jīng)信號(hào)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(hào)，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(dòng)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(duì)位置示意圖，圖3的(b)圖為單個(gè)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(dòng)”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段線圈分別及2，3段線圈分別構(gòu)成兩個(gè)次級(jí)，其輸出電壓為VO＝(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(gè)次級(jí)，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(dòng)態(tài)跟蹤。由圖可見，A點(diǎn)在從左越過(guò)切換點(diǎn)b時(shí)，E3從小于E1變成大于E1，信號(hào)處理器6對(duì)模擬多路開關(guān)5的控制就是根據(jù)這點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
在圖4所示具體實(shí)例中，信號(hào)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(gè)次級(jí)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(gè)次級(jí)，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(gè)次級(jí)，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(duì)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(gè)區(qū)間，它們共同決定銜鐵的總位移。當(dāng)銜鐵向右移動(dòng)，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(guò)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(guò)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(hào)處理器是由A/D變換器，數(shù)字信號(hào)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(jí)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(hào)，然后在數(shù)字信號(hào)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(hào)，該控制信號(hào)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(hào)處理器封裝在傳感器本體內(nèi)，以減少引線，增加可靠性。
由于本發(fā)明的位移傳感器采用了多段式次級(jí)線圈與動(dòng)態(tài)跟蹤技術(shù)，整個(gè)結(jié)構(gòu)就象多個(gè)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(duì)精度仍保持在小量程時(shí)的值，極大的提高了測(cè)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(guò)程測(cè)量控制，大變形測(cè)量等待，此外，因線圈分段，也簡(jiǎn)化了制造工藝。
權(quán)利要求
1.一種差動(dòng)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(gè)螺旋管式線圈，其中一個(gè)為初級(jí)線圈[2]與電源相連，另一個(gè)為次級(jí)線圈[3]，其特征在于次級(jí)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(gè)次級(jí)，該兩個(gè)次級(jí)的輸出電壓經(jīng)信號(hào)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(hào)，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(gè)螺旋管線圈是內(nèi)線圈為初級(jí)線圈，外線圈為次級(jí)線圈，或者是內(nèi)線圈為次級(jí)線圈，外線圈為初級(jí)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(shuō)的信號(hào)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(shuō)的信號(hào)處理器是由A/D變換器，數(shù)字信號(hào)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(hào)處理器[6]封裝在傳感器本體內(nèi)。
全文摘要
“差動(dòng)式位移傳感器”是一種適于測(cè)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(gè)螺旋管式的初、次級(jí)線圈組成。其特點(diǎn)是次級(jí)線圈采用多個(gè)軸向排列的空心管線圈構(gòu)成，各線圈電壓?jiǎn)为?dú)引出，通過(guò)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)實(shí)行動(dòng)態(tài)跟蹤來(lái)取代傳統(tǒng)傳感器固定連接的次級(jí)線圈。這種傳感器其整個(gè)結(jié)構(gòu)就象多個(gè)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(cè)量精度，擴(kuò)展了它的應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)也簡(jiǎn)化了制造工藝。
文檔編號(hào)G01B7/02GK1090925SQ9311912
公開日1994年8月17日 申請(qǐng)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(qǐng)人:杭州電子工業(yè)學(xué)院