一種電渦流位移傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電渦流位移傳感器，包括：探頭，前置器，以及分別連接于所述探頭和前置器的信號線纜(105)；其中，所述探頭，包括：傳感器殼體(101)，以及采用差分結(jié)構內(nèi)置于所述傳感器殼體(101)的測試線圈(100)和補償線圈(103)；所述探頭被配置為當待測金屬檢測面(300)發(fā)生位移變化時，差分輸出所述測試線圈(100)和補償線圈(103)的差分信號；所述前置器，被配置為對所述差分信號進行信號處理，并輸出待測金屬檢測面(300)位移變化的檢測結(jié)果。本實用新型的方案，可以克服現(xiàn)有技術中功能少、體積大和溫度適應能力差等缺陷，實現(xiàn)功能多、體積小和溫度適應能力好的有益效果。
【專利說明】
一種電渦流位移傳感器
技術領域
[0001]本實用新型涉及傳感器技術領域，具體地，涉及一種電渦流位移傳感器，尤其涉及一種耐高溫高壓的電渦流位移傳感器。
【背景技術】
[0002]傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出。電渦流位移傳感器是一種非接觸式傳感器，其具有響應速度快、分辨率高、耐油污污染等特點，在位移測量、無損探傷、厚度測量等方面有著廣泛應用，但是其極易受溫度與壓力的影響，在不同的溫度與壓力環(huán)境中，測試結(jié)果均會存在漂移，導致測試不準確，限制了電渦流傳感器在溫度與壓力環(huán)境中的應用。
[0003]專利號為201010576092.X的專利文獻，提供了一種微小型一體化電渦流傳感器，如圖1所示，其主要由殼體(例如:不銹鋼殼體3)、探頭組件1、印制板組件2、輸出組件4等組成。其中，探頭組件I和印制板組件2安裝在殼體中，探頭組件1、印制板組件2和殼體之間的縫隙用灌封膠5填充。探頭組件I包括并聯(lián)的諧振電路11和線圈12;印制板電路2包括依次串聯(lián)的運算電路、線性校正電路24和輸出電路25。運算電路包括與探頭組件I串聯(lián)的檢波濾波器21、振蕩器22，與檢波濾波器21串聯(lián)的放大器23。輸出電路25通過輸出電纜41和輸出插頭42連接。其探頭組件只有一個感應線圈，無相應的溫度補償設計，無法應用在高溫以及溫度變化的場所，且其印制板組件內(nèi)置到探頭內(nèi)部，造成探頭體積較大，且印制板組件上的電子元器件亦會受到環(huán)境溫度的影響，加劇了溫漂效應。
[0004]現(xiàn)有技術中，存在功能少、體積大和溫度適應能力差等缺陷。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于，針對上述缺陷，提出一種電渦流位移傳感器，以提高在高溫、高壓環(huán)境中位移測試的準確性。
[0006]本實用新型一提供一種電渦流位移傳感器，包括:探頭，前置器，以及分別連接于所述探頭和前置器的信號線纜;其中，所述探頭，包括:傳感器殼體，以及采用差分結(jié)構內(nèi)置于所述傳感器殼體的測試線圈和補償線圈;所述探頭被配置為當待測金屬檢測面發(fā)生位移變化時，差分輸出所述測試線圈和補償線圈的差分信號;所述前置器，被配置為對所述差分信號進行信號處理，并輸出待測金屬檢測面位移變化的檢測結(jié)果。
[0007]優(yōu)選地，所述探頭，還包括:內(nèi)置于所述傳感器殼體的測試線圈固定支架和補償線圈固定支架;所述測試線圈固定安裝于所述測試線圈固定支架，所述補償線圈固定安裝于所述補償線圈固定支架。
[0008]優(yōu)選地，所述探頭，還包括:內(nèi)置于所述傳感器殼體的測試線圈磁芯和補償線圈磁芯；所述測試線圈磁芯位于所述測試線圈的中心部位，所述補償線圈磁芯位于所述補償線圈的中心部位。
[0009]優(yōu)選地，所述測試線圈和補償線圈的線圈尺寸形狀以及電參數(shù)相同或相近似，且所述測試線圈磁芯和補償線圈磁芯的尺寸形狀以及磁性相同或相近似;和/或，所述測試線圈靠近待測金屬檢測面設置，且所述補償線圈位于所述測試線圈遠離所述金屬檢測面的一側(cè)。
[0010]優(yōu)選地，所述探頭，還包括:位于所述測試線圈和補償線圈之間的隔磁板，所述隔磁板為與所述傳感器殼體一體式設置的金屬片。
[0011]優(yōu)選地，在所述隔磁板上還設有信號線走線槽，所述信號線纜穿過所述信號線走線槽，與所述測試線圈和補償線圈差分連接。
[0012]優(yōu)選地，在所述傳感器殼體內(nèi)壁與所述測試線圈、補償線圈、所述測試線圈固定支架和補償線圈固定支架之間的空腔、以及所述信號線走線槽中，填充有灌封塑料。
[0013]優(yōu)選地，在所述傳感器殼體靠近所述信號線纜的一端，設有扳手卡面;和/或，在所述傳感器殼體的外表面設有傳感器固定螺紋;和/或，所述傳感器殼體為金屬殼體。
[0014]優(yōu)選地，所述前置器，包括:連接于所述信號線纜的感應電感值數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以及連接于所述電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器的MCU或單片機。
[0015]優(yōu)選地，所述感應電感值數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以及MCU或單片機，集成設置于一控制板。
[0016]本實用新型的方案，通過在探頭中設置了兩個線圈進行差分輸出，且前置器外置到探頭之外，可以消除溫度對探頭和前置器的影響。該傳感器可以應用在高溫、高壓的環(huán)境中進行準確測試，且具有精度高、體積小、成本低、可靠性高等特點。
[0017]進一步，本實用新型的方案，在線圈中心填充磁芯，可以解決線圈內(nèi)置于殼體之內(nèi)而造成的測試量程減小的問題。
[0018]進一步，本實用新型的方案，將補償線圈的金屬補償墊片(例如:隔磁板)設置在測試線圈與補償線圈之間，消除了補償線圈與測試線圈之間的磁場干擾。
[0019]進一步，本實用新型的方案，采用感應電感值數(shù)字轉(zhuǎn)換器(例如:LDC1000芯片)配合單片機(或MCU)即可完成信號的處理與輸出，縮小了前置器的尺寸與制作成本，且提高了前置器的可靠性。
[0020]由此，本實用新型的方案解決利用探頭與前置器分體設置、且在探頭中設置兩個線圈進行差分輸出，可以應用在高溫、高壓的環(huán)境中進行準確測試，提升測試效率、減小測試難度的問題，從而，克服現(xiàn)有技術中功能少、體積大和溫度適應能力差的缺陷，實現(xiàn)功能多、體積小和溫度適應能力好的有益效果。
[0021]本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。
[0022]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0023]附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的限制。在附圖中:
[0024]圖1為現(xiàn)有技術中微小型一體化電渦流傳感器的結(jié)構示意圖；
[0025]圖2為本實用新型的電渦流位移傳感器的一實施例的結(jié)構示意圖；
[0026]圖3為本實用新型的電渦流位移傳感器的一實施例的信號處理流程圖。
[0027]結(jié)合附圖1，本實用新型實施例中附圖標記如下:
[0028]1-探頭組件；11-諧振電路；12-線圈；2-印制板組件;21-檢波濾波器;22-振蕩器；23-放大器;24-線性校準電路;25-輸出電路;3-不銹鋼殼體;4-輸出組件;41 -輸出電纜;42-輸出插頭;5-灌封膠。
[0029]結(jié)合附圖2，本實用新型實施例中附圖標記如下:
[0030]100-測試線圈；101-傳感器殼體；102-測試線圈固定支架；103-補償線圈；104-補償線圈固定支架；105-信號線纜；106-補償線圈磁芯；107-灌封塑料；108-測試線圈磁芯；200-傳感器固定螺紋;201-金屬薄片;202-信號線走線槽;203-扳手卡面;300-金屬被測面。
【具體實施方式】
[0031]為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型具體實施例及相應的附圖對本實用新型技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0032]根據(jù)本實用新型的實施例，提供了一種電渦流位移傳感器。該電渦流位移傳感器包括:探頭，前置器，以及分別連接于探頭和前置器的信號線纜105;其中，探頭，包括:傳感器殼體101，以及采用差分結(jié)構內(nèi)置于傳感器殼體101的測試線圈100和補償線圈103;探頭被配置為當待測金屬檢測面300發(fā)生位移變化時，差分輸出測試線圈100和補償線圈103的差分信號；前置器，被配置為對差分信號進行信號處理，并輸出待測金屬檢測面300位移變化的檢測結(jié)果。通過分體式設置的探頭和前置器，且采用差分結(jié)構內(nèi)置于探頭中的測試線圈和補償線圈，可以克服高溫、高壓環(huán)境中溫度漂移對位移檢測結(jié)果的影響，提高傳感器對溫度的適應能力，進而提高檢測精準性，并擴大傳感器的應用范圍。
[0033]該電渦流位移傳感器的輸出信號V采用差分輸出，即測試線圈100的輸出信號Vl與補償線圈103的輸出信號V2相減，即:V = V1-V2。
[0034]當該傳感器在某溫度、壓力的環(huán)境中，測試線圈100與補償線圈103的輸出信號均會產(chǎn)生漂移，因測試線圈100與補償線圈103的形狀尺寸以及電參數(shù)基本相同，故測試線圈100與補償線圈103在該環(huán)境中產(chǎn)生的漂移量Vp亦基本相同，故該傳感器在該環(huán)境下的輸出信號^ 為:^ =V1+Vp-(V2+Vp) =Vl-V2 = Vo
[0035]由此可知，該傳感器在某溫度、壓力的環(huán)境中測試時，差動輸出可以有效地規(guī)避溫漂對該傳感器測試的影響。
[0036]優(yōu)選地，探頭，還包括:內(nèi)置于傳感器殼體101的測試線圈固定支架102和補償線圈固定支架104;測試線圈100固定安裝于測試線圈固定支架102，補償線圈103固定安裝于補償線圈固定支架104。通過設置固定支架，可以提高線圈安裝的穩(wěn)定性，進而有利于提高位移檢測的精準性和可靠性。
[0037]優(yōu)選地，探頭，還包括:內(nèi)置于傳感器殼體101的測試線圈磁芯108和補償線圈磁芯106 ；測試線圈磁芯108位于測試線圈100的中心部位，補償線圈磁芯106位于補償線圈103的中心部位。測試線圈100與補償線圈103內(nèi)置到傳感器殼體101(優(yōu)選為金屬殼體)內(nèi)部，當感應線圈(例如:測試線圈100與補償線圈103)內(nèi)置到金屬殼體的內(nèi)部時，金屬殼體對線圈的磁場會產(chǎn)生影響，感應線圈內(nèi)置到金屬殼體內(nèi)部會造成電渦流位移傳感器量程較小。通過在測試線圈100與補償線圈103的中心設置磁芯來集中線圈的磁通，可以提高傳感器的量程，進而擴大傳感器的應用范圍。
[0038]優(yōu)選地，測試線圈100和補償線圈103的線圈尺寸形狀以及電參數(shù)相同或相近似，且測試線圈磁芯108和補償線圈磁芯106的尺寸形狀以及磁性相同或相近似;和/或，測試線圈100靠近待測金屬檢測面設置，且補償線圈103位于測試線圈100遠離所述金屬檢測面的一側(cè)。在探頭中內(nèi)置測試線圈100與補償線圈103，其線圈尺寸形狀以及電參數(shù)近似相同；且測試線圈100中心的測試線圈磁芯108與補償線圈103中心的補償線圈磁芯106的尺寸形狀以及磁性亦近似相同。通過采用相同或相近的結(jié)構及參數(shù)的線圈及磁芯，有利于減小差分信號的誤差，進而提高位移檢測精度。
[0039]優(yōu)選地，探頭，還包括:位于測試線圈100和補償線圈103之間的隔磁板，隔磁板為與傳感器殼體101—體式設置的金屬片。通過在傳感器殼體101內(nèi)部設置一個金屬片(例如:金屬薄片201)，如圖2所示，其與傳感器殼體101設計為一體，可以作為測試線圈100與補償線圈103之間的隔磁板，同時還作為補償線圈103的檢測面，減小了傳感器零件數(shù)量，同時規(guī)避了為防止線圈磁場的相互干擾而需不斷加大線圈之間距離的問題，縮小了傳感器體積。
[0040]其中，隔磁板作為補償線圈103的檢測面，在電渦流位移傳感器的差分輸出方式中可以起到溫度補償?shù)幕鶞首饔茫粶y試線圈100的檢測面為待測金屬面，其材質(zhì)與補償線圈103—致，同時也在測試線圈100的量程范圍內(nèi)。
[0041]優(yōu)選地，在隔磁板上還設有信號線走線槽202，信號線纜105穿過信號線走線槽202，與測試線圈100和補償線圈103差分連接。通過信號線走線槽，可以使信號線纜合理走線，進而減小走線對檢測結(jié)果的影響。
[0042]優(yōu)選地，在傳感器殼體101內(nèi)壁與測試線圈100、補償線圈103、測試線圈固定支架102和補償線圈固定支架104之間的空腔、以及信號線走線槽202中，填充有灌封塑料107。其中，信號線走線槽202中信號線的安置處，也填充滿灌封塑料107。通過灌封塑料，可以有效規(guī)避高壓環(huán)境引起該探頭的受壓變形，規(guī)避線圈受壓形變，減小或規(guī)避壓力環(huán)境對該傳感器測試的影響。
[0043]優(yōu)選地，在傳感器殼體101靠近信號線纜105的一端，設有扳手卡面203;和/或，在傳感器殼體101的外表面設有傳感器固定螺紋200;和/或，傳感器殼體101為金屬殼體。通過扳手卡面，可以方便傳感器的裝配或檢測時的掛靠;通過傳感器固定螺紋，可以方便傳感器于其他設備之間的固定安裝;通過金屬殼體，可以提高傳感器殼體對內(nèi)部元件的保護力度。
[0044]其中，扳手卡面203，便于使用扳手或使用其它的固定工裝將傳感器殼體101通過螺紋旋轉(zhuǎn)固定于具有螺紋孔的其它設備之中，即便于電渦流位移傳感器的裝配。
[0045]例如:基于以上所述的電渦流位移傳感器，所述探頭的裝配步驟包括:將所述測試線圈100和補償線圈103配合安裝于所述傳感器殼體101內(nèi)部后，對所述傳感器殼體101內(nèi)部的所有空腔進行整體灌封，得到所述探頭。
[0046]具體地，所述探頭的裝配步驟可以包括:
[0047]⑴采用形變系數(shù)符合預設值的塑料或者陶瓷制作所述測試線圈固定支架102和補償線圈固定支架104;
[0048]⑵將所述測試線圈100、補償線圈103、測試線圈磁芯108、補償線圈磁芯106、測試線圈固定支架102和補償線圈固定支架104配合安裝后，內(nèi)置于所述傳感器殼體101內(nèi)部；
[0049]⑶采用所述灌封塑料107對所述傳感器殼體101內(nèi)部的所有空腔進行整體灌封，得到所述探頭。
[0050]由此，測試線圈100與補償線圈103的固定支架即測試線圈固定支架102和補償線圈固定支架104采用形變系數(shù)小的塑料(例如:PPS塑料，即聚苯硫醚)或者陶瓷(例如:氮化硅陶瓷)制作，然后采用灌封塑料8對該傳感器內(nèi)部的所有空腔進行整體灌封，可以有效規(guī)避高壓環(huán)境引起該探頭的受壓變形，規(guī)避線圈受壓形變，減小或規(guī)避壓力環(huán)境對該傳感器測試的影響。
[0051]可見，本實用新型的方案，可以應用在高溫、高壓的環(huán)境中準確測試，且具有精度尚、體積小、成本低、可靠性尚等特點。
[0052]優(yōu)選地，前置器，包括:連接于所述信號線纜105的感應電感值數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以及連接于電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器的MCU或單片機。通過感應電感值數(shù)字轉(zhuǎn)換器、MCU(或單片機)的協(xié)同處理，可以精準、高效地獲取相應的檢測結(jié)果，使得檢測效率和可靠性大大提高。
[0053]優(yōu)選地，感應電感值數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以及MCU或單片機，集成設置于一控制板(例如:前置器可以集成到另外的控制板上)。通過集成設置的電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器及MCU(或單片機)，可以減小前置器的體積，且數(shù)據(jù)處理的可靠性高、精準性好，有利于進一步提升傳感器位移檢測的可靠性和精準性。
[0054]例如:如圖3所示，探頭差動輸出的信號傳輸?shù)胶蠖说那爸闷髦?，前置器中的LDC1000芯片產(chǎn)生諧振、信號濾波、信號放大以及進行AD采樣，然后利用單片機讀取結(jié)果并進行線性校正，最后輸出信號。該方案操作簡單，其諧振電路、濾波電路、放大電路以及采集電路均在LDC1000芯片中實現(xiàn)，后端的信號讀取與線性校準采用一個單片機來解決，該前置器尺寸小、成本低，可靠性高。
[0055]經(jīng)大量的試驗驗證，采用本實施例的技術方案，至少可以達到的有益效果是:
[0056]⑴將探頭與前置器分體式設置，探頭設置了前后兩個線圈進行差分輸出，且前置器外置到探頭之外，消除溫度對探頭以及前置器的影響。
[0057]⑵線圈中心填充磁芯，可以增大位移傳感器的測試量程，從而解決線圈內(nèi)置殼體之內(nèi)而造成的測試量程減小的問題。
[0058]⑶將補償線圈對應的金屬補償墊片(例如:隔磁板)設置在測試線圈與補償線圈之間，既可以隔開測試線圈與補償線圈的磁場相互干擾，消除了補償線圈與測試線圈之間的磁場干擾，又可作為補償線圈的補償墊片，同時還可以縮小探頭體積。
[0059]⑷傳感器的處理電路外置到探頭之外，且采用LDC1000芯片配合單片機即可完成信號的處理與輸出，縮小了前置器的尺寸與制作成本，提高前置器的可靠性。
[0060]綜上，本領域技術人員容易理解的是，在不沖突的前提下，上述各有利方式可以自由地組合、疊加。
[0061]以上所述僅為本實用新型的實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的權利要求范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種電渦流位移傳感器，其特征在于，包括:探頭，前置器，以及分別連接于所述探頭和前置器的信號線纜(105);其中， 所述探頭，包括:傳感器殼體(101 )，以及采用差分結(jié)構內(nèi)置于所述傳感器殼體(101)的測試線圈(100)和補償線圈(103);所述探頭被配置為當待測金屬檢測面(300)發(fā)生位移變化時，差分輸出所述測試線圈(100)和補償線圈(103)的差分信號； 所述前置器，被配置為對所述差分信號進行信號處理，并輸出待測金屬檢測面(300)位移變化的檢測結(jié)果。2.根據(jù)權利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述探頭，還包括:內(nèi)置于所述傳感器殼體(101)的測試線圈固定支架(102)和補償線圈固定支架(104); 所述測試線圈(100)固定安裝于所述測試線圈固定支架(102)，所述補償線圈(103)固定安裝于所述補償線圈固定支架(104)。3.根據(jù)權利要求1或2所述的傳感器，其特征在于，所述探頭，還包括:內(nèi)置于所述傳感器殼體(101)的測試線圈磁芯(108)和補償線圈磁芯(106); 所述測試線圈磁芯(108)位于所述測試線圈(100)的中心部位，所述補償線圈磁芯(106)位于所述補償線圈(103)的中心部位。4.根據(jù)權利要求3所述的傳感器，其特征在于，所述測試線圈(100)和補償線圈(103)的線圈尺寸形狀以及電參數(shù)相同或相近似，且所述測試線圈磁芯(108)和補償線圈磁芯(106)的尺寸形狀以及磁性相同或相近似;和/或， 所述測試線圈(100)靠近待測金屬檢測面設置，且所述補償線圈(103)位于所述測試線圈(100)遠離所述金屬檢測面的一側(cè)。5.根據(jù)權利要求1或2所述的傳感器，其特征在于，所述探頭，還包括:位于所述測試線圈(100)和補償線圈(103)之間的隔磁板，所述隔磁板為與所述傳感器殼體(101) —體式設置的金屬片。6.根據(jù)權利要求5所述的傳感器，其特征在于，在所述隔磁板上還設有信號線走線槽(202)，所述信號線纜(105)穿過所述信號線走線槽(202)，與所述測試線圈(100)和補償線圈(103)差分連接。7.根據(jù)權利要求6所述的傳感器，其特征在于，在所述傳感器殼體(101)內(nèi)壁與所述測試線圈(100)、補償線圈(103)、所述測試線圈固定支架(102)和補償線圈固定支架(104)之間的空腔、以及所述信號線走線槽(202)中，填充有灌封塑料(107)。8.根據(jù)權利要求1或2所述的傳感器，其特征在于，在所述傳感器殼體(101)靠近所述信號線纜(105)的一端，設有扳手卡面(203);和/或， 在所述傳感器殼體(101)的外表面設有傳感器固定螺紋(200);和/或， 所述傳感器殼體(101)為金屬殼體。9.根據(jù)權利要求1或2所述的傳感器，其特征在于，所述前置器，包括:連接于所述信號線纜(105)的感應電感值數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以及連接于所述電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器的MCU或單片機。10.根據(jù)權利要求9所述的傳感器，其特征在于，所述感應電感值數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以及MCU或單片機，集成設置于一控制板。
【文檔編號】G01B7/02GK205537488SQ201620103151
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月1日
【發(fā)明人】葉俊奇, 耿繼青, 黃偉才, 歐錦華, 劉志昌
【申請人】珠海格力節(jié)能環(huán)保制冷技術研究中心有限公司