本發(fā)明屬于微型旋轉(zhuǎn)傳感器/換能器的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置領(lǐng)域，尤其是涉及在狹小空間里微型旋轉(zhuǎn)傳感器/換能器的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：
許多工業(yè)管道需要微型傳感器進(jìn)行環(huán)向掃描檢測(cè)，對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行探傷。很多人體器官需要微型超聲換能器進(jìn)行環(huán)向掃描早期檢測(cè)診斷病變。一般接入微型旋轉(zhuǎn)傳感或換能器件的脈沖信號(hào)使用電刷傳輸，會(huì)發(fā)生接觸不穩(wěn)定，降低信噪比，信號(hào)丟失等問(wèn)題。對(duì)于目前使用的超聲電子內(nèi)窺鏡設(shè)備（如日本富士能和奧林巴斯公司）中的超聲換能器和電機(jī)之間由一根長(zhǎng)約1.5米的細(xì)軟鋼絲柔性連接。電機(jī)留在體外帶動(dòng)軟鋼絲旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)另一端的超聲換能器旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)人體內(nèi)腔斷層的掃描成像，不將電機(jī)置于探頭內(nèi)部的主要原因是電機(jī)體積較大，無(wú)法由內(nèi)窺鏡的活檢鉗道進(jìn)入體內(nèi)，并且電磁電機(jī)對(duì)超聲信號(hào)有較強(qiáng)的電磁干擾。軟鋼絲承受較大的扭矩，使用壽命不到50小時(shí)，而軟鋼絲的損壞直接導(dǎo)致了超聲換能器探頭的報(bào)廢，因此大大增加了超聲電子內(nèi)窺鏡設(shè)備成本。本申請(qǐng)人研究的一種超聲電子內(nèi)窺鏡設(shè)備，將超聲微電機(jī)，高頻脈沖超聲換能器都集成在窺鏡探頭內(nèi)。超聲換能器由電機(jī)軸驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，這樣換能器的信號(hào)線也隨換能器一起轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)法直接連接到脈沖信號(hào)源。前期采用電刷的方式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)嘗試，由于電刷尺寸很小，測(cè)試發(fā)現(xiàn)電刷的導(dǎo)通效果很差，不能滿足脈沖信號(hào)傳輸使用。微型旋轉(zhuǎn)傳感器/換能器是指與微型旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器（如微型電磁電機(jī)和微型超聲電機(jī)）集成、以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方式工作的微型傳感器/換能器。微型傳感器主要包括溫度、壓力、速度、加速度和磁場(chǎng)強(qiáng)度等測(cè)量傳感器，渦流傳感器和光電傳感器等。微型換能器主要指微型超聲檢測(cè)換能器，包括壓電換能器、靜電換能器和電磁聲換能器等。受微型旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器和微型傳感器/換能器集成的探測(cè)器系統(tǒng)尺寸限制，對(duì)微型旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器和微型傳感器/換能器、和信號(hào)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都提出了很高要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為克服微型電刷接觸不穩(wěn)定對(duì)脈沖信號(hào)傳輸?shù)挠绊懞碗娝⒌哪Σ亮?duì)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的阻力等弊端，提出一種微型旋轉(zhuǎn)傳感器/或換能器的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置，本發(fā)明利用電磁場(chǎng)理論，利用電感線圈的耦合作用，對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行非接觸傳輸，且體積小，成本低，制作容易，對(duì)微型旋轉(zhuǎn)傳感或換能器件的壽命沒有影響，適合其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要。本發(fā)明提出一種微型旋轉(zhuǎn)傳感器/換能器件的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置，其特征在于，該裝置包括至少兩個(gè)同軸相套的內(nèi)外電感線圈，電感線圈的引出線、導(dǎo)線，固定支架和一根磁棒；磁棒設(shè)置在一個(gè)內(nèi)電感線圈內(nèi)，兩者一起固結(jié)到傳感器或換能器的驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)軸上一起同步旋轉(zhuǎn)；內(nèi)電感線圈通過(guò)導(dǎo)線與連接微型傳感器或換能器；一個(gè)外電感線圈與同軸相套的內(nèi)電感線圈之間保持微小間隙,并與固定支座固定在一起，通過(guò)外電感線圈引出線連接脈沖信號(hào)源和信號(hào)接收器。本發(fā)明提出第二種微型旋轉(zhuǎn)傳感器/換能器的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置，其特征在于，該裝置包括至少兩個(gè)同軸上下設(shè)置的電感線圈，電感線圈的引出線、導(dǎo)線，固定支架和一根磁棒；磁棒下部設(shè)置在一個(gè)下電感線圈內(nèi)，兩者一起固結(jié)到傳感器或換能器的驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)軸上一起同步旋轉(zhuǎn)；下電感線圈通過(guò)導(dǎo)線與連接微型傳感器或換能器；一個(gè)上電感線圈同軸套在磁棒上部外面，與磁棒及下電感線圈均保持微小間隙，并與固定支座固定在一起，通過(guò)其引出線連接脈沖信號(hào)源和信號(hào)接收器。本發(fā)明提出第三種微型旋轉(zhuǎn)傳感器/換能器的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置，其特征在于，該裝置包括至少兩個(gè)同軸相套的內(nèi)外電感線圈，電感線圈的引出線、導(dǎo)線，固定支架和一根磁棒；磁棒設(shè)置在一個(gè)內(nèi)電感線圈內(nèi)，兩者一起固結(jié)到固定支架；內(nèi)電感線圈通過(guò)其引出線連接脈沖信號(hào)源和信號(hào)接收器；一個(gè)外電感線圈同軸套在內(nèi)電感線圈外面與其保持微小間隙,并固結(jié)到微型傳感器或換能器的驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)軸上一起同步旋轉(zhuǎn)，外電感線通過(guò)導(dǎo)線與連接微型傳感器或換能器。本發(fā)明提出第四種微型旋轉(zhuǎn)傳感器/換能器的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置，其特征在于，該裝置包括至少兩個(gè)同軸上下設(shè)置的電感線圈，電感線圈的引出線、導(dǎo)線，固定支架和一根磁棒；磁棒上部設(shè)置在一個(gè)上電感線圈內(nèi)，兩者一起與固定支架固定，上電感線圈通過(guò)其引出線連接脈沖信號(hào)源和信號(hào)接收器；下電感線圈同軸套在磁棒下部外面，并與磁棒及上電感線圈保持微小間隙，下電感線圈通過(guò)導(dǎo)線與連接微型傳感器或換能器，并固接到傳感器或換能器的驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)軸上一起同步旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果：本發(fā)明采用兩個(gè)空心電感線圈與微型旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)軸同軸裝配，兩者之間保留一定的微小間隙，兩者可以非接觸、無(wú)摩擦的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)電磁場(chǎng)理論，兩個(gè)間隙很小，同軸裝配的電感線圈可以通過(guò)耦合穩(wěn)定高效的傳遞高頻脈沖電信號(hào)，線圈之間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)基本不影響電感的耦合性能。旋轉(zhuǎn)的傳感器/換能器可以通過(guò)電感間的耦合獲取脈沖電源提供的脈沖激勵(lì)信號(hào)，傳感器/換能器件檢測(cè)的脈沖回波信號(hào)也可以由電感間的耦合傳輸?shù)叫盘?hào)接收器。在空心電感線圈中插入磁棒，以便增強(qiáng)磁通量增強(qiáng)耦合度，提高接收信號(hào)的強(qiáng)度。本發(fā)明的微型旋轉(zhuǎn)傳器/感或換能器的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置，實(shí)現(xiàn)了從固定設(shè)備到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)換能器的發(fā)射脈沖信號(hào)、從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)換能器到固定設(shè)備雙向的、非接觸的高效信號(hào)傳輸，同時(shí)消除了電刷方式中不可避免的摩擦阻力。裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝，體積微小，直徑小到1mm，長(zhǎng)度小到2-3mm，將在生物、醫(yī)療、微機(jī)械、國(guó)防科技等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的套管式旋轉(zhuǎn)軸型微型旋轉(zhuǎn)超聲檢測(cè)換能器的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的層疊式旋轉(zhuǎn)軸型微型旋轉(zhuǎn)渦流傳感器的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的套管式固定軸型微型旋轉(zhuǎn)超聲檢測(cè)換能器的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的層疊式固定軸型微型旋轉(zhuǎn)渦流傳感器的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為實(shí)施例一的實(shí)驗(yàn)效果圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明提出的一種微型旋轉(zhuǎn)超聲檢測(cè)換能器的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下：實(shí)施例一為套管式旋轉(zhuǎn)軸型微型旋轉(zhuǎn)超聲檢測(cè)換能器的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由外層電感線圈11、磁棒（或稱磁芯）12、內(nèi)層電感線圈13、導(dǎo)線15、固定支座17和引出線19構(gòu)成；其中，外層電感線圈11通過(guò)固定支座17與微型超聲檢測(cè)換能器的驅(qū)動(dòng)器定子外殼18固定，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其引出線19與微型超聲檢測(cè)換能器的脈沖信號(hào)源及信號(hào)接收器連接。導(dǎo)線15由微型超聲檢測(cè)換能器的旋轉(zhuǎn)軸14的中空管道穿過(guò)，用于內(nèi)層電感線圈13和超聲換能器16的連接。磁棒12同軸插在內(nèi)層電感線圈13內(nèi)，并固定于旋轉(zhuǎn)軸14端部，與固定在旋轉(zhuǎn)軸14另一端的超聲換能器16一起旋轉(zhuǎn)；外層電感線圈11同軸套在內(nèi)層電感線圈13外，兩者留有微小間隙，以便于內(nèi)層電感線圈13的旋轉(zhuǎn)。本實(shí)施例的內(nèi)層、外層電感線圈為圓環(huán)形空心結(jié)構(gòu)，其橫截面形狀還可以是橢圓環(huán)形、三角形框、矩形框或其他凸多邊形框。外層線圈的徑向尺寸小于5mm，最小可以到1mm；長(zhǎng)度小于15mm，最小可以到1mm。線圈可采用成品。內(nèi)層線圈與磁棒固定，可以是直接繞制在磁棒上，也可以用成品的空心線圈。內(nèi)層線圈應(yīng)略小于外層線圈的內(nèi)徑，以便于內(nèi)層線圈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。磁棒的形狀可以是圓柱型、圓錐型、方柱型或多面體柱型及其組合，如工字型、梯形變截面桿型。磁棒的長(zhǎng)度一般應(yīng)略長(zhǎng)于內(nèi)層線圈，磁棒插入內(nèi)層線圈部分的外徑尺寸盡量與內(nèi)層線圈的內(nèi)徑一致，磁棒伸出在電感線圈外的部分，外徑可以大于外層電感線圈的外徑。外層電感線圈11與內(nèi)層電感線圈13的徑向間隙可以從0到2.5mm，通常取0.1-0.2mm。間隙過(guò)大會(huì)影響的電信號(hào)的耦合傳輸，間隙過(guò)小則難以避免內(nèi)外層電感線圈的接觸摩擦造成旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力的損耗。固定支座17采用具有一定彈性、可以適當(dāng)彎折的金屬絲或金屬片，以便于固定和調(diào)整外層電感線圈的位置和方向角。外層電感線圈11通過(guò)引出線19與脈沖信號(hào)源、信號(hào)接收器連接電路中，以及電感線圈13與換能器16的連接電路中，都可以加入適當(dāng)?shù)钠ヅ潆娙莼蚱ヅ潆娮?，本?shí)施例可用于超聲窺鏡探頭中微型旋轉(zhuǎn)超聲檢測(cè)換能器的脈沖信號(hào)非接觸傳輸。當(dāng)外層電感線圈11通過(guò)引出線19獲得脈沖信號(hào)源激勵(lì)信號(hào)時(shí)，內(nèi)層電感線圈13由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的電壓脈沖，并通過(guò)導(dǎo)線15加載和激勵(lì)超聲檢測(cè)換能器16發(fā)射聲脈沖，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)；超聲檢測(cè)換能器16檢測(cè)到的回波信號(hào)，經(jīng)由導(dǎo)線15作用到電感線圈13，外層電感線圈11由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)通過(guò)引出線19輸送到信號(hào)接收器。這樣，通過(guò)該套管式微型旋轉(zhuǎn)傳感或換能器件的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置被接收。實(shí)施例二為層疊式旋轉(zhuǎn)軸型微型旋轉(zhuǎn)渦流傳感器的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置本實(shí)施例由上層電感線圈21、磁棒22、下層電感線圈23、導(dǎo)線25、固定支座27和引出線29構(gòu)成。如圖2所示，本實(shí)施例和實(shí)施例一的區(qū)別在于：電感線圈在旋轉(zhuǎn)軸的軸向上下層疊分布。其中，上層電感線圈21通過(guò)固定支座27與驅(qū)動(dòng)器定子外殼28固定，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其引出線29與脈沖信號(hào)源及信號(hào)接收器連接。導(dǎo)線25由旋轉(zhuǎn)軸24的中空管道穿過(guò)，用于下層電感線圈23和微型渦流傳感器26的連接。磁棒22的下半段同軸插在下層電感線圈23內(nèi)，并固定于旋轉(zhuǎn)軸24端部，與固定在旋轉(zhuǎn)軸24另一端的微型渦流傳感器26一起旋轉(zhuǎn)。上層電感線圈21同軸套在磁棒22的上半段外，上層電感線圈21與磁棒22、下層電感線圈23之間均留有微小間隙，以便于下層電感線圈23和磁棒22一起旋轉(zhuǎn)。電感線圈和磁棒的外形和尺寸與實(shí)施例一相同，此處不再贅述。上層電感線圈21與下層電感線圈23的軸向間隙可以從0到5mm，通常取0.1-1mm。上層電感線圈21與磁棒22的徑向間隙可以從0到2.5mm，通常取0.1-0.2mm。本實(shí)施例可應(yīng)用于脈沖渦流傳感器在狹小管道內(nèi)的管壁缺陷無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，以旋轉(zhuǎn)方式工作的微型脈沖渦流傳感器26和脈沖信號(hào)源及信號(hào)接收器之間通過(guò)上、下層電感線圈之間的耦合來(lái)傳輸電信號(hào)。實(shí)施例三固定軸型套管式微型旋轉(zhuǎn)超聲檢測(cè)換能器的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置本實(shí)施例和實(shí)施例一的區(qū)別在于：外層電感線圈31固定在旋轉(zhuǎn)軸34上，而作為套管中軸的內(nèi)層電感線圈31和磁棒32則用與固定支座37固定，導(dǎo)線35與外層電感線圈31連接，引出線39與內(nèi)層電感線圈33連接。如圖3所示，裝置由外層電感線圈31、磁棒32、內(nèi)層電感線圈33、導(dǎo)線35、固定支座37和引出線39構(gòu)成。外層電感線圈31固定于旋轉(zhuǎn)軸34端部，導(dǎo)線35由旋轉(zhuǎn)軸34的中空管道穿過(guò)，連接到固定在旋轉(zhuǎn)軸34另一端的微型超聲檢測(cè)換能器36，并隨旋轉(zhuǎn)軸34一起旋轉(zhuǎn)。磁棒32同軸插在內(nèi)層電感線圈33內(nèi)，通過(guò)固定支座37與驅(qū)動(dòng)器定子外殼38固定，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。內(nèi)層電感線圈33的引出線39與脈沖信號(hào)源及信號(hào)接收器連接。外層電感線圈31同軸套在內(nèi)層電感線圈33外，與兩者留有微小間隙，內(nèi)層電感線圈33和磁棒32與旋轉(zhuǎn)軸34端部也留有微小間隙，以便于外層電感線圈31的旋轉(zhuǎn)。電感線圈和磁棒的外形和尺寸與實(shí)施例一相同，此處不再贅述。外層電感線圈31與內(nèi)層電感線圈33的徑向間隙可以從0到2.5mm，通常取0.1-0.2mm。內(nèi)層電感線圈33和磁棒32與旋轉(zhuǎn)軸34端部的軸向間隙取0.1-1mm，可以避免旋轉(zhuǎn)時(shí)的接觸，同時(shí)有利于導(dǎo)線35的通過(guò)。實(shí)施例三的用途與實(shí)施例一完全相同。由于為連接導(dǎo)線35保留了的通過(guò)空隙，可能更有利于實(shí)際安裝。實(shí)施例四層疊式固定軸型微型旋轉(zhuǎn)渦流傳感器的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置本實(shí)施例和實(shí)施例二的區(qū)別在于：磁棒與上層電感線圈固定，磁棒與內(nèi)層電感線圈及旋轉(zhuǎn)軸留有空隙，有利于導(dǎo)線45的通過(guò)。如圖4所示，裝置由上層電感線圈41、磁棒42、下層電感線圈43、導(dǎo)線45、固定支座47和引出線49構(gòu)成。上層電感線圈41和部分插入其中的磁棒42一起通過(guò)固定支座47與驅(qū)動(dòng)器定子外殼48固定，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其引出線49與脈沖信號(hào)源及信號(hào)接收器連接。導(dǎo)線45由旋轉(zhuǎn)軸44的中空管道穿過(guò)，用于下層電感線圈43和微型渦流傳感器46的連接。下層電感線圈43內(nèi)固定于旋轉(zhuǎn)軸44端部，與固定在旋轉(zhuǎn)軸44另一端的渦流傳感器46一起旋轉(zhuǎn)。磁棒42的下半段同軸插入下層電感線圈43。磁棒42的下半段與下層電感線圈43及旋轉(zhuǎn)軸44端部之間，上層電感線圈41和下層電感線圈43之間，都留有微小間隙，以便于下層電感線圈43的旋轉(zhuǎn)。電感線圈和磁棒的外形和尺寸與實(shí)施例一相同，此處不再贅述。上層電感線圈41與下層電感線圈43的軸向間隙可以從0到5mm，通常取0.1-1mm。磁棒42與上層電感線圈43的徑向間隙可以從0到2.5mm，通常取0.1-0.2mm。磁棒32與旋轉(zhuǎn)軸34端部的軸向間隙取0.1-1mm，可以避免旋轉(zhuǎn)時(shí)的接觸，同時(shí)有利于導(dǎo)線35的通過(guò)。實(shí)施例四的用途與實(shí)施例二完全相同。由于為連接導(dǎo)線35保留了的通過(guò)空隙，可能更有利于實(shí)際安裝。本發(fā)明的實(shí)施效果使用套管式的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置得到的超聲回波波形根據(jù)實(shí)施例一，制作了一個(gè)套管式的脈沖信號(hào)非接觸傳輸裝置。具體參數(shù)為：磁棒長(zhǎng)6mm，直徑1.0mm；內(nèi)層電感線圈用直徑0.05mm的漆包線直接繞在磁棒上，線圈長(zhǎng)度4mm，外徑1.4mm，測(cè)出電感0.12mH；外層電感線圈用相同直徑的漆包線繞在空心塑料管上，塑料管內(nèi)徑1.6mm，線圈外徑2.3mm，線圈長(zhǎng)度5mm，把磁棒放入其中測(cè)出電感為0.18mH。實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)，未加旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，只是把內(nèi)層電感線圈完全放入外層電感線圈中。外層電感線圈連接一臺(tái)脈沖發(fā)射接收儀5077PR，內(nèi)層電感線圈連接一個(gè)發(fā)射面為4mm×2mm中心頻率8-9MHz的超聲窺鏡探頭用微型超聲換能器。超聲換能器放在水中，與鋁塊反射面距離10mm。5077PR發(fā)射的脈沖電壓為100V，直接作用于外層電感線圈；由于電磁感應(yīng)，內(nèi)層電感線圈超聲相應(yīng)的脈沖電壓，為換能器的發(fā)射信號(hào)，激勵(lì)換能器發(fā)射超聲波脈沖；經(jīng)鋁塊反射超聲信號(hào)，由超聲換能器接收轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，也叫回波信號(hào)。通過(guò)一臺(tái)雙通道的泰克示波器顯示波形同時(shí)觀測(cè)外層電感線圈（接通道1）和內(nèi)層電感線圈（接通道2）上的發(fā)射信號(hào)波形以及回波信號(hào)波形。圖5為實(shí)施例一的實(shí)驗(yàn)效果圖。圖5內(nèi)容為示波器上顯示回波信號(hào)波形的圖像，通道1為外層電感線圈上的信號(hào)波形，通道2內(nèi)層電感線圈上的信號(hào)波形。通道1信號(hào)幅度為1.1V，通道2的信號(hào)峰峰值為4V，二者之比約為1:4，但二者的波形基本一致。從通道1信號(hào)幅度看，已經(jīng)能夠滿足使用的要求。通過(guò)改變內(nèi)、外層電感線圈的匝數(shù)和匝數(shù)比，以及采用適當(dāng)?shù)钠ヅ潆娐罚梢赃M(jìn)一步提高外層電感線圈上的信號(hào)幅度，并減小脈沖信號(hào)的畸變。