CN100370217C - 一种超低温漂电涡流振动/位移传感器 - Google Patents

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Abstract

一种超低温漂电涡流位移/振动传感器，包括由电感线圈组成的探头、高频同轴电缆和由振荡电路、检波电路、滤波电路、线性校正电路、温度补偿电路和放大电路组成的前置放大器；其电感线圈是采用58.6～65.4wt%的钯元素、13.4～20.2wt%的银元素和16.6～23.4wt%的金元素制成的合金导线绕制而成，该合金线温度漂移系数极小，其线径为0.08mm～0.18mm，外涂耐温220℃的聚酰亚胺绝缘漆；其高频同轴电缆芯线为合金线，由36～43wt%铜、10～17wt%的金和45～52wt%的银材料制成；其前置器放大电路有两处线性校正电路、并有两处温度补偿电路，该传感器具有超低温漂移性能。

Description

一种超低温漂电涡流振动/位移传感器
技术领域
本发明涉及非电量电测技术领域，尤其是一种超低温漂电涡流振动/位移传感器。
背景技术
现有的非接触式振动、位移测量通常采用电涡流位移传感器。该传感器系统主要包括探头、同轴电缆和前置放大器三部份。其中，探头是系统的敏感部分，由一感应线圈和线圈骨架通过粘合剂粘结而成。它的工作原理是：线圈中通入高频交流电流产生交变磁场，测量物体在高频磁场作用下产生环状感应电流，即电涡流，电涡流会抵抗磁场作用，而且涡流效应的强弱随着测量物体与高频探头相对位置变化而变化，从而引起感应线圈参数的变化，然后通过后续处理电路获取相应的振动/位移信号，实现对不便于直接测量的大型旋转设备重要部位-轴系(转子)动态振动、静态位移物理量的测量。电涡流传感器具有非接触测量、灵敏度高、频响好的优点，但也存在温度漂移大，测量结果线性差的不足。
为解决电涡流传感器温漂大的问题，日本公开特许昭55-122839公开了日本财团法人电气磁气材料研究所1979年3月研究的一种采用55.5～60.6wt％的金属钯、44.5～39.4wt％带有痕量杂质的金属银制备的合金线绕制电涡流位移传感器线圈，用于降低电涡流传感器感应线圈的温度漂移问题，虽然收到了一定效果，但仍未从根本上解决传感器的温漂问题。
目前国际上制造这种传感器的厂家首推美国Bently公司，其产品占我国市场的70％以上，此外还有德国philips、日本shikawa等，其中技术性能最高的当数美国bently公司，据该公司1990-1991年产品样本介绍，其产品系统的温漂系数指标为±0.5v/℃，德国Philips公司出品的epro品牌产品，其系统的温漂系数指标为±0.3v/℃，目前尚未发现有这类传感器系统温漂系数低于该值的报道。
发明内容
本发明的目的是要提供一种超低温漂电涡流振动/位移传感器，以减少外界环境的干扰，提高其测量线性度。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种超低温漂电涡流位移/振动传感器，包括由电感线圈组成的探头、高频同轴电缆和前置放大器，所述前置放大器是由振荡电路、检波电路、滤波电路、线性校正电路、温度补偿电路、放大电路组成，其特征在于：
a.所述的电感线圈是由58.6～65.4wt％的钯元素、13.4～20.2wt％的银元素和16.6～23.4wt％的金元素制成的合金导线绕制而成；所述的电感线圈合金导线线径为0.08mm～0.18mm，外涂耐温220℃的聚酰亚胺绝缘漆；
b.所述高频同轴电缆，其芯线由至少7根合金线绞合而成，所述合金线的材料组份为：36～43wt％铜、10～17wt％金和45～52wt％银；
c.在所述前置放大器中增设线性校正电路1和线性校正电路2，每个线性校正电路都由一个固定电阻和一个精密电位器组成，其中线性校正电路1连接在振荡电路中同电阻R4直接相连的一级运算放大器353的同相端，线性校正电路2连接在振荡电路中三极管N1的发射极。
d.在所述的放大电路中增设温度补偿电路A和温度补偿电路B，每个温度补偿电路都由一个固定电阻和一个温度补偿二极管组成，其中温度补偿电路A中的固定电阻R3*采用阻值为560K的电阻，并通过该固定电阻连接至放大电路中同电阻R15直接相连的一级运算放大器353的反相端；温度补偿电路B中的固定电阻R4*采用阻值为20K的电阻，电阻R4*一端接至阻值为64.9K的电阻R16和阻值为301Ω的电阻R21的连接点处。
在上述技术方案的基础上，本发明的特征还在于：连接在振荡电路中，同电阻R4直接相连接的一级运算放大器353同相端的线性校正电路1的电阻值，可在0.85kΩ～1.8KΩ范围内调整。连接在振荡电路中三极管N1的发射极上的线性校正电路2的电阻值，可在100Ω～430Ω范围内进行调整。在放大电路中的温度补偿电路A和温度补偿电路B中使用的二极管D3、D4，其型号均为IN4148。
本发明与现有技术相比，具有以下特点和技术进步：该传感器具有超低温度漂移性能，能大大减少外界环境的干扰，保证其测量的线性度和精确度，解决了电涡流振动/位移传感器温度漂移问题。
附图说明
图1为本发明电涡流振动/位移传感器系统结构框图。
图2为本发明实施例的电路原理图。
图3a为连接在振荡三极管发射极上的线性校正电路2的电路图。
图3b为连接在振荡电路前运放同相端的线性校正电路1的电路图。
图4a为放大部分增设的温度漂移补偿电路A电路结构图。
图4b为放大部分增设的温度漂移补偿电路B电路结构图。
图5为本发明电感线圈采用的合金线和市售普通铜材线的温度漂移特性曲线图。
具体实施方式
如图1所示，本发明主要包括电感线圈1、振荡器2、检波器3、滤波器4、线性校正电路5、温度补偿电路6、放大电路7，8为被测体。图2D1检波电路III、滤波电路VI、线性校正电路V、温度补偿电路VI、放大电路VII和电源电路VIII，图中用虚线框划分开。在振荡电路三极管发射极上的线性校正电路2，由一固定电阻R1*(510Ω)和一电位器W1组成(见附图3a)，其电阻值可在100Ω～430Ω范围内调整；连接在振荡电路前运放同相端的线性校正电路1的电路，由一固定电阻R2*(2KΩ)和一电位器W2组成(见附图3b)，其电阻值的调整范围为0.85kΩ～1.8KΩ。放大电路中增设温度补偿电路A和温度补偿电路B，每个温度补偿电路都由一个固定电阻和一个温度补偿二极管组成。其中温度补偿电路A，由一个560KΩ的电阻R3*与温度补偿二极管D3所组成，被连接至一级放大运放的反相端；温度补偿电路B，由一个20K的电阻R4*与温度补偿二极管D4组成，被连接至电阻R16(64.9K)和R21(301Ω)连接点处。温度补偿二极管D3、D4均采用IN4148温度补偿二极管。由上述方法制备的电涡流传感器前置器的温度漂移系数：每度相对变化的输出量为0.0011V/℃。
本发明探头的电感线圈是用含钯、银和金元素的合金线制成的，其中：钯元素含量58.6～65.4wt％、银元素含量13.4～20.2wt％、金元素含量16.6～23.4wt％；合金线的线径为0.08mm～0.18mm，外涂耐温220℃的聚酰亚胺绝缘漆制成，这种合金导线在常温至140℃范围内的温度漂移特性曲线见图5中的曲线I，图5中的曲线II为市售普通铜材线的温度漂移特性曲线，由曲线I、曲线II相比较可知，本发明感应线圈采用的合金线温度漂移特性要比市售普通铜材线优越的多。使用高温环氧胶将本发明感应线圈固接在金属壳内制备的传感器探头，经实际检测，其温度漂移系数：每度相对变化的输出量为0.0008V/℃，远低于国内外现有同类探头的温漂系数。
本发明的高频同轴电缆芯线采用含铜36～43wt％、金10～17wt％和银45～52wt％制成的合金线，用7根合金线绞合制成芯线制作的高频同轴电缆，其温度漂移性能为：每度相对变化的输出量为0.0018V/℃。
本发明实施例公布的有关传感器前置器、探头、高频同轴电缆温漂性能实测数据均由国家认定的权威检测机构上海华东国家计量测试中心等单位出具的检测报告提供，检测报告编号200501-3-061060。
将按本发明方法制备的传感器探头、高频同轴电缆与本发明前置器相连接，制成的电涡流振动/位移传感器，其系统的温漂系数远低于现有同类产品。

Claims (3)

1.一种超低温漂电涡流位移/振动传感器，包括由电感线圈组成的探头、高频同轴电缆和前置放大器，所述前置放大器是由振荡电路、检波电路、滤波电路、线性校正电路、温度补偿电路、放大电路组成，其特征在于：
a.所述的电感线圈是由58.6～65.4wt％的钯元素、13.4～20.2wt％的银元素和16.6～23.4wt％的金元素制成的合金导线绕制而成；所述的电感线圈合金导线线径为0.08mm～0.18mm，外涂耐温220℃的聚酰亚胺绝缘漆；
b.所述高频同轴电缆，其芯线由至少7根合金线绞合而成，所述合金线的材料组成为：36～43wt％铜、10～17wt％金和45～52wt％银；
c.在所述前置放大器中增设线性校正电路1和线性校正电路2，每个线性校正电路都由一个固定电阻和一个精密电位器组成，其中线性校正电路1连接在振荡电路中同电阻R4直接相连的一级运算放大器353的同相端，线性校正电路2连接在振荡电路中三极管N1的发射极；
d.在所述的放大电路中增设温度补偿电路A和温度补偿电路B，每个温度补偿电路都由一个固定电阻和一个温度补偿二极管组成，其中温度补偿电路A中的固定电阻R3*采用阻值为560K的电阻，并通过该固定电阻连接至放大电路中同电阻R15直接相连的一级运算放大器353的反相端；温度补偿电路B中的固定电阻R4*采用阻值为20K的电阻，电阻R4*一端接至阻值为64.9K的电阻R16和阻值为301Ω的电阻R21的连接点处。
2.如权利要求1所述的一种超低温漂电涡流位移/振动传感器，其特征在于：所述线性校正电路1的电阻值，可在0.85kΩ～1.8KΩ范围内调整，线性校正电路2的电阻值，可在100Ω～430Ω范围内进行调整。
3.如权利要求1所述的一种超低温漂电涡流位移/振动传感器，其特征在于：所述放大电路中的温度补偿电路A和温度补偿电路B中使用的二极管D3、D4，其型号均为IN4148。
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