CN101261112A - 液压支架直线位移传感器检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压支架直线位移传感器检测装置及检测方法。该直线位移传感器检测装置，包括励磁机构、位移传感器检测本体，该励磁机构包括挤磁水平励磁单元和防水平漏磁垂直挤磁单元；该位移传感器检测本体包括恒流源电路、干簧管检测电路和信号滤波电路，本发明传感器的检测方法是将位移量转变为电阻值变化，电阻值的变化是应用干簧管在一定的磁场强度下导通的原理实现，恒流源驱动电流在负载电阻上产生压降，通过检测负载电阻两端的电压实现，使位移量与检测电压成线性关系以进行检测。本发明直线位移传感器检测灵敏度与测量精度高，通过采用有源阻容低通网络，提高了本发明直线位移传感器的抗震性能。

Description

液压支架直线位移传感器检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及检测技术，具体涉及一种适合于矿业综采作业高震动环境中，并且具有较高的检测精度、灵敏度和高抗振性的液压支架直线位移传感器检测装置及相应的一种液压支架直线位移检测方法。

背景技术

液压支架电液控制系统最早是在上世纪70年代开始研发，80年代就进入实际应用阶段，到了90年代，液压支架电液控制系统技术已成熟，工作性能和可靠性已能满足使用技术要求，液压支架传感器也随着技术的进步，其工作性能与可靠性也在不断完善。

位移传感器的发展经历了经典电磁位移传感器阶段(江小霞，钟荣龙，卢长耿.磁致伸缩位移传感器的应用.传感器技术.2003，(1)：50-52)和半导体位移传感器发展阶段(禹延光，孙晓明，魏振路等.半导体激光管位移传感器的模型建立及仿真分析.光学技术.1999，(3)：11-13)。

基于半导体光电特性的新型传感器(黄伟，周肇飞，张涛.集成光电传感器的研究。激光技术.2004，28(6)：596-597)，它们以光束为信息载体，具有非接触、高精度等优点，引发了位移传感器技术革命，使测量向非接触方向发展，跃上一个新的台阶，形成了现代传感器技术和学科的重要分支。

在高精度位移检测场合，一般采用光栅进行位移检测。例如：三菱公司的电梯系统轿箱的位移检测使用光电编码器；FESTO公司的带位移检测的死循环气动系统使用电位器式位移传感器(刘勤，马凤鸣，刘鸣.差动变压式传感器位移测量系统设计.天津工程师范学院学报.2005，15(3)：50～53)，BOST公司的产品中小位移的检测采用差动式电感位移传感器。

西门子公司申请的专利号为02808461.6，名称为无源的磁性位置传感器该传感器的工作量程仅有几个厘米，采用磁性磁化磁片吸合从而构成电阻回路来检测位置，该发明为了提高检测精度，提出了一种对永磁的磁性力改进的无源磁性位置传感器。

日本株式会社小松制作所申请的专利号为200510054876.5，名称为位移传感器的发明专利中应用磁霍尔元件检测因磁部件的位移。

日本伺服株式会社申请的专利号为200510004137名称为磁线性位置传感器的发明专利中采用将磁通的变化转化为电压输出的一种霍尔元件，检测的线性范围为10mm。

日本株式会社小松制作所申请的专利号为200510054876.5，名称为位移传感器的发明专利中应用磁霍尔元件检测因磁部件的位移。

南京航空航天大学申请的专利号为200510040268，名称为磁位移传感器的发明专利中测量传感器与被测物体之间的气息处的磁通密度来得到被测物与传感器之间的距离信息。

以上所述这些专利或者文献均未给出适用于液压支架系统的直线位移传感器技术，日本株式会社小松制作所申请的位移传感器虽可适合于大量程的场合，但因为液压支架系统中位移传感器是裸露在工矿下，所以该发明装置安装与工作原理并不适合液压支架系统中。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不能提供一种能有效给出适用于液压支架系统的直线位移传感器技术这一技术问题，本发明提供了一种适合于矿业综采作业高震动环境中，并且具有较高的检测精度、灵敏度和高抗振性的液压支架直线位移传感器检测装置及相应的一种液压支架直线位移检测方法。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：提供一种液压支架直线位移传感器检测装置，所述压支架直线位移传感器包括励磁机构、位移传感器检测本体，其中，所述励磁机构包括挤磁水平励磁单元和防水平漏磁垂直挤磁单元；所述位移传感器检测本体包括恒流源电路、干簧管检测电路和信号滤波电路；所述液压支架直线位移传感器测距所需电流流经由所述干簧管检测电路组成的检测本体，通过所述外置励磁机构的位移激励某处干簧管唯一吸合，生成检测电压，所述检测电压通过所述滤波电路得到可接置液压支架电液主控系统单元的消噪电压信号。

根据本发明的一优选实施例：所述励磁机构采用两对磁体同级对挤生成增强磁路指向性、磁场强度的所述挤磁水平励磁单元。

根据本发明的一优选实施例：所述磁体为马蹄型。

根据本发明的一优选实施例：在所述马蹄形磁体两侧对夹有轴向励磁磁环。

根据本发明的一优选实施例：所述位移传感器检测本体采用干簧管作为磁控开关。

根据本发明的一优选实施例：所述干簧管等距离排放并与电源相连。

根据本发明的一优选实施例：所述挤磁水平励磁单元产生的磁路与所述干簧管的夹角为零度，所述防水平漏磁垂直挤磁单元中的轴向励磁回路与所述干簧管的夹角为90度。

根据本发明的一优选实施例：所述位移传感器检测本体采用灌封胶式结构。

本发明还提供了一种液压支架直线位移检测方法，所述液压支架直线位移检测方法为：将位移量转变为电阻值变化，所述电阻值的变化是应用干簧管在一定的磁场强度下导通的原理实现，恒流源驱动电流在负载电阻上产生压降，通过检测负载电阻两端的电压实现，使位移量与检测电压成线性关系。

根据本发明的一优选实施例：所述检测方法具体包括步骤：一、将所述励磁机构相对所述位移传感器检测本体移动；二、将位移量增加转变为对应负载电阻增加；三、检测所述负载电阻两端的电压；四、根据所述负载电阻两端电压与所述位移量的对应关系得到位移距离。

本发明液压支架直线位移传感器对液压支架控制系统的位移测量单元摆脱了全面需要进口的依赖，采用干簧管作为检测的磁控开关完成了大量程测距的需求，并根据干簧管吸合工作原理利用外置励磁单元结构的改变，提高了直线位移传感器的检测灵敏度与测量精度，同时降低了生产与加工的时间，通过采用有源阻容低通网络，提高了本发明直线位移传感器的抗震性能。

附图说明

图1.本发明液压支架直线位移传感器检测装置中直线位移传感器装置内部干簧管与电源相连的对应关系结构示意图；

图2.干簧管与水平磁力线工作坐标示意图；

图3.干簧管与垂直磁力线工作坐标示意图；

图4.马蹄形磁铁结构示意图；

图5.外置励磁磁环的剖面结构示意图；

图6.马蹄形磁铁剖面磁路H分析示意图；

图7.外置励磁磁环磁路H分析示意图；

图8.外置励磁机构结构示意图；

图9.位移传感器外壳结构示意图；

图10.本发明液压支架直线位移传感器装置结构示意图；

图11.强震动情况下位移传感器检测端输出波形示意图；

图12.恒流源电路原理图；

图13.干簧管检测电路原理图；

图14.有源阻容低通网络滤波电路原理图；

图15.本发明液压支架直线位移传感器检测装置及检测方法中检测方法流程图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细地说明：

本发明的目的在于针对干簧管106PI值的离散特性改变外置励磁机构101的磁力回路，提高检测的精度。

为了满足大量程测距、综采抗震需求与液压支架系统中直线位移传感的高测量精度，本发明提供一种大量程、高精度、高抗震性直线位移传感器装置，该装置不仅能保证在高震动环境测出液压支架推遛与拉溜直线行程，而且能满足测距精度约等于4mm，同时该装置加工简单，适合于批量生产。

为实现上述发明目的，本发明所提供的液压支架直线位移传感器检测装置，包括励磁机构101、位移传感器检测本体102，其中，所述励磁机构101包括挤磁水平励磁单元和防水平漏磁垂直挤磁单元；所述位移传感器检测本体102包括恒流源电路103、干簧管检测电路104和信号滤波电路105；所述液压支架直线位移传感器测距所需电流流经由所述干簧管106检测电路104组成的检测本体，通过所述外置励磁机构101的位移激励某处干簧管106唯一吸合，生成检测电压，所述检测电压通过所述滤波电路105得到可接置液压支架电液主控系统单元的消噪电压信号。

本发明位移传感器装置的工作原理是将位移量转变为电阻值变化，电阻值的变化是应用干簧管106在一定的磁场强度下导通的原理来实现的，恒流源驱动电流在负载电阻上产生压降，通过检测负载电阻两端的电压来实现的，使位移量与检测电压成线性关系。测距本体的设计是采用干簧管106作为磁控开关，通过由专门设计的外部励磁环路使在当前位移量处的干簧管106吸合，由此生成与该位移量相对应的电压值。因此当外部励磁环路移动或者说是测距本体电路移动时会在检测输出端输出与该位移量相对应的电压。

本发明还提供了一种液压支架直线位移检测方法，所述液压支架直线位移检测方法为：将位移量转变为电阻值变化，所述电阻值的变化是应用干簧管106在一定的磁场强度下导通的原理实现，恒流源驱动电流在负载电阻上产生压降，通过检测负载电阻两端的电压实现，使位移量与检测电压成线性关系。具体检测步骤可以参阅图15，如图15所示，所述检测方法具体包括步骤：一、将所述励磁机构101相对所述位移传感器检测本体102移动；二、将位移量增加转变为对应负载电阻增加；三、检测所述负载电阻两端的电压；四、根据所述负载电阻两端电压与所述位移量的对应关系得到位移距离。

本发明专利的励磁机构101采用两对马蹄形磁体107同级对挤生成增强型励磁磁路，如图4和图5中所示。为防止气隙外泄磁路而导致同时有两个干簧管106吸合情况，在该对挤马蹄形磁体107两侧对夹上两个普通轴向励磁磁环108，这两个磁环可以阻止马蹄磁体107的气隙外泄磁路。本发明直线位移传感器中的马蹄形对挤产生的磁路与干簧管106夹角为零度，装置中的轴向励磁回路与干簧管106夹角为90度，由干簧管106的工作原理可知磁路与干簧管106夹角为90度时干簧管106不工作。因此该装置满足了当外置励磁回路在某一处时仅是与之对应的干簧管106吸合工作。

该发明测距装置的检测滤波电路105设计可以提高该装置的抗震性能，采用有源阻容低通网络作为该装置的滤波电路105，所述有源阻容低通网络滤波电路105原理图可以参阅图14，在本实施例中所选用放大器型号为LM258，电阻为560K欧，电容为0.1uF，RC值得选择是根据需要滤出的噪声带宽决定。实际矿下测试中测得该震动噪声的频率为大于20Hz，该滤波电路105的时间常数τ＝0.56s，该值可以滤出大于17.8Hz的震动噪声。

当一个电流强度为I恒流源驱动电流通过一排串联负载电阻，电阻之间接有干簧管106，干簧管106等间距排放与电源109相连。磁环在传感器上通过时，干簧管106就导通，对应负载电阻增加，检测负载上的电压，就能确定磁环在传感器上的移动距离如图1所示。磁环从B点向A移动N个干簧管106间距后，B点到导通干簧管106的阻值为R_x：R_X＝(N-1)R+R₀。

图2给出了干簧管106在水平磁力线下吸合与关断的位置关系坐标，通过分析该坐标，设计马蹄形磁铁如图4所示的的外置励磁磁环108。该发明专利的测距方向与图2，图3的X轴方向一致。图5给出了干簧管106在垂直磁力线下吸合与关断的位置关系坐标，通过分析该坐标，设计了如图8的外置励磁装置，该装置的主要目的是为了阻止马蹄磁体107对挤后生成的气隙外泄磁路，该外泄磁路会导致当某一位置时不只一个干簧管106吸合工作从而带来的误差。图6是马蹄形磁铁剖磁路H分析图，该图是马蹄形磁环的俯视图，该图可以很明显的看到外泄的磁路，图7是外置励磁磁环108磁路H分析图，通过分析该图，该励磁装置可以满足水平的磁路只存在于马蹄形磁环中，因此当励磁单元处于某一处时，只能让与其对应的干簧管106吸合工作。

图8为外置励磁机构101实体结构示意图，在图8中励磁磁环108被磁环外壳110包裹。图9为该发明装置位移传感器钢体外壳结构示意图，图10为灌封胶后的液压支架直线位移传感器装置结构示意图，检测时外置励磁机构101套在该位移传感器实体单元外，水平移动外置励磁机构101，在输出端就可得到如图11所示的0.5V至4.5V的检测电压波形，图中111为封胶、112为干簧管检测电路板、113为输出接线头。

本发明中恒流源电路103原理图可以参阅图12，如图12所示该电路输入12V电压，输出为0.1667mA电流。电源109输入端的两个二极管构成安全栅，二极管选用1N5822，1N5822是一个低功耗，高效率，电流承载能力强的二极管器件，具有瞬时保护功能，其封装为DO-201AD。安全栅之后接一限流电阻和去藕电容，C₁，C₂分别为4.7μF，0.01μF。最后是恒流源的输出部分，选用的三端恒流源器件为LM234，该器件的电压输入范围为1～40V，输出电流值由一个外部电阻R₁＝750Ω设定，不需要其他设置，其输出电流精度为3％，电流可调范围为1μA～10mA，单个外接电阻构成的恒流源其温度系数不好，电流随温度的变化满足0.33％/℃，抑制温漂需要加一个电阻R₂＝7.5KΩ和一个二极管型号为1N457如图所示，由于此型号二极管目前没有，选用普通二极管1N4148，当外接一个27KΩ负载时，负载电压为4.501V，满足要求。如图12所示，电流：

$I_{\mathrm{set}}=\frac{67.7\mathrm{mV}}{R_1}+\frac{67.7\mathrm{mV}+V_D}{10R_1}.$

本发明中干簧管检测电路原理图可以参阅图13，如图13所示该电路输入为恒电流，该电流由图12接出，输出为与位移相对应的检测电压。当外置励磁单元的磁力线经过某点处的干簧管时此干簧管吸合，电流I流经此干簧管106后的所有电阻，从而在输出端产生相应的电压，图中114为检测电压、115为磁力线、116为电阻。

本发明液压支架直线位移传感器对液压支架控制系统的位移测量单元摆脱了全面需要进口的依赖，采用干簧管106作为检测的磁控开关完成了大量程测距的需求，并根据干簧管106吸合工作原理利用外置励磁单元结构的改变，提高了直线位移传感器的检测灵敏度与测量精度，同时降低了生产与加工的时间，通过采用有源阻容低通网络，提高了本发明直线位移传感器的抗震性能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种液压支架直线位移传感器检测装置，包括励磁机构(101)、位移传感器检测本体(102)，其特征是：所述励磁机构(101)包括挤磁水平励磁单元和防水平漏磁垂直挤磁单元；所述位移传感器检测本体(102)包括恒流源电路(103)、干簧管检测电路(104)和信号滤波电路；所述液压支架直线位移传感器测距所需电流流经由所述干簧管(106)检测电路组成的检测本体，通过所述外置励磁机构(101)的位移激励某处干簧管(106)唯一吸合，生成检测电压，所述检测电压通过所述滤波电路得到可接置液压支架电液主控系统单元的消噪电压信号。

2.根据权利要求1所述液压支架直线位移传感器检测装置，其特征在于：所述励磁机构(101)采用两对磁体(107)同级对挤生成增强磁路指向性、磁场强度的所述挤磁水平励磁单元。

3.根据权利要求2所述液压支架直线位移传感器检测装置，其特征在于：所述磁体(107)为马蹄型。

4.根据权利要求2或3所述液压支架直线位移传感器检测装置，其特征在于：在所述马蹄形磁体(107)两侧对夹有轴向励磁磁环(108)。

5.根据权利要求1所述液压支架直线位移传感器检测装置，其特征在于：所述位移传感器检测本体(102)采用干簧管(106)作为磁控开关。

6.根据权利要求1所述液压支架直线位移传感器检测装置，其特征在于：所述干簧管(106)等距离排放并与电源(109)相连。

7.根据权利要求1所述液压支架直线位移传感器检测装置，其特征在于：所述挤磁水平励磁单元产生的磁路与所述干簧管(106)的夹角为零度，所述防水平漏磁垂直挤磁单元中的轴向励磁回路与所述干簧管(106)的夹角为90度。

8.根据权利要求1所述液压支架直线位移传感器检测装置，其特征在于：所述位移传感器检测本体(102)采用灌封胶式结构。

9.一种液压支架直线位移检测方法，其特征在于：所述液压支架直线位移检测方法为：将位移量转变为电阻值变化，所述电阻值的变化是应用干簧管(106)在一定的磁场强度下导通的原理实现，恒流源驱动电流在负载电阻上产生压降，通过检测负载电阻两端的电压实现，使位移量与检测电压成线性关系。

10.根据权利要求9所述液压支架直线位移检测方法，其特征在于：所述检测方法具体包括步骤：

A：将所述励磁机构(101)相对所述位移传感器检测本体(102)移动；

B：将位移量增加转变为对应负载电阻增加；

C：检测所述负载电阻两端的电压；

D：根据所述负载电阻两端电压与所述位移量的对应关系得到位移距离。

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