CN101788259A - 双丝差动型磁致伸缩位移传感器 - Google Patents

双丝差动型磁致伸缩位移传感器 Download PDF

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一种双丝差动型磁致伸缩位移传感器，涉及传感器技术领域，所解决的是提高检测精度的技术问题。该传感器的外壳内装有骨架、固定块、信号发生组件和测量电路；所述骨架、固定块分别固定于外壳内壁的两端；其特征在于：所述信号发生组件有两组，每组信号发生组件包括一根波导丝、一个感应线圈和一个屏蔽器；每根波导丝的两端中的一端为近端，另一端为远端；两根波导丝的近端分别安装于骨架的两个内孔中，远端均安装于固定块上，并经一连接导线互连，两根波导丝的轴线相互平行；两个感应线圈分别同轴绕设于骨架上的两个内孔的外周，并反向串联后接入测量电路；两个屏蔽器分别同轴套设于本组件的感应线圈的外周。本发明提供的传感器，检测精度高。

Description

双丝差动型磁致伸缩位移传感器
技术领域
本发明涉及传感器的技术，特别是涉及一种双丝差动型磁致伸缩位移传感器的技术。
背景技术
磁致伸缩位移传感器是利用磁致伸缩材料的威德曼(Wiedeman)效应和威拉里(Villary)效应来实现绝对位移测量的非接触测量器，具有量程大、非接触、精度高、速度快、防护等级高、成本低等卓越特性，被广泛应用于机械、建筑、机床等行业。
由于磁致伸缩位移传感器是依靠电磁信号工作的，在使用时会受到空间电磁场的电磁干扰的影响，会导致感应线圈中引入各种不同规律的干扰信号(即电噪声)，而且波导丝本身受到激励后会产生随机振动，也会导致电噪声信号的产生；因此，降低噪声是磁致伸缩位移传感器必须解决的问题；
现有的磁致伸缩位移传感器都采用电路处理技术来减小噪声影响，以提高测量精度和稳定性。这种降低噪声的方法没有从信号源头处提高信噪比，当信号源中噪声影响较大时，其降噪效果较差，而且这种降低噪声的方法由于电路很复杂，调整困难，因此现有的磁致伸缩位移传感器的检测精度都不高。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种检测精度高的双丝差动型磁致伸缩位移传感器。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种双丝差动型磁致伸缩位移传感器，包括外壳和磁铁组件，所述外壳内装有骨架、固定块、信号发生组件和测量电路；所述骨架、固定块分别固定于外壳内壁的两端；所述磁铁组件活动安装于外壳的外壁上，并能沿外壳的轴向移动；其特征在于：所述信号发生组件有两组，每组信号发生组件包括一根波导丝、一个感应线圈和一个屏蔽器，而且每组信号发生组件中的各部件均与另一组信号发生组件中的各对应部件相同；
所述骨架上设有两个轴线相互平行的内孔，分别对应两组信号发生组件；
每根波导丝的两端中的一端为近端，另一端为远端；两根波导丝的近端分别安装于骨架的两个内孔中，并各经一激励导线电气连接测量电路，两根波导丝的远端均安装于固定块上，并经一连接导线互连，两根波导丝的轴线相互平行，而且两根波导丝的近端之间的连线垂直于两根波导丝的轴线；
两个感应线圈分别同轴绕设于骨架上与本组件相对应的内孔的外周，并反向串联后接入测量电路；每个感应线圈的两端中，位于固定块一侧的一端为近端，另一端为远端，两个感应线圈的近端之间的连线垂直于两根波导丝的轴线；
两个屏蔽器分别同轴套设于本组件的感应线圈的外周，每个屏蔽器的两端中，位于固定块一侧的一端为近端，另一端为远端，两个屏蔽器的近端之间的连线垂直于两根波导丝的轴线。
进一步的，所述屏蔽器是外周套设有铁磁保护套的圆环形永久磁铁。
进一步的，每根波导丝的远端装有阻尼器。
进一步的，每根波导丝的外周均套设有保护套管，每个保护套管的一端与骨架固接，另一端与固定块固接。
进一步的，所述外壳的外壁装有插座，所述插座电气连接测量电路。
本发明提供的双丝差动型磁致伸缩位移传感器，采用两组信号发生组件拾取磁铁组件的位置信息，通过两组信号发生组件输出两个极性相反的感应脉冲，由于两组信号发生组件中的两个感应线圈反向串联构成差动形式，因此两组信号发生组件输出的总输出信号的信号强度是单个信号发生组件的输出信号强度的两倍；而且由于两组信号发生组件中存在的噪声信号是相同的，因此两组信号发生组件输出的总输出信号中干扰与噪声会显著降低，能提高检测精度；另外，由于采用了外周套设有铁磁保护套的圆环形永久磁铁作为屏蔽器，因此能保护差动式线圈有效地抵抗外来空间的电磁干扰及磁铁组件靠近时所产生的影响，并有效改善差动式线圈中感应电信号的质量。
附图说明
图1是本发明实施例的双丝差动型磁致伸缩位移传感器的结构示意图；
图2是本发明实施例的双丝差动型磁致伸缩位移传感器的感应线圈的结构示意图；
图3是本发明实施例的双丝差动型磁致伸缩位移传感器的感应线圈与屏蔽器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
如图1-图3所示，本发明实施例所提供的一种双丝差动型磁致伸缩位移传感器，包括外壳9和磁铁组件8，所述外壳9内装有骨架3、固定块12、信号发生组件和测量电路13；所述骨架3、固定块12分别固定于外壳9内壁的两端；所述磁铁组件8活动安装于外壳9的外壁上，并能沿外壳9的轴向移动；其特征在于：
所述信号发生组件有两组，每组信号发生组件包括一根波导丝6、一个感应线圈5和一个屏蔽器4，而且每组信号发生组件中的各部件均与另一组信号发生组件中的各对应部件相同；
所述骨架3上设有两个轴线相互平行的内孔，分别对应两组信号发生组件；
每根波导丝6的两端中的一端为近端，另一端为远端；两根波导丝6的近端分别安装于骨架3的两个内孔中，并各经一激励导线2电气连接测量电路13，两根波导丝6的远端均安装于固定块12上，并经一连接导线11互连，两根波导丝的轴线相互平行，而且两根波导丝的近端之间的连线垂直于两根波导丝6的轴线；
两个感应线圈5分别同轴绕设于骨架3上与本组件相对应的内孔的外周，并反向串联(参见图2)后经信号导线14接入测量电路13；每个感应线圈5的两端中，位于固定块12一侧的一端为近端，另一端为远端，两个感应线圈5的近端之间的连线垂直于两根波导丝6的轴线；
两个屏蔽器4分别同轴套设于本组件的感应线圈5的外周，每个屏蔽器4的两端中，位于固定块12一侧的一端为近端，另一端为远端，两个屏蔽器4的近端之间的连线垂直于两根波导丝6的轴线；
本发明实施例中，每根波导丝6的外周均套设有保护套管7，每个保护套管7的一端与骨架3固接，另一端与固定块12固接；每根波导丝6的远端装有阻尼器10；所述外壳9的外壁装有插座1，所述插座1电气连接测量电路13；所述屏蔽器4(参见图3)是外周套设有铁磁保护套17的圆环形永久磁铁16；
本发明实施例工作时，由测量电路产生的激励脉冲通过激励导线加载到两根波导丝上，从而产生一个垂直于两根波导丝轴线的环形磁场并以光速沿两根波导丝传递，当该磁场在磁铁组件所在位置与磁铁组件所产生的固有磁场相遇时，二者的磁场矢量相叠加形成一个螺旋磁场，由此产生瞬时扭力并在每根波导丝上形成一个机械扭力波；该扭力波以超声速沿两根波导丝分别传递，在两根波导丝的远端，扭力波被阻尼器吸收；在两根波导丝的近端，扭力波由两个感应线圈分别拾取后转换为感应脉冲；通过测量出激励脉冲与扭力波返回产生的感应脉冲之间的时间差，就可以精确地计算出磁铁组件的位置，从而可以实现定位磁铁组件绝对位移大小的测量；
本发明实施例中，由于激励脉冲的电流在两根波导丝内的流向是相反的，因此两根波导丝所形成的机械扭力波的扭转方向也是相反的，使得两个感应线圈所输出的感应脉冲的极性也是相反的；由于两个感应线圈是反向串联的，使得两个感应线圈的感应脉冲相减(即构成差动形式)，因此两个感应线圈输出的总输出信号的信号强度是单个感应线圈的感应脉冲信号强度的两倍；而且由于两个感应线圈中存在的噪声信号(例如：来自外部空间的电磁干扰，或由内部电源波动、波导丝振动等因素所产生的噪声)是相同的，因此两个感应线圈输出的总输出信号中干扰与噪声会显著降低，能提高检测精度；
本发明实施例中，由于屏蔽器是外周套设有铁磁保护套的圆环形永久磁铁，圆环形永久磁铁能在感应线圈周围空间形成一个强大稳定的直流内部磁场，铁磁保护套能防止磁场外泄，因此能保护感应线圈有效地抵抗外来空间的电磁干扰及磁铁组件靠近时所产生的影响，从而缩短其死区长度；而且由于屏蔽器呈圆环形，其磁极分布在两段位置，因此在屏蔽器内部会形成一个与屏蔽器轴线平行的稳定磁场，该磁场可以使波导丝近端产生部分磁化，从而有效改善感应线圈中感应脉冲信号的质量。

Claims (5)

1.一种双丝差动型磁致伸缩位移传感器，包括外壳和磁铁组件，所述外壳内装有骨架、固定块、信号发生组件和测量电路；所述骨架、固定块分别固定于外壳内壁的两端；所述磁铁组件活动安装于外壳的外壁上，并能沿外壳的轴向移动；其特征在于：所述信号发生组件有两组，每组信号发生组件包括一根波导丝、一个感应线圈和一个屏蔽器，而且每组信号发生组件中的各部件均与另一组信号发生组件中的各对应部件相同；
所述骨架上设有两个轴线相互平行的内孔，分别对应两组信号发生组件；
每根波导丝的两端中的一端为近端，另一端为远端；两根波导丝的近端分别安装于骨架的两个内孔中，并各经一激励导线电气连接测量电路，两根波导丝的远端均安装于固定块上，并经一连接导线互连，两根波导丝的轴线相互平行，而且两根波导丝的近端之间的连线垂直于两根波导丝的轴线；
两个感应线圈分别同轴绕设于骨架上与本组件相对应的内孔的外周，并反向串联后接入测量电路；每个感应线圈的两端中，位于固定块一侧的一端为近端，另一端为远端，两个感应线圈的近端之间的连线垂直于两根波导丝的轴线；
两个屏蔽器分别同轴套设于本组件的感应线圈的外周，每个屏蔽器的两端中，位于固定块一侧的一端为近端，另一端为远端，两个屏蔽器的近端之间的连线垂直于两根波导丝的轴线。
2.根据权利要求1所述的双丝差动型磁致伸缩位移传感器，其特征在于：所述屏蔽器是外周套设有铁磁保护套的圆环形永久磁铁。
3.根据权利要求1或2所述的双丝差动型磁致伸缩位移传感器，其特征在于：每根波导丝的远端装有阻尼器。
4.根据权利要求1或2所述的双丝差动型磁致伸缩位移传感器，其特征在于：每根波导丝的外周均套设有保护套管，每个保护套管的一端与骨架固接，另一端与固定块固接。
5.根据权利要求1或2所述的双丝差动型磁致伸缩位移传感器，其特征在于：所述外壳的外壁装有插座，所述插座电气连接测量电路。
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C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20100728

Assignee: Shanghai magnetostrictive Measuring System Co Ltd

Assignor: Shanghai Renywell Measurement Technology Co.,Ltd.

Contract record no.: 2014310000085

Denomination of invention: Double-wire differential-type magnetostrictive displacement sensor

Granted publication date: 20120905

License type: Exclusive License

Record date: 20140506

LICC Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120905

Termination date: 20180304

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee