CN102095358A - 精密位移传感装置 - Google Patents

Abstract

一种精密检测技术领域的精密位移传感装置，包括：固定框架、一个或多个受激励变形体、一个或多个力变器、激励体和约束导向机构，受激励变形体与力变器交错设置且串联连接于固定框架内，约束导向机构活动设置于固定框架内且平行于受激励变形体与力变器，激励体与约束导向机构固定连接，受激励变形体的变形方向与力变器受力方向相一致。本发明兼有位移和激励强度传感功能且结构简单，组成部件少，体积较小、并且安装方便。

Description

精密位移传感装置

技术领域

本发明涉及的是一种精密检测技术领域的位移传感器，具体是一种基于永磁、磁致伸缩和压电等材料或器件复合作用的用于检测精密机构的精密位移传感装置。

背景技术

传统方式的位移传感器多采用电感、电容或激光传感等对直线位移进行检测。准确实时监测精密移动器件或系统或仪器的位移，对于精密测量、超高精度加工机床等工具和设备的使用性能优化和运行性能的提高都至关重要，这也迫切需要一种集成化的传感机构，可以用于与移动部件集成，在结构和整体尺寸不做大的改变的同时，使所运行的系统具有既可以驱动运动又可以精确自感知该运动的量值，使这种运动驱动系统具有自驱动、自感知的智能特性。但目前研制这样一种功能集成的一体化的智能驱动、位移机构存在很大困难，其主要原因是没有性能可靠、体积紧凑、灵敏度高的高性能传感机构。

经过对现有技术的检索发现，目前市场上应用的性能最佳、使用最方便的传感器是激光位移传感器。如日本基恩士公司的LK系列激光位移传感器，其传感精度可以达到纳米，并且安装和使用非常方便，是一种非接触式测量的激光传感装置。但是这种装置的缺点是传感的实现必须要一套光路器件和光源设备，使得这种传感器的结构复杂，体积大，因此不可能集成在小体积的驱动运动设备中，致使在精密微小运行环境下，该种传感装置不能使用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种精密位移传感装置，其结构紧凑、结构强度高，无需电源驱动的情况下可方便获得传感电信号，该信号与被检测机构的直线位移具有直接对应关系，传感信号灵敏、精确。作为传感部件，其结构简单，方便在现有驱动系统或装置中集成使用，可以实现驱动和传感功能一体化的驱动、位移装置。特别适合于与精密驱动器和精密电机的集成应用。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：固定框架、一个或多个受激励变形体、一个或多个力变器、激励体和约束导向机构，其中：受激励变形体与力变器交错设置且串联连接于固定框架内，约束导向机构活动设置于固定框架内且平行于受激励变形体与力变器，激励体与约束导向机构固定连接，受激励变形体的变形方向与力变器受力方向相一致。

所述的固定框架为刚性材料体。

所述的受激励变形体为磁致伸缩材料体。

所述的受激励变形体和固定框架之间设有偏置激励体。

所述的力变器为压电材料体或压电传感器。

所述的激励体为永磁激励体、导磁激励体或电磁激励体。

所述的受激励变形体和力变器之间设有激励导引机构。

当激励体为永磁激励体时，所述的激励导引机构为两块分别设置于受激励变形体两端的导磁体；当激励体为导磁激励体时，所述的激励导引机构为分别设置于受激励变形体两端的偏置永磁式激励体和导磁体或两块分别设置于受激励变形体两端的偏置永磁式激励体。。

与现有技术相比，本发明优点包括：1、实现了一种兼有位移和激励强度传感的传感器；2、传感器结构简单，组成部件少，体积较小、并且安装方便。

基于以上优点，本发明的精密位移传感装置，特别适合制成驱动和传感一体化智能驱动器或驱动位移传感装置。

附图说明

图1为实施例1示意图；

其中：(a)为结构示意图，(b)为工作状态示意图。

图2为实施例2示意图。

图3为实施例3示意图。

图4为实施例4示意图。

图5为实施例5示意图。

其中：(a)为具有导磁激励体的传感器示意图，(b)为具有偏置永磁式激励体对的传感器示意图。

图6为实施例6示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1(a)所示，本实施例包括：固定框架1、受激励变形体2、力变器3、激励体4、约束导向机构5，其中：受激励变形体2与力变器3交错设置且串联连接于固定框架1内，约束导向机构5活动设置于固定框架内1内且平行于受激励变形体2与力变器3，激励体4与约束导向机构5固定连接，受激励变形体2的变形方向与力变器3受力方向相一致。

所述的固定框架1为刚性材料体；

所述的受激励变形体2可为磁致伸缩材料体；

所述的力变器3为压电材料体或压电传感器；

所述的激励体4为永磁体；

所述的约束导向机构5为与激励体4固连并依靠固定框架1导向的滑动或滚动或弹性变形机构。

受激励变形体2与力变器3一同初始卡紧装配在固定框架1中且激励体4在受激励变形体2与力变器3的一侧，可以在约束导向机构5的支持下，相对受激励变形体2进行平稳的靠近或远离运动，如图1(a)所示。

当激励体4为永磁体，逐渐靠近受激励变形体2时，由于受激励变形体2为磁致伸缩材料体，随着永磁激励体4的靠近，其感知永磁激励体4的磁场强度越来越强，致使受激励变形体2磁致伸长，但此时，受激励变形体2被力变器3卡紧，其伸长变形做工被转化为压在力变器上的压力，压于力变器3为压电材料体/压电传感器上，如图1(b)所示。由于力变器3为压电材料体/压电传感器，其受力所产生的电信号，随着激励体4的逐步靠近/远离，即受激励变形体2所能感受到的激励强度会逐步增强/减弱，而相应增大/减小。因此，激励体4的位移与力变器3产生的电信号强弱具有对应关系。所以通过检测力变器3产生的电信号的强度或强度变化量，可以检测到激励体4的位移变化量。所以相对激励体4的移动，所发明装置是一种直线位移传感器。

实施例2

如图2所示，本实施例中包含多个受激励变形体2以及力变器3，其位置关系为一个力变器3介于两个受激励变形体2之间并卡紧在固定框架1中或两个受激励变形体2夹于三个力变器3之间。这样有利于产生更强的力变信号，如采用力变器3为压电传感器，受激励变形体2为磁致伸缩材料体，那么产生的磁致伸缩量更大以及所产生的压电信号强度更强，有利于传感器的性能提高和方便使用。

实施例3

如图3所示，本实施例中：所述的受激励变形体2和力变器3之间设有一对导磁体对6，该导磁体6有助于防止激励体4的激励泄漏，如导磁体6有助于永磁材料激励体4形成闭合磁路，而使激励体4激励受激励变形体2的强度更强，有助于如采用磁致伸缩材料的受激励变形体2产生的磁场强度更高，使如压电式力变器3的感应更灵敏，从而提高本发明传感装置的效果。

实施例4

如图4所示，本实施例中：所述的受激励变形体2和固定框架1之间设有一个偏置激励体7。该偏置激励体7与受激励变形体2、力变器3串联并一同初始卡紧装配在固定框架1中。由于偏置激励体7的初始激励作用在受激励变形体2，如采用永磁偏置体7，其磁场初始激励磁致伸缩受激励变形体2，可以使得受激励变形体2的磁致伸缩初始磁偏置应变位于应变线性变化区间。这样，当受激励变形体2受到外部变化磁场激励时，灵敏度更高，致使力变器3产生的力变信号，如力变器3为压电传感器的压电信号灵敏度更高，从而使所发明的传感装置传感更精确和灵敏。

实施例5

如图5(a)所述，本实施例中：所述的激励体为导磁激励体8，所述的受激励变形体2和力变器3之间设有一个导磁体6和一个偏置永磁式激励体7。此种结构下，当导磁激励体8逐渐靠近受激励变形体2时，偏置永磁式激励体7、导磁激励体8和导磁体对6中的一个导磁体所形成磁回路中的空气隙越来越小，漏磁越来越少，所以受激励变形体2所感应到的由偏置永磁式激励体7产生的在磁回路中的磁场强度，即受激励变形体2所感应到的激励强度越高，所以相应的力变器3也能感应到更强的力变信号。所以，采用导磁激励体8，其移动位移也可以被感知。同理，基于这种原理，将导磁体对6均更换为偏置永磁式激励体7，如图5(b)所示。同样可以实现位移传感功能。

实施例6

如图6所示，本实施例中：所述的激励体为电磁式激励体9，具体为一个电磁线圈，原理和实施过程同前面实施例，在电磁线圈通入固定电流时，即所产生的电磁场一定，那么与永磁体情况相同，电磁线圈的移动位移可以被感知，而制成一种位移传感装置。或者，电磁线圈固定不动，其通入的电流强度变化，即加载的电磁场强度变化也可以被感知，所以本发明的位移传感装置还可以是一种电流强度传感器。

以上实施例中所述的位移传感机构，其中受激励变形体是一种当受到外部磁场激励，或外部热激励，或外部电场激励，或外部光照激励，或外部液体或气体流动扰动激励的情况下可以产生变形，并且该变形的程度随外部激励强度的增强而增加。同时，所采用的力变器是一种可以将压力转换为电、磁、色或光变化的变换器，并且力变换为电、磁、色或光的信号的强度与所受力的大小成正比。另外，激励体是一种可以产生磁、或热、或电、或光、或流体激励的物体。因此，当受激励变形体与力变器卡紧装配在固定框架中时，当激励体沿约束导向机构由远靠近受激励变形体，虽然激励体的自身激励强度不变，但随着激励体的逐步靠近，受激励变形体所能感受到的激励强度会越来越强，从而其可能的伸长量越来越大，但此伸长量会受到被卡紧的力变器的阻止，致使受激励变形体对力变器做工而产生压力，基于力变器的工作原理，该压力将会产生一个电、磁、色或光的信号，并且该信号的大小与受激励变形体感受到的外部激励强度，即激励体靠近受激励变形体的程度，也就是激励体的位移成对应关系。所以通过检测力变器产生的电、或磁、或色、或光的信号的强度或强度变化量，可以检测到激励体的位移变化量。所以相对激励体的移动，以上装置能够实现直线位移传感测量；

同理，当激励体与受激励变形体的相对位置不变，但是激励体自身的激励强度发生变化时，也可使受激励变形体对力变器产生压力，该压力将会产生对应的电、或磁、或色、或光的信号，并且该信号的大小与激励体内部产生的激励强度成对应关系。所以通过检测力变器产生的电、或磁、或色、或光的信号的强度(强度变化量)，可以检测到激励体施加激励强度的变化量。所以相对激励体施加激励，以上装置也能够实现激励强度传感测量。

Claims (8)

1.一种精密位移传感装置，其特征在于，包括：固定框架、一个或多个受激励变形体、一个或多个力变器、激励体和约束导向机构，其中：受激励变形体与力变器交错设置且串联连接于固定框架内，约束导向机构活动设置于固定框架内且平行于受激励变形体与力变器，激励体与约束导向机构固定连接，受激励变形体的变形方向与力变器受力方向相一致。

2.根据权利要求1所述的精密位移传感装置，其特征是，所述的固定框架为刚性材料体。

3.根据权利要求1所述的精密位移传感装置，其特征是，所述的受激励变形体为磁致伸缩材料体。

4.根据权利要求1所述的精密位移传感装置，其特征是，所述的力变器为压电材料体或压电传感器。

5.根据权利要求1所述的精密位移传感装置，其特征是，所述的受激励变形体和固定框架之间设有偏置激励体。

6.根据权利要求1所述的精密位移传感装置，其特征是，所述的激励体为永磁激励体、导磁激励体或电磁激励体。

7.根据权利要求1所述的精密位移传感装置，其特征是，所述的受激励变形体和力变器之间设有激励导引机构。

8.根据权利要求6或7所述的精密位移传感装置，其特征是，当激励体为永磁激励体时，所述的激励导引机构为两块分别设置于受激励变形体两端的导磁体；当激励体为导磁激励体时，所述的激励导引机构为分别设置于受激励变形体两端的偏置永磁式激励体和导磁体或两块分别设置于受激励变形体两端的偏置永磁式激励体。

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