CN102519349A

CN102519349A - 磁体位移传感器

Info

Publication number: CN102519349A
Application number: CN2011104377501A
Authority: CN
Inventors: 谭斌; 沈省三
Original assignee: JIKANG INSTRUMENT(BEIJING) CO Ltd
Current assignee: JIKANG INSTRUMENT(BEIJING) CO Ltd
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明涉及一种磁体位移传感器，用于测量非接触的磁体的位移，包括若干个磁敏感元件、条形支撑件和检测电路，各磁敏感元件固定设置在条形支撑件上并沿条形方向按照一定间距布置形成一个均匀分布的线性阵列，该间距为1～20毫米，检测电路的输入端与各磁敏感元件相连以在磁体沿平行于条形支撑件的条形方向移动时检测处于磁场作用范围内的各磁敏感元件的输出状态，检测电路的输出端设置有通讯接口。本发明的磁体位移传感器能够实现自动智能测量，并具有结构简单成本低廉的优点。

Description

磁体位移传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种线性阵列式的磁体位移传感器，该磁体位移传感器适用于岩土工程的土体位移监测，如土体的沉降或水平位移测量，也可以用于液位的监测。

背景技术

磁性位移计具有被测点与传感器装置完全非接触的特点，例如在岩土监测行业中的电磁式沉降仪，用于液位测量的磁致伸缩位移计等。

电磁式沉降仪是在专用的塑料材质或用非导磁材料加工的沉降管外侧套入一个或按照一定间距布置多个磁环，沉降管内放置传感器装置，该传感器装置为具有磁感应探头连接带有刻度尺的金属导线或带导线的柔性钢尺，当磁感应探头接近磁环位置时，磁环产生的磁场被磁感应探头感应并通过导线传输到孔口的指示器发出声光指示，此时磁感应探头距离沉降管管口的位置通过刻度尺获得即得到了被测磁环的当前位置，按照一定的时间间隔重复相同的操作，即可获取被测磁环的位置变化从而得到磁环的竖向位移变化规律。被测的磁环与带有刻度尺的磁性探头或带导线的柔性钢尺完全非接触，该传感器装置结构简单、可靠性好而得到广泛采用。但是，这种传感器装置的磁感应探头仅有一个磁敏感元件，在电磁式沉降仪中使用时只能感应到“有”和“无”两种磁场状态，其磁环的位置完全靠操作者进行判断，而且整个操作必须由人工完成，无法实现自动测量，因此难以获取连续的过程变化数据还提高了人工成本。此外，这种传感器装置仅能用于竖直安装的电磁式沉降仪，且仅限于测量竖向位移。

磁致伸缩位移计通过传感器装置的非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置实现对被测点的实际位移值的测量，其传感器装置是通过磁致波导丝产生磁致弹性伸缩形成的磁致扭转波为传播媒介的传感器装置，为保证磁致波导丝转轴的磁性，需采用特殊材料且比较贵的磁致波导丝，此外磁致伸缩传感器的装配工艺非常复杂，这些因素必然导致传感器装置的制造成本居高不下，不利于在工程实践中进行大面积推广。

发明内容

本发明针对现有的传感器装置存在无法实现自动测量，难以获取连续的变化数据，而且仅限于测量竖向位移，以及成本高的等工程技术问题，提供一种用于测量非接触的磁体位移的磁体位移传感器，该磁体位移传感器能够实现自动智能测量，并具有结构简单成本低廉的优点。

本发明的技术方案如下：

一种磁体位移传感器，用于测量非接触的磁体的位移，其特征在于，包括若干个磁敏感元件、条形支撑件和检测电路，所述各磁敏感元件固定设置在条形支撑件上并沿条形方向按照一定间距布置形成一个均匀分布的线性阵列，所述间距为1～20毫米，所述检测电路的输入端与各磁敏感元件相连以在磁体沿平行于条形支撑件的条形方向移动时检测处于磁场范围内的各磁敏感元件的输出状态，所述检测电路的输出端设置有通讯接口。

所述磁敏感元件为舌簧开关。

所述磁敏感元件为霍尔开关。

所述条形支撑件为条形的印刷电路板，所述各磁敏感元件焊接在所述印刷电路板上，所述检测电路集成在所述印刷电路板上。

所述检测电路包括编码器和CPU，所述编码器的输入端与各磁敏感元件相连，所述编码器的输出端与CPU相连，所述CPU设置有通讯接口。

所述间距为1～10毫米。

所述条形支撑件的条形长度为2米。

本发明的技术效果如下：

本发明涉及的磁体位移传感器，包括若干个磁敏感元件、条形支撑件和检测电路，各磁敏感元件固定设置在条形支撑件上并沿条形方向按照一定间距布置形成一个均匀分布的线性阵列，在没有受到磁场作用的时侯，所有的磁敏感元件的输出状态都处于关闭状态，当磁体沿平行于条形支撑件的条形方向移动时，即当磁体沿着排成线性阵列的磁敏感元件移动时，处于磁体磁场作用范围内的磁敏感元件将会产生响应，并且产生响应的磁敏感元件的输出状态将会发生变化，即磁体磁场将被一个或多个磁敏感元件所感应并产生输出至检测电路，检测电路检测各磁敏感元件的输出状态，就可以得到磁体所在的位置。由于磁敏感元件是按照事先已知规律分布、固定间距排列的，因此磁敏感元件的输出状态就能反映磁体的真实位置。该磁体位移传感器的结构简单，解决了现有的传感器装置只能感应到“有”和“无”两种磁场状态而且必需人工完成操作的问题，能够实现自动智能测量，可以获取连续的过程变化数据，无需人工操作，降低了人工成本，并且只要磁体沿平行于条形支撑件的条形方向移动就能得到磁体的位移，故适用于两个物体间的相对位移测量，如竖直位移、水平位移等，解决了现有的传感器装置只能测量竖向位移的问题。

磁敏感元件采用舌簧开关，若干个舌簧开关形成一个舌簧式开关阵列，具有结构简单、成本低廉的优点。

磁敏感元件采用霍尔开关，若干个霍尔开关形成一个霍尔开关阵列，具有响应速度快、测量分辨力高、使用寿命长的优点。

条形支撑件设计为条形的印刷电路板，将各磁敏感元件焊接在该印刷电路板上，并将检测电路集成在该印刷电路板上。各磁敏感元件的状态信息通过设置在印刷电路板上的检测电路来检测各磁敏感元件的输出状态，使得本发明的磁体位移传感器集成度高，提高了其运行效率。

附图说明

图1为本发明磁体位移传感器的结构示意图。

图2为本发明磁体位移传感器的工作原理图。

图3为本发明磁体位移传感器的优选结构示意图。

图中各标号列示如下：

1-磁敏感元件；2-条形支撑件；3-磁体；4-印刷电路板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行说明。

本发明公开了一种磁体位移传感器，其结构示意图如图1所示，包括若干个磁敏感元件1、条形支撑件2和检测电路，各磁敏感元件1固定设置在条形支撑件2上并沿条形方向按照一定间距布置形成一个均匀分布的线性阵列，为提高磁体位移传感器的分辨力，该间距通常设置在1～20毫米之间，优选设置为1～10毫米或2～5毫米，检测电路的输入端与各磁敏感元件1相连，检测电路的输出端设置有通讯接口。针对磁敏感元件的固有的开关的两种状态特点，磁敏感元件1可以采用舌簧开关，也可以采用霍尔开关。采用舌簧开关时，形成一个舌簧式开关阵列；采用霍尔开关时，形成一个霍尔开关阵列。

本发明的磁体位移传感器的工作原理如图2所示，该磁体位移传感器与磁体3配合工作，磁敏感元件1在感应不到磁体3产生的磁场作用时，磁敏感元件1的输出状态处于关闭状态，当磁体3沿平行于条形支撑件2的条形方向移动时，处于磁体3磁场作用范围内的磁敏感元件1将会产生响应，并且触发磁敏感元件1的输出状态发生变化。在磁体3的磁场作用范围内将由一个或多个磁敏感元件1的状态发生变化，所有磁敏感元件1的输出状态均输出至检测电路，检测电路检测各磁敏感元件1的输出状态，就可以得到磁体3所在的位置。

图3为本发明磁体位移传感器的优选结构示意图。该磁体位移传感器将条形支撑件设计为条形的印刷电路板4，各磁敏感元件1按照固定的间距焊接在该条形的印刷电路板4上并沿条形的印刷电路板4的条形方向形成一个均匀分布的线性阵列，组成一个检测磁体3位置的传感器，该固定间距可以设置为1～10毫米，印刷电路板4的条形长度可以为0.5米、1米、2米；检测电路集成在所述印刷电路板4上，检测电路包括编码器和CPU，编码器的输入端与各磁敏感元件1相连，编码器的输出端与CPU相连，当磁敏感元件的个数比较多超出编码器输入接口时可采用多个编码器，CPU上设置有通讯接口和电源接口。电源接口接入外电源后为检测电路提供电源，磁体位移传感器开始进行磁体位移测量的工作。

当磁体3沿着平行于印制电路板4的方向移动时，其磁场将被一个或多个磁敏感元件1所感应并产生输出，各磁敏元件1的状态将会发生变化例如有被开启，各磁敏元件1的状态信息经编码器编码后由CPU进行处理以检测每个磁敏感元件1的输出状态，就可以得到磁体3相对于印制电路板4的位置。最后通过通讯接口如RS485端口输出到信号总线供数据采集设备进行采集并记录。

本发明的磁体位移传感器设有地址、传感器序列号等相关信息，该磁体位移传感器具有智能检测及通讯的功能，并能够通过通讯接口以特定的通讯协议与外部网络实现通讯，同一网络中可以有多个这样的磁体位移传感器，多个传感器通过地址识别实现物理区分，即每支磁体位移传感器都有一个唯一的物理地址，使用一根电缆可传输多支磁体位移传感器的信号实现多支传感器的级联。该磁体位移传感器改变了现有的传感器装置只能用于检测“有”与“无”两种状态的单个的磁敏元件的使用情况，将磁敏感元件组合使用并进行特定设置，其与磁体配合工作，并利用检测电路检测每个磁敏感元件的状态，磁体位移传感器与被测的磁体间保持非接触状态，适用于两个物体间的相对位移测量，经不同形式的密封封装后，可通过检测沉降管外侧套入的磁环的移动实现对各种岩土及结构的相对位移测量，如对土体的沉降位移的测量、土体的水平位移测量以及土体的倾斜角度的位移测量，也可以在磁体位移传感器封装好后与被测的磁体(设置在浮体上)配合工作完成对液位的监测。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims

1.一种磁体位移传感器，用于测量非接触的磁体的位移，其特征在于，包括若干个磁敏感元件、条形支撑件和检测电路，所述各磁敏感元件固定设置在条形支撑件上并沿条形方向按照一定间距布置形成一个均匀分布的线性阵列，所述间距为1～20毫米，所述检测电路的输入端与各磁敏感元件相连以在磁体沿平行于条形支撑件的条形方向移动时检测处于磁场范围内的各磁敏感元件的输出状态，所述检测电路的输出端设置有通讯接口。

2.根据权利要求1所述的磁体位移传感器，其特征在于，所述磁敏感元件为舌簧开关。

3.根据权利要求1所述的磁体位移传感器，其特征在于，所述磁敏感元件为霍尔开关。

4.根据权利要求1至3之一所述的磁体位移传感器，其特征在于，所述条形支撑件为条形的印刷电路板，所述各磁敏感元件焊接在所述印刷电路板上，所述检测电路集成在所述印刷电路板上。

5.根据权利要求4所述的磁体位移传感器，其特征在于，所述检测电路包括编码器和CPU，所述编码器的输入端与各磁敏感元件相连，所述编码器的输出端与CPU相连，所述CPU设置有通讯接口。

6.根据权利要求1所述的磁体位移传感器，其特征在于，所述间距为1～10毫米。

7.根据权利要求1所述的磁体位移传感器，其特征在于，所述条形支撑件的条形长度为2米。