CN104776791B - 一种位移传感器和测量位移的方法 - Google Patents

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本发明公开了一种位移传感器和测量位移的方法。该位移传感器包括：圆锥形位移体、LC谐振电路和谐振检测模块，所述谐振检测模块用于检测LC谐振电路的谐振频率，所述圆锥形位移体穿过所述LC谐振电路的电感线圈，所述LC谐振电路的电感线圈沿所述圆锥形位移体的中心轴线移动；所述电感线圈移动到起始位置，获取所述LC谐振电路的谐振频率Dmin；所述电感线圈移动到结束位置，获取所述LC谐振电路的谐振频率Dmax；所述电感线圈移动到测试位置，所述电感线圈产生的位移其中，H是所述起始位置和所述结束位置之间的距离，D是测试位置LC谐振电路的谐振频率。本发明通过检测谐振电路的谐振频率获取位移的大小，该位移传感器结构简单，性能稳定，位移计算简便准确。

Description

一种位移传感器和测量位移的方法
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种位移传感器和测量位移的方法。
背景技术
目前，我国煤炭、化工、石油、冶金等领域设备多采用位移传感器或行程传感器以实现设备自动化控制，提高生产效率。然而当前市场中传统的位移传感器多采用干簧管电阻分压式，干簧管在震动剧烈环境中易碎，而且精度相对较差；基于霍尔效应实现的位移传感器，功耗大，价格成本高，性价比差，不适于规模生产制造；采用磁致伸缩技术设计的位移传感器虽然精度很高，但生产工艺复杂，制造成本相对较高，价格昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提出一种位移传感器和测量位移的方法，通过检测谐振电路的谐振频率获取位移的大小，该位移传感器结构简单，性能稳定，位移计算简便准确。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种位移传感器，包括：
圆锥形位移体、LC谐振电路和谐振检测模块，所述谐振检测模块用于检测LC谐振电路的谐振频率，所述圆锥形位移体穿过所述LC谐振电路的电感线圈，所述LC谐振电路的电感线圈沿所述圆锥形位移体的中心轴线移动；所述电感线圈移动到起始位置时，获取所述LC谐振电路的谐振频率Dmin；所述电感线圈移动到结束位置时，获取所述LC谐振电路的谐振频率Dmax；所述电感线圈移动到测试位置，所述电感线圈产生的位移其中，H是所述起始位置和所述结束位置之间的距离，D是测试位置LC谐振电路的谐振频率。
其中，所述LC谐振电路沿所述圆锥形位移体的中心轴线移动。
其中，所述起始位置位于所述圆锥形位移体的顶部，所述结束位置位于所述圆锥形位移体的底部。
其中，所述LC谐振电路为LC并联谐振模块，电感与电容并联形成闭合回路，所述谐振检测模块与所述电容的两端连接。
其中，所述谐振检测模块还用于为所述LC谐振电路提供交变电流。
其中，所述位移传感器还包括微处理器，数模转换器和运算放大器，所述微处理器的输入端连接所述谐振检测模块的输出端，所述微处理器依次与数模转换器，运算放大器连接；所述微处理器获取所述谐振检测模块的读数并进行位移计算，通过数模转换器将计算结果转换成对应的模拟量，经所述运算放大器将所述模拟量进行放大，并调整至电平信号的预设范围输出。
另一方面，本发明还提供一种测量位移的方法，包括如下步骤：
LC谐振电路输入交变电流，所述LC谐振电路由电感线圈和电容并联组成，所述LC谐振电路的电感线圈沿圆锥形位移体的中心轴线移动；
所述电感线圈移动到起始位置时，获取所述LC谐振电路的谐振频率Dmin；
所述电感线圈移动到结束位置时，获取所述LC谐振电路的谐振频率Dmax；
所述电感线圈移动到测试位置，所述电感线圈产生的位移其中，H是所述起始位置和所述结束位置之间的距离，D是测试位置LC谐振电路的谐振频率。
其中，所述起始位置为测量范围的起始位置，所述结束位置为测量范围的结束位置。
本发明提供的技术方案带来的有益效果：
该位移传感器包括圆锥形位移体、LC谐振电路和谐振检测模块，所述谐振检测模块用于检测LC谐振电路的谐振频率，所述圆锥形位移体穿过所述LC谐振电路的电感线圈，所述LC谐振电路的电感线圈沿所述圆锥形位移体的中心轴线移动；所述电感线圈移动到起始位置时，获取所述LC谐振电路的谐振频率Dmin；所述电感线圈移动到结束位置时，获取所述LC谐振电路的谐振频率Dmax；所述电感线圈移动到测试位置，所述电感线圈产生的位移其中，H是所述起始位置和所述结束位置之间的距离，D是测试位置LC谐振电路的谐振频率。
LC谐振电路的电感线圈在圆锥形位移体上产生的位移与LC谐振电路的谐振频率呈线性关系，通过谐振检测模块得到测试位置LC谐振模块的谐振频率，用位移计算公式得到LC谐振电路的电感线圈产生的位移；该位移传感器结构简单，性能稳定，位移计算简便准确。
附图说明
图1是本发明位移传感器实施例的结构示意图。
图2是本发明测量位移的方法实施例的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
参照图1，图1是本发明位移传感器实施例的结构示意图。
在第一实施例中，该位移传感器包括：
LC谐振电路1、圆锥形位移体2和谐振检测模块3，谐振电路1由电感和电容并联而成，谐振检测模块3连接电容的两端，其用于检测LC谐振电路1的谐振频率，圆锥形位移体2穿过LC谐振电路1的电感线圈，LC谐振电路1的电感线圈沿圆锥形位移体2的中心轴线移动，LC谐振电路整体沿着圆锥形位移体2的中心轴线移动，圆锥形位移体是固定不动的；
谐振检测模块3向LC谐振电路1输入交变电流，LC谐振电路1产生交变磁场，交变磁场在圆锥形位移体2表面产生电涡流，电涡流自产生磁场反作用在LC谐振电路1上，影响LC谐振电路1的谐振频率；
电感线圈移动到起始位置时，获取所述LC谐振电路1的谐振频率Dmin；所述电感线圈移动到结束位置时，获取所述LC谐振电路1的谐振频率Dmax；所述电感线圈移动到测试位置，所述电感线圈产生的位移其中，H是所述起始位置和所述结束位置之间的距离，D是测试位置LC谐振电路1的谐振频率。
起始位置位于圆锥形位移体的顶部，结束位置位于圆锥形位移体的底部，起始位置LC谐振电路的谐振频率Dmin小于结束位置LC谐振电路的谐振频率Dmax；
当检测位移时，在得到Dmin，Dmax和起始位置和结束位置之间的距离H的基础上，通过谐振检测模块3检测得到测试位置LC谐振电路1的谐振频率D，通过位移计算公式计算出LC谐振电路的电感线圈1产生的位移，即被测对象产生的位移。
优选的，若起始位置为圆锥形位移体2的顶点，结束位置为圆锥形位移体2的底端，起始位置和结束位置之间的距离就是圆锥形位移体2的高，用该位移传感器检测位移时，圆锥形位移体2的顶点是位移的起始参考点，电感线圈产生的位移是测试位置与该顶点之间的距离。
该位移传感器还包括：
微处理器4，数模转换器5和运算放大器6，微处理器4的输入端连接谐振检测模块3的输出端，微处理器4依次与数模转换器5，运算放大器6连接；
谐振检测模块3获取LC谐振电路1的谐振频率D，并将其转换为数字信号输出，微处理器4获取该数字信号对其进行数字滤波，为提高精度，微处理器还会对信号进行校准，然后通过位移计算公式得到被测对象产生的位移，将其传送给数模转换器5将位移计算结果转换成对应的模拟信号，经运算放大器6进行放大，并调整至电平信号的预设范围输出，其中微处理器4可以调节电平信号的输出范围。
综上，本发明实施例的位移传感器，在检测得到起始位置和结束位置LC谐振电路1的谐振频率，以及起始位置与结束位置之间的距离之后，通过检测得到测试位置LC谐振电路1的谐振频率，微处理器4对该谐振频率对应的数字信号进行优化处理，并进行位移计算，再将计算的结果传送给数模转换器5转换成模拟信号之后进行信号放大，并调整至电平信号的预设范围输出；本发明实施例的位移传感器，通过检测LC谐振电路1的谐振频率来获取位移的大小，结构简单，性能稳定，计算简便准确，并且价格低廉；检测得到待测位移对应的LC谐振电路1的谐振频率之后通过微处理器4对信号进行优化处理和位移计算，并经运算放大器6调整至预设范围输出，使检测结果更准确，读取更方便。
实施例二
参照图2，图2是本发明测量位移的方法实施例的方法流程图。
在第二实施例中，该测量位移的方法包括：
S1，LC谐振电路输入交变电流，所述LC谐振电路由电感线圈和电容并联组成，所述LC谐振电路的电感线圈沿圆锥形位移体的中心轴线移动；给LC谐振电路输入交变电流，LC谐振电路产生交变磁场。
S2，所述电感线圈移动到起始位置时，获取所述LC谐振电路的谐振频率Dmin；
带交变电流的LC谐振电路1的电感线圈沿圆锥形位移体的中心轴线移动，线圈周围的交变磁场在圆锥形位移体表面产生电涡流，电涡流自产生磁场反作用在LC谐振电路上，影响LC谐振电路的谐振频率；记录下电感线圈位于起始位置和结束位置时LC谐振电路的谐振频率，起始位置LC谐振电路的谐振频率Dmin小于结束位置LC谐振电路的谐振频率Dmax。
S3，所述电感线圈移动到结束位置时，获取所述LC谐振电路的谐振频率Dmax；
S4，所述电感线圈移动到测试位置，所述电感线圈产生的位移其中，H是所述起始位置和所述结束位置之间的距离，D是测试位置LC谐振电路的谐振频率。
在获取起始位置和结束位置LC谐振电路的谐振频率，以及起始位置与结束位置之间的距离之后，检测得到测试位置LC谐振电路的谐振频率，LC谐振电路的电感线圈产生的位移满足以上位移计算公式。
综上，给LC谐振电路1通入交变电流的情况下，记录电感线圈位于起始位置和结束位置时LC谐振电路的谐振频率，获取测试位置LC谐振电路的谐振频率和起始位置与结束位置之间的距离，LC谐振电路的电感线圈在测试位置产生的位移满足以上位移计算公式；本发明实施例的测量位移的方法，利用电磁感应的原理，通过获取LC谐振电路的谐振频率得到待测位移的大小，计算简便准确。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1. 一种位移传感器，其特征在于，包括：圆锥形位移体、LC谐振电路和谐振检测模块，所述谐振检测模块用于检测LC谐振电路的谐振频率，所述圆锥形位移体穿过所述LC谐振电路的电感线圈，所述LC谐振电路的电感线圈沿所述圆锥形位移体的中心轴线移动；所述电感线圈移动到起始位置时，获取所述LC谐振电路的谐振频率；所述电感线圈移动到结束位置时，获取所述LC谐振电路的谐振频率；所述电感线圈移动到测试位置，所述电感线圈产生的位移，其中，是所述起始位置和所述结束位置之间的距离，是测试位置LC谐振电路的谐振频率；其中，LC谐振电路整体沿着所述圆锥形位移体的中心轴线移动，所述圆锥形位移体是固定不动的；
其中，所述谐振检测模块还用于为所述LC谐振电路提供交变电流。
2.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，所述起始位置位于所述圆锥形位移体的顶部，所述结束位置位于所述圆锥形位移体的底部。
3.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，所述LC谐振电路为LC并联谐振模块，电感与电容并联形成闭合回路，所述谐振检测模块与所述电容的两端连接。
4.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，还包括微处理器，数模转换器和运算放大器，所述微处理器的输入端连接所述谐振检测模块的输出端，所述微处理器依次与数模转换器，运算放大器连接；所述微处理器获取所述谐振检测模块的读数并进行位移计算，通过数模转换器将计算结果转换成对应的模拟量，经所述运算放大器将所述模拟量进行放大，并调整至电平信号的预设范围输出。
5.一种测量位移的方法，其特征在于，所述测量位移的方法应用于权利要求1-4中任一项所述的位移传感器，所述方法包括如下步骤：
LC谐振电路输入交变电流，所述LC谐振电路由电感线圈和电容并联组成，所述LC谐振电路的电感线圈沿固定不动的圆锥形位移体的中心轴线移动；
所述电感线圈移动到起始位置时，获取所述LC谐振电路的谐振频率；
所述电感线圈移动到结束位置时，获取所述LC谐振电路的谐振频率；
所述电感线圈移动到测试位置，所述电感线圈产生的位移，其中，是所述起始位置和所述结束位置之间的距离，是测试位置LC谐振电路的谐振频率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述起始位置为测量范围的起始位置，所述结束位置为测量范围的结束位置。
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