CN105588508A - 用lvdt进行位移测量的方法及其传感器铁芯安装结构 - Google Patents

Abstract

一种用LVDT进行位移测量的方法，将LVDT的铁芯与测杆相连接，在LVDT初级线圈施加激励信号后，在两侧次级线圈感应相同频率的交变信号；测杆与待测量的物件相连，通过比较所述电动势差值的幅值并参照该幅值与实际距离之间的关系即可实现位移检测，采集环境温度进行温度补偿；所述LVDT位移传感器包括固定部分和活动部分，限定所述固定部分和活动部分之间的轴向相对位移的范围，最小化所述活动部分和固定部分的轴向相对旋转，从而保证标定参数的稳定性和适用性。本发明还公开了使用所述LVDT位移传感器进行位移检测的方法。本发明铁芯结构简单，安装、检测方便，能减少测杆位移和输出电压之间的不确定性，从而提高测量精度。

Description

用LVDT进行位移测量的方法及其传感器铁芯安装结构

技术领域

本发明属于位移测量技术领域，涉及非接触位移检测装置和检测方法。

背景技术

位移测量有多种原理和方法，采用LVDT(LinearVariableDifferentialTransformer，线性可变差动变压器)技术的是其中一种。LVDT位移传感器具有以下优点：采用非接触结构、高灵敏度、高重复性、高可靠性，环境适用性强，广泛应用于航空航天、机械、建筑、纺织、铁路、化工以及科研院校等行业。

LVDT初级线圈施加激励信号后，在匝数相等的两侧次级线圈会感应相同频率的交变信号，当铁芯被测量杆推拉时，2个次级线圈与初级线圈的耦合发生变化，从而使两个次级线圈输出电压按正弦、余弦变化，铁芯位置处于两个次级线圈中间时，两个次级线圈的感应电动势大小相等，铁芯偏移中间越大，电动势差值的幅值越大。不过，现有的LVDT位移传感器存在测量精度不高的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用LVDT进行位移测量的方法及其传感器铁芯安装结构，保证合理的测量范围，保持标定参数的稳定性，可以进行LVDT位移输出的环境温度补偿，提高测量的重复性，保证现场适用性。

为达到以上目的，本发明的解决方案是：

一种用LVDT进行位移测量的方法，包括：将LVDT的铁芯与测杆相连接，在LVDT初级线圈施加激励信号后，在匝数相等的两侧次级线圈感应相同频率的交变信号；测杆与待测量的物件相连，当待测量的物件发生位移时，测杆也跟随位移，铁芯则被测杆推拉，于是两个次级线圈与初级线圈的耦合发生变化，从而使两个次级线圈输出电压按正弦、余弦变化；铁芯位置处于两个次级线圈中间时，两个次级线圈的感应电动势大小相等，铁芯偏移中间越大，电动势差值的幅值越大，通过比较所述电动势差值的幅值并参照该幅值与实际距离之间的关系即可实现位移检测，采集LVDT所处的环境温度可以位移检测进行温度补偿；

其中，LVDT位移传感器包括固定部分和活动部分，限定所述固定部分和活动部分之间的轴向相对位移的范围，最小化所述活动部分和固定部分的轴向相对旋转，从而保证标定参数的稳定性和适用性；

其中，LVDT内部安装温度传感器用以检测LVDT所处的环境温度，利用环境温度对测量数据进行温度补偿。

进一步，通过限位结构连接LVDT位移传感器的固定部分和活动部分以实现限定轴向相对位移的范围、最小化所述活动部分和固定部分的轴向相对旋转的目的。

实现上述位移测量方法的LVDT位移传感器铁芯安装结构，包括固定部分和活动部分；

所述固定部分包括限位结构、壳体、第一次级线圈、第二次级线圈、初级线圈、骨架、弹簧、温度传感器；初级线圈、第一次级线圈、第二次级线圈以及骨架固定在一起成为骨架线圈，骨架线圈和壳体固定安装为一体，为测量数据温度补偿提供依据的温度传感器和壳体固定安装为一体；

所述活动部分由铁芯和测杆固定安装在一起组成。

进一步，所述限位结构为销钉，销钉穿过设置于测杆上的限位孔固定在壳体上，约束所述活动部分和固定部分之间的相对移动；或者，所述限位结构为设置于测杆上的凸块，凸块穿过设置于骨架上的限位孔约束所述活动部分和固定部分的相对移动。

所述温度传感器固定在壳体的内壁上；所述测杆的一端和铁芯通过螺纹固定连接组成。

所述骨架中间绕制初级线圈，初级线圈两侧绕制第一次级线圈和第二次级线圈；弹簧固定在铁芯的一侧，借助弹簧的弹力使测杆和被测物件紧密贴合。

所述骨架中间设有通孔，铁芯装入骨架的通孔中；测杆的一端与被测对象相连同步位移随被测对象的移动而带动铁芯在骨架内的通孔内自由滑动；测杆的另一端通过螺纹固定连接铁芯的另一端。

所述“约束所述活动部分和固定部分之间的相对移动”是指：通过限位结构与限位孔的配合限定所述活动部分和固定部分之间轴向相对移动的范围，同时防止绕轴向转动。

其中：LVDT位移传感器将机械位移转换为电气信号输出，传感器的部件尺寸精度、安装配合对高精度测量十分重要。

LVDT位移传感器包括固定部分和可动部分，它们之间既有被检测的轴向相对位移，也存在轴向的相对旋转，尽量减小相对旋转，使相对位移保持在允许范围内，这对LVDT位移传感器的生产和现场测量有很大应用。

LVDT位移传感器输出信号主要与活动部分和静止部分的轴向相对位移相关，但是也受轴向的相对旋转影响，在铁芯安装上限制轴向相对旋转，就可以保证传感器标定参数的稳定性，从而保证测量的一致性。

一种LVDT位移传感器铁芯安装结构，其固定部分和可动部分通过销钉穿过测杆的限位孔活动连接，限定轴向位移测量范围，最小化活动部分和固定部分的轴向相对旋转，传感器内部安装温度传感器提供温度补偿信号，从而保证标定参数的稳定性和适用性。

上述传感器铁芯安装结构的检测方法步骤为：

1)将所述LVDT位移传感器活动部分与被测活动物件固定连接或者借助传感器内部弹簧回弹式连接，LVDT位移传感器固定部分固定在静止位置；

可选的，将所述LVDT位移传感器固定部分与被测活动物件固定连接或者借助传感器内部弹簧回弹式连接，LVDT位移传感器可动部分固定在静止位置。

2)被测活动物件与LVDT位移传感器有相对位移，不超过限位孔确定的相对位移变化范围，LVDT位移传感器输出有效差动电压信号，测杆连同铁芯不会绕轴向旋转，保证标定参数的稳定性，提高系统精度。

3)LVDT的差动电压信号处理单元计算位移时借助温度传感器的输出信号对环境温度变化进行补偿，获得高精度的位移测量输出。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1.本发明提供了一种LVDT位移传感器铁芯安装结构，可以大幅消除铁芯相对于骨架线圈的轴向旋转，从而保证铁芯安装位置的稳定性，使得标定参数在现场仍然稳定有效。

2.本发明提供了一种LVDT位移传感器铁芯安装结构，可以保证铁芯轴向位移在设计的范围内，防止LVDT位移传感器超量程使用，保证测量数据有效。

3.本发明降低铁芯、骨架线圈等的安装精度要求，降低了LVDT位移传感器的生产成本。

4.本发明保证部件配合稳定性，防止恶劣环境影响传感器精度。

5.本发明用温度传感器采集环境温度信号，为位移数据温度补偿提供依据。

附图说明

图1为本发明LVDT位移传感器铁芯安装结构原理示意图。

图2为本发明的一种实施例LVDT位移传感器铁芯安装结构示意图。

图3为图2所示实施例中测杆、限位孔及销钉部分结构的局部示意图。

图4a为本发明的另一种实施例LVDT位移传感器铁芯安装结构示意图。

图4b为图4a所示实施例中限位孔、销钉及骨架的局部示意图。

图5a为图4所示实施例中测杆、限位孔及销钉部分结构的局部示意图之一。

图5b为图4所示实施例中测杆、限位孔及销钉部分结构的局部示意图之二。

图5c为图4所示实施例中测杆、限位孔及销钉部分结构的局部示意图之三。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

请参阅图1-3所示，本发明的一种实施例LVDT位移传感器铁芯安装结构，包括测杆1，限位孔2，销钉3，壳体4，第一次级线圈5和第二次级线圈8，初级线圈6，铁芯7，骨架9、弹簧10、温度传感器11。

初级线圈6、第一次级线圈5和第二次级线圈8以及骨架9固定在一起成为骨架线圈，温度传感器11固定在壳体4的内壁上，壳体4和所述骨架线圈固定安装为一体，组成为LVDT位移传感器固定部分；测杆1的一端和铁芯7通过螺纹固定连接组成传感器的活动部分；销钉3穿过限位孔2固定在壳体4上，所述活动部分和固定部分之间的相对移动受限位孔2的约束。

骨架9中间绕制初级线圈6，骨架9中间设有通孔，初级线圈6两侧绕制第一次级线圈5和第二次级线圈8，骨架9固定安装在壳体4内部；弹簧10固定在铁芯7的右侧，借助弹簧10的弹力可以使测杆1和被测物件紧密贴合，即使测杆1和被测物件没有固定连接，测杆1仍然可以敏感地展现出被测物件的位移。

如图2所示，铁芯7装入骨架9的通孔中；测杆1的左端与被测对象(简明起见，图中未画出)相连同步位移，并随被测对象的移动而带动铁芯7在骨架9内的通孔内自由滑动；测杆1的右端通过螺纹固定连接铁芯7的左端；测杆1上开设有细长的限位孔2限制LVDT测量范围，销钉3穿过限位孔2固定在壳体4上，测杆1只能在限位孔2确定的(轴向)范围内移动。

销钉3的直径略微小于限位孔2的孔径：在使其能从限位孔2中穿过并能在其中沿测杆1的轴向自由滑动的前提下，销钉3的直径与限位孔2的孔径差值越小越好；由于销钉3限制，测杆1不能绕轴向旋转，局部结构如图3所示。

本发明的这种结构可以大幅消除铁芯相对于骨架线圈的轴向旋转，从而保证铁芯安装位置的稳定性，使得标定参数在现场仍然稳定有效；可以保证铁芯轴向位移在设计的范围内，防止LVDT位移传感器超量程使用，保证测量数据有效；降低铁芯、骨架线圈等的安装精度要求，降低了LVDT位移传感器的生产成本；保证部件配合稳定性，防止恶劣环境影响传感器精度。

温度传感器为测量数据温度补偿提供依据。

本发明的另一种实施例LVDT位移传感器铁芯安装结构如图4-5所示：其中，测杆1与铁芯7固定连接，并在骨架9内可以自由滑动，测杆1上固定设置凸块31，在骨架9上开设细长的限位孔2，凸块31由限位孔2中穿出；由当凸块31随着测杆1向右侧滑动到达限位孔2右侧端点并被挡住时，测杆1不能继续向右侧滑动；同理，当凸块31随着测杆1向左侧滑动到达限位孔2左侧端点并被挡住时，测杆1不能继续向左侧滑动；即通过凸块31与骨架轴向的限位孔配合，限定测杆1来回滑动的范围，从而确定LVDT的测量范围，换言之，除了将销钉3替换为凸块31、将细长的限位孔2改为开设于骨架9上，其余结构特征与前述图2-3所示实施例相同，此不赘述。

上述传感器铁芯安装结构的检测方法步骤为：

1)将所述LVDT位移传感器活动部分与被测活动物件固定连接或者借助传感器内部弹簧回弹使得测杆与被测活动物件压紧，将LVDT位移传感器固定部分固定在静止位置。

可选的，将所述LVDT位移传感器固定部分与被测活动物件固定连接或者借助传感器内部弹簧回弹使得测杆与被测活动物件压紧，LVDT位移传感器可动部分固定在静止位置。

2)被测活动物件与LVDT位移传感器有相对位移，不超过限位孔确定的相对位移变化范围，LVDT位移传感器输出有效差动电压信号，测杆连同铁芯不会绕轴向旋转，保证标定参数的稳定性，提高系统精度。

3)LVDT的差动电压信号处理单元计算位移时借助温度传感器的输出信号对环境温度变化进行补偿，获得高精度的位移测量输出。

综上所述，本发明公开了一种线性可变差动变压器传感器铁芯安装方法，LVDT位移传感器包括一个初级线圈6、两个次级线圈5和8、铁芯7、测杆1、骨架9、壳体4、弹簧10和温度传感器11等部件，LVDT初级线圈6绕制在骨架9中部，两个次级线圈5和8分别绕制在骨架9端部，构成线圈骨架后与壳体4紧固为一体，铁芯7与测杆1固定连接，初级线圈在交流电压激励下，如果测杆1与壳体4有轴向相对位移，两个次级线圈5和8之间就产生相应的差动电压输出，本发明中测杆1轴向加工限位孔2，壳体上销钉3穿过限位孔2，确定测杆1的轴向位移范围，以及防止测杆在绕轴向旋转，同时在LVDT内部安装温度传感器，检测LVDT所处环境温度，为传感器提供软硬件温度补偿依据，所述铁芯安装方法结构简单，安装方便，减少测杆位移和输出电压之间的不确定性，从而提高测量精度。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用LVDT进行位移测量的方法，其特征在于：将LVDT的铁芯与测杆相连接，在LVDT初级线圈施加激励信号后，在匝数相等的两侧次级线圈感应相同频率的交变信号；测杆与待测量的物件相连，当待测量的物件发生位移时，测杆也跟随位移，铁芯则被测杆推拉，于是两个次级线圈与初级线圈的耦合发生变化，从而使两个次级线圈输出电压按正弦、余弦变化；铁芯位置处于两个次级线圈中间时，两个次级线圈的感应电动势大小相等，铁芯偏移中间越大，电动势差值的幅值越大，通过比较所述电动势差值的幅值并参照该幅值与实际距离之间的关系即可实现位移检测，采集LVDT所处的环境温度可以位移检测进行温度补偿；

其中，LVDT位移传感器包括固定部分和活动部分，限定所述固定部分和活动部分之间的轴向相对位移的范围，最小化所述活动部分和固定部分的轴向相对旋转，从而保证标定参数的稳定性和适用性；

其中，LVDT内部安装温度传感器用以检测LVDT所处的环境温度，利用环境温度对测量数据进行温度补偿。

2.根据权利要求1所述的用LVDT进行位移测量的方法，其特征在于：通过限位结构连接LVDT位移传感器的固定部分和活动部分以实现限定轴向相对位移的范围、最小化所述活动部分和固定部分的轴向相对旋转的目的。

3.实现权利要求1或2所述位移测量方法的LVDT位移传感器铁芯安装结构，其特征在于：包括固定部分和活动部分；

所述固定部分包括限位结构、壳体(4)、第一次级线圈(5)、第二次级线圈(8)、初级线圈(6)、骨架(9)、弹簧(10)、温度传感器(11)；初级线圈(6)、第一次级线圈(5)、第二次级线圈(8)以及骨架(9)固定在一起成为骨架线圈，骨架线圈和壳体(4)固定安装为一体，为测量数据温度补偿提供依据的温度传感器(11)和壳体(4)固定安装为一体；

所述活动部分由铁芯(7)和测杆(1)固定安装在一起组成。

4.根据权利要求3所述的一种LVDT位移传感器铁芯安装结构，其特征在于：所述限位结构为销钉(3)，销钉(3)穿过设置于测杆(1)上的限位孔(2)固定在壳体(4)上，约束所述活动部分和固定部分之间的相对移动；或者，所述限位结构为设置于测杆1上的凸块(31)，凸块(31)穿过设置于骨架(9)上的限位孔约束所述活动部分和固定部分的相对移动。

5.根据权利要求3所述的LVDT位移传感器铁芯安装结构，其特征在于：

温度传感器(11)固定在壳体(4)的内壁上；测杆(1)的一端和铁芯(7)通过螺纹固定连接组成。

6.根据权利要求3所述的LVDT位移传感器铁芯安装结构，其特征在于：

骨架(9)中间绕制初级线圈(6)，初级线圈(6)两侧绕制第一次级线圈(5)和第二次级线圈(8)；弹簧(10)固定在铁芯(7)的一侧，借助弹簧(10)的弹力使测杆(1)和被测物件紧密贴合。

7.根据权利要求3所述的LVDT位移传感器铁芯安装结构，其特征在于：

骨架(9)中间设有通孔，铁芯(7)装入骨架(9)的通孔中；测杆(1)的一端与被测对象相连同步位移随被测对象的移动而带动铁芯(7)在骨架(9)内的通孔内自由滑动；测杆(1)的另一端通过螺纹固定连接铁芯(7)的另一端。

8.根据权利要求4所述的LVDT位移传感器铁芯安装结构，其特征在于：

所述“约束所述活动部分和固定部分之间的相对移动”是指：通过限位结构与限位孔的配合限定所述活动部分和固定部分之间轴向相对移动的范围，同时防止绕轴向转动。

9.一种使用权利要求3～8所述LVDT位移传感器铁芯安装结构进行位移检测的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1)将所述LVDT位移传感器活动部分与被测活动物件固定连接或者借助传感器内部弹簧进行连接，LVDT位移传感器固定部分固定在静止位置；

2)被测活动物件与LVDT位移传感器之间产生相对位移，不超过限位孔确定的相对位移变化范围，LVDT位移传感器输出有效差动电压信号，测杆连同铁芯不会绕轴向旋转，保证标定参数的稳定性，提高系统精度；

3)LVDT的差动电压信号处理单元计算位移时借助温度传感器的输出信号对环境温度变化进行补偿，获得高精度的位移测量输出。

10.一种使用权利要求3～8所述LVDT位移传感器铁芯安装结构进行位移检测的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1)将所述LVDT位移传感器固定部分与被测活动物件固定连接或者借助传感器内部弹簧进行连接，LVDT位移传感器活动部分固定在静止位置；

2)被测活动物件与LVDT位移传感器之间产生相对位移，不超过限位孔确定的相对位移变化范围，LVDT位移传感器输出有效差动电压信号，测杆连同铁芯不会绕轴向旋转，保证标定参数的稳定性，提高系统精度；

3)LVDT的差动电压信号处理单元计算位移时借助温度传感器的输出信号对环境温度变化进行补偿，获得高精度的位移测量输出。