CN105627907B - 一种实时高温线性补偿两冗余高精度角位移传感器 - Google Patents

Abstract

本发明属于角位移传感器技术领域，具体涉及一种满足高可靠性需求的滑翔飞行器，控制舱舵轴角位移测量，实现高温实时温度反馈线性补偿，达到高精度高可靠性测量的冗余设计的实时高温线性补偿两冗余高精度角位移传感器；包括2个电阻组件(1)，刷轴组件(2)，上盖(3)，下盖(4)，垫圈(5)，印制电路板(6)，温度传感器(7)及销(8)；可实现传感器内部温度实时反馈线性补偿，提高传感器的线性度，在已经成熟电位计的研制的基础上，通过结构设计在传感器的内部安装温度传感器实时测量传感器的内部温度反馈，上位机进行线性化补偿，实现高精度测量。

Description

一种实时高温线性补偿两冗余高精度角位移传感器

技术领域

本发明属于角位移传感器技术领域，具体涉及一种实时高温线性补偿两冗余高精度角位移传感器。

背景技术

常规滑翔飞行器，控制舱舵轴角位移高精度测量是采用一种环形角位移传感器，控制舱的温度到达300度，测量部分的温度高达180度左右，普通的角位移传感器，在高温环境下会出现温漂现象，影响测量精度，不肯能实现控制舱环境下的舵轴角位移测量。

目前国内外的角位移传感器主要电位计式、光电式、电磁式，旋转变压器式，电位计式的均用级别工作环境温度最高也是150度，而常用的光电式和电磁式角位移传感器工业级别的工作环境温度最高是85度，旋转变压器式的工作环境温度最高只能在120度。

本发明是提出一种能够进行实时高温线性补偿的两余度角位移传感器，电位计的关键部件是电阻体，通过电刷在电阻体上的移动拾取相应的电压信号输出，电阻体是通过电阻液配方配制喷涂在骨架上而制成，但是在高温环境下电阻的阻值会随着温度的变化而相应的变化，在传感器的内部设计一种特殊结构，在传感器的内部安装一种温度传感器，实时测量电阻体的温度，反馈输出对应的温度值，进行线性补偿达到高精度高可靠测量目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种满足高可靠性需求的滑翔飞行器，控制舱舵轴角位移测量，实现高温实时温度反馈线性补偿，达到高精度高可靠性测量的冗余设计的实时高温线性补偿两冗余高精度角位移传感器。

本发明所采用的技术方案是：

一种实时高温线性补偿两冗余高精度角位移传感器，包括2个电阻组件，刷轴组件，上盖，下盖，垫圈，印制电路板，温度传感器及销；其中，刷轴组件一端穿过下盖另一端设于上盖中，下盖上端设有1个第一级电阻组件，第一级电阻组件上端设有第二级电阻组件，第二级电阻组件上端设有上盖，上盖、两个电阻组件、下盖组成圆柱形腔体，上盖下表面设有一圈印制电路板，一直电路板上设有温度传感器，下盖上设有销，印制电路板与刷轴组件之间设有垫圈。

所述电阻组件包括骨架、电阻膜、导电条、3个铆钉、3个方垫片及3个腰形零位调节孔，骨架上设有3个方形垫片，每个方形垫片上设有一个铆钉，电阻膜为圆弧状膜层，它均匀地贴覆在骨架弧形表面靠近内环一侧的一端；导电条为长方体状，安装在骨架表面凹槽内。

所述刷轴组件包括连接套、轴、上集电环、电刷、下集电环、铆钉，轴下端和整机接口相连接，轴通过三个螺钉将连接套紧固在轴上，螺纹处涂铁锚204加固，上集电环和下集电环通过螺钉与连接套相连接，电刷通过铆钉铆接在集电环上。

所述电刷包括刷片电刷丝，刷片是与集电环安装的接口，电刷丝是通过钎焊在刷片上面，电刷丝采用0.2毫米的钯铱合金丝弯折而成，刷片为铍青铜片材料。

本发明的有益效果是：

1.可实现传感器内部温度实时反馈线性补偿，提高传感器的线性度，在已经成熟电位计的研制的基础上，通过结构设计在传感器的内部安装温度传感器实时测量传感器的内部温度反馈，上位机进行线性化补偿，实现高精度测量；

2.可实现角位移传感器的骨架耐高温的功能，骨架材料选用热缩性聚酰亚胺NGDJ-900-T该材料可以耐高温达到200度以上；

3.可以实现传感器中心零位可调节，角位移传感器的结构设计是一种环形结构，将电阻体喷涂在环形骨架上，环形骨架可以旋转一定的角度，来调节其输出零位的特性，来提高角位移传感器的测量精度；

4.采用两余度的结构设计，提高角位移传感器的可靠性。

附图说明

图1是一种实时高温线性补偿两冗余高精度角位移传感器示意图

图2是电阻组件示意图

图3是电刷组件示意图

图4是电刷结构图

图中：1.电阻组件 2.刷轴组件 3.上盖 4.下盖 5.垫圈 6.印制电路板 7.温度传感器 8.销 9.骨架 10.电阻膜 11.导电条 12.铆钉 13.方垫片 14.腰形零位调节孔 15.连接套 16.轴 17.上集电环 18.电刷 19.下集电环 20.铆钉 21.刷片22.电刷丝。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的一种进行介绍：

一种实时高温线性补偿两冗余高精度角位移传感器，包括2个电阻组件1，刷轴组件2，上盖3，下盖4，垫圈5，印制电路板6，温度传感器7及销8；其中，刷轴组件2一端穿过下盖4另一端设于上盖3中，下盖4上端设有1个第一级电阻组件1，第一级电阻组件1上端设有第二级电阻组件1，第二级电阻组件1上端设有上盖3，上盖3、两个电阻组件1、下盖4组成圆柱形腔体，上盖3下表面设有一圈印制电路板6，一直电路板6上设有温度传感器7，下盖4上设有销8，印制电路板6与刷轴组件2之间设有垫圈5。

所述电阻组件1包括骨架9、电阻膜10、导电条11、3个铆钉12、3个方垫片13及3个腰形零位调节孔14，骨架9上设有3个方形垫片13，每个方形垫片13上设有一个铆钉12，电阻膜10为圆弧状膜层，它均匀地贴覆在骨架9弧形表面靠近内环一侧的一端；导电条11为长方体状，安装在骨架9表面凹槽内。

所述刷轴组件2包括连接套15、轴16、上集电环17、电刷18、下集电环19、铆钉20，轴16下端和整机接口相连接，轴16通过三个螺钉将连接套15紧固在轴16上，螺纹处涂铁锚204加固，上集电环17和下集电环19通过螺钉与连接套15相连接，电刷18通过铆钉铆20接在集电环上。

所述电刷18包括刷片21电刷丝22，刷片21是与集电环安装的接口，电刷丝22是通过钎焊在刷片21上面，电刷丝22采用0.2毫米的钯铱合金丝弯折而成，刷片21为铍青铜片材料。

如图1所示，角位移传感器的基本组成有电阻组件1，刷轴组件2，上盖3，下盖4，垫圈5，印制电路板6，温度传感器7，销等，图中的6是一块印制电路板通过三个螺钉紧固在上盖3上面.在印制板上是多层板组成，印制板上面有两个金属化孔用来安装温度传感器，然后引出再从金属化孔处焊接后，从上盖出线孔处经过防电磁屏蔽和防热处理后引出。通过上位机进行数据采样，上位机实时的采出温度传感器的数据和角位移传感器的输出电压值，利用传感器提高的温度特性反馈系数进行实时的修正和线性度补偿，来满足系统的测量精度的要求。

如图2所示电阻组件由骨架9，电阻膜10，导电条11，铆钉12，方垫片13，腰形零位调节孔14，A电气行程B导电条范围。电阻体骨架9是裸露在外面的表层，直接和热流层接触，骨架材料能否耐高温是影响传感器性能的重要因素之一，由于传感器的电阻体是通过电阻液配方后喷涂在骨架上行程一层电阻膜，电阻膜直接影响传感器的输出特性，电阻膜10为圆弧状膜层，它均匀地贴覆在骨架9弧形表面靠近内环一侧的一端；在本实施例中，电阻膜10由电阻液在骨架9上采用现有技术喷制而成。电阻液是树脂和石墨、硅微粉按照现有技术配制的混合物。然后，用喷涂法将电阻液喷在骨架9上，经喷涂、干燥和聚合等现有技术制成电阻膜10，电阻膜10的阻值在3000150欧范围内，如2850欧、3000欧或3150欧。骨架9材料选用热缩性聚酰亚胺NGDJ-900-T该材料可以耐高温达到200度以上，能够满足高温的工作环境。骨架9的结构设计也是影响传感器零位输出的特性的重要因素，角位移传感为了提高其可靠性，采用两余度设计方案，两余度设计的关键是结构空间的设计和传感器的零位输出特性的设计，在有限的空间内既要实现两余度设计，也要传感器的零位不重合度小，这是一个关键技术，在骨架上设计3个腰形零位调节孔14可以进行微调节，在水平面上顺时针方向和逆时针方向旋转，在旋转骨架9时候喷涂在骨架9上面的电阻膜10和导电条11都会随之一起运动，实现电刷在电阻膜10上面的位置改变，直到电刷的触点和电阻膜上的中心抽头相重合，传感器的零位输出特性达到系统指标的要求。电阻组件中为了提高引出线焊接的可靠性，采用铆钉12焊接引出，在铆钉的另外一端加上方垫片13防止铆钉的旋转，提高铆钉的可靠性。导电条11为长方体状，安装在骨架9表面凹槽内，在本实施例中，导电条11长51毫米，宽2毫米，厚度0.5毫米，采用黄铜H62制成，用酚醛－缩醛粘合剂粘贴在骨架2表面凹槽内，酚醛－缩醛粘合剂采用铁猫204。

如图3所示，刷轴组件是由连接套15，轴16，上集电环17，电刷18，下集电环19，铆钉20等组成，轴16下端和整机接口相连接，轴16通过三个螺钉将连接套15紧固在轴16上，螺纹处涂铁锚204加固，上集电环17和下集电环19通过螺钉与连接套15相连接，电刷18通过铆钉铆20接在集电环上，铆钉20铆接后，铆钉一端回头然后焊接。

如图4所示，电刷是由刷片21电刷丝22组成，刷片21是与集电环安装的接口，电刷丝22是通过钎焊在刷片21上面，电刷采用0.2毫米的钯铱合金丝弯折而成，导电片21为铍青铜片材料。

本发明中的余度设计在空间结构允许的情况下还可以进行多余度设计，同时还可以在温度范围不是很高的情况还可以进行数字化输出设计，以及产品温度的动态特性，线性补偿也可以在传感器的内部进行补偿后直接输出，由本发明的实例是在空间结构紧凑的情况下进行设计，来满足系统高精度，高可靠性的要求，同时实时的反馈温度系数，进行线性度补偿修正，达到高精度输出的特性。

Claims (4)

1.一种实时高温线性补偿两冗余高精度角位移传感器，其特征在于：包括2个电阻组件(1)，刷轴组件(2)，上盖(3)，下盖(4)，垫圈(5)，印制电路板(6)，温度传感器(7)及销(8)；其中，刷轴组件(2)一端穿过下盖(4)另一端设于上盖(3)中，下盖(4)上端设有1个第一级电阻组件(1)，第一级电阻组件(1)上端设有第二级电阻组件(1)，第二级电阻组件(1)上端设有上盖(3)，上盖(3)、两个电阻组件(1)、下盖(4)组成圆柱形腔体，上盖(3)下表面设有一圈印制电路板(6)，电路板(6)上设有温度传感器(7)，下盖(4)上设有销(8)，印制电路板(6)与刷轴组件(2)之间设有垫圈(5)。

2.根据权利要求1所述的一种实时高温线性补偿两冗余高精度角位移传感器，其特征在于：所述电阻组件(1)包括骨架(9)、电阻膜(10)、导电条(11)、3个铆钉(12)、3个方垫片(13)及3个腰形零位调节孔(14)，骨架(9)上设有3个方形垫片(13)，每个方形垫片(13)上设有一个铆钉(12)，电阻膜(10)为圆弧状膜层，它均匀地贴覆在骨架(9)弧形表面靠近内环一侧的一端；导电条(11)为长方体状，安装在骨架(9)表面凹槽内。

3.根据权利要求1所述的一种实时高温线性补偿两冗余高精度角位移传感器，其特征在于：刷轴组件(2)包括连接套(15)、轴(16)、上集电环(17)、电刷(18)、下集电环(19)、铆钉(20)，轴(16)下端和整机接口相连接，轴(16)通过三个螺钉将连接套(15)紧固在轴(16)上，螺纹处涂铁锚204加固，上集电环(17)和下集电环(19)通过螺钉与连接套(15)相连接，电刷(18)通过铆钉(20)铆接在集电环上。

4.根据权利要求3所述的一种实时高温线性补偿两冗余高精度角位移传感器，其特征在于：电刷(18)包括刷片(21)电刷丝(22)，刷片(21)是与集电环安装的接口，电刷丝(22)是通过钎焊在刷片(21)上面，电刷丝(22)采用0.2毫米的钯铱合金丝弯折而成，刷片(21)为铍青铜片材料。