CN105953717B - 气动式位移传感器结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气动式位移传感器结构，包括外管和小型气缸组件，外管的外径小于或等于20mm，小型气缸的进气端和圆测头分别位于外管的两端，小型气缸组件还包括定位组件、铁芯、轴芯、长轴和轨道，进气端与轨道接通，长轴的一端固定有圆测头，另一端固定有铁芯，长轴在轨道中做往复伸缩运动，轴芯自由容置在轨道内，并与铁芯活动性接触，长轴通过定位组件的定位销固定方向。本发明只需对轨道提供一个0.15MPa‑0.7MPa的工作气压，即可带动长轴进行往复运动，从而通过测量位移的变化来测量物体表面的平整性；且本发明体积小，通过设置定位组件来固定长轴，避免其产生偏移，从而更使测量更精确。

Description

气动式位移传感器结构

技术领域

本发明涉及传感器及其应用领域，尤其涉及一种基于LVDT技术的气动式位移传感器的结构。

背景技术

LVDT(Linear Variable Differential Transformer)是线性可变差动变压器缩写，属于直线位移传感器。工作原理简单地说是铁芯可动变压器。它由一个初级线圈，两个次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部件组成。初级线圈、次级线圈分布在线圈骨架上，线圈内部有一个可自由移动的杆状铁芯。当铁芯处于中间位置时，两个次级线圈产生的感应电动势相等，这样输出电压为零；当铁芯在线圈内部移动并偏离中心位置时，两个线圈产生的感应电动势不等，有电压输出，其电压大小取决于位移量的大小。为了提高传感器的灵敏度，改善传感器的线性度、增大传感器的线性范围，设计时将两个线圈反串相接、两个次级线圈的电压极性相反，LVDT输出的电压是两个次级线圈的电压之差，这个输出的电压值与铁芯的位移量成线性关系。

由于现有技术的线性可变差动变压器式位移传感器的轴承运动时，轴承在进行往复运动时，容易晃动，且轴承在轨道上运动时，阻力较大，从而影响了测量的精度，而对于一些对精密性要求较高的待测物，例如测量弧面结构平整性的物体，普通的线性可变差动位移传感器的精度远远达不到。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种基于LVDT技术的气动式位移传感器，通过小型气缸组件结构，有效控制并测量长轴水平方向运动的距离，且本发明的结构稳固，大大提高了测量精度。

为了达到上述目的，本发明公开一种气动式位移传感器结构，包括外管、进气组件、运动组件、定位组件和感应组件；所述外管为圆柱形空心圆管，所述进气组件一端固定在外管一端的边缘，另一端容置在外管内，所述运动组件、定位组件和感应组件均容置在外管内，所述感应组件为感应线圈，感应线圈缠绕在运动组件上，且运动组件一端与进气组件连接，另一端固定有定位组件；所述运动组件包括轴芯、铁芯、轨道和长轴，所述铁芯与轴芯容置在轨道内，且铁芯一端与轴芯活动性接触，铁芯的另一端固定在长轴上，所述长轴一端与轨道连接，另一端从外管内穿出，所述长轴贯穿定位组件限制运动方向。

其中，所述定位组件包括第一轴承、第二轴承和定位环，所述定位环夹持在第一轴承和第二轴承之间，所述第一轴承与定位环之间和第二轴承与定位环之间都设置有垫圈。

其中，所述定位环侧边设置有开口结构，所述开口结构的两边缘均为圆弧形结构，所述长轴上设置固定有定位销，所述定位销在所述开口结构区域内运动，定位销与开口结构的两边缘接触。

其中，所述定位销为圆柱形结构，定位销与定位环开口结构的两边缘点对点接触，运动时做直线运动。

其中，所述进气组件包括进气嘴和气管，所述气管将进气嘴与轨道接通，所述进气嘴与轨道不在同一平面高度，所述气管为曲线结构，且为不容易变形的注塑硬管，所述气管分为外套管和通气管，所述外套管为曲线结构，所述通气管为直线结构，且所述通气管容置在外套管内；所述外套管上设有第一接口和第二接口，所述通气管无缝连接第一接口和第二接口，所述第一接口连接进气嘴，所述第二接口连接轨道。

其中，所述长轴与铁芯连接处设置有卡环，所述第二轴承上固定有弹簧座，所述弹簧座与卡环之间设置有复位弹簧，且所述复位弹簧缠绕在长轴上。

其中，所述外管使用防电磁干扰的高导磁材料，所述外管的两端分别设有前端盖与后端盖，所述后端盖上容置有气嘴，所述长轴穿过前端盖，所述后端盖上还设置有屏蔽线，所述屏蔽线为橡胶材料，并与外管接触连接。

其中，所述轴芯采用氧化陶瓷材料或有色金属材料。

其中，所述轨道为不锈钢直管，其为精密线割10um精度。

其中，所述进气嘴为锯齿状防退台结构，该结构呈台阶形状。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明采用LVDT技术进行精密测量，其工作原理为通过铁芯切割感应线圈的磁感线，当铁芯位置发生变化时，通过线圈产生的感应电动势的变化，得出位移量的大小。本发明只需对轨道提供一个0.15MPa-0.7MPa的工作气压，即可带动长轴进行往复运动，从而通过测量位移的变化来测量物体表面的平整性；本发明的位移传感器体积小，整个外管的外径小于或等于20mm，长轴做往返运动时，容易产生偏移，通过设置定位组件来固定长轴，避免其产生偏移，从而更使测量更精确。

附图说明

图1为本发明实施例的气动式位移传感器整体结构示意图；

图2为本发明实施例的气动式位移传感器爆炸图；

图3为本发明实施例的气动式位移传感器内部截面图。

主要元器件说明：

1、外管 2、进气组件

4、定位组件 5、弹簧组件

11、前端盖 12、后端盖

13、前端盖螺帽 14、装饰环

15、屏蔽线 21、进气嘴

22、气管 23、套筒

31、轴芯 32、铁芯

33、轨道 34、长轴

35、圆测头 41、第一轴承

42、第二轴承 43、定位环

44、定位销 45、垫圈

51、复位弹簧 52、弹簧座

53、卡环 221、外套管

222、通气管 231、铜针

232、骨架 2211、第一接口。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

请参阅图1-图3，本发明的气动式位移传感器包括外管1、进气组件2、运动组件3、定位组件4和感应组件(图未示)；外管1为圆柱形空心圆管，外管1的外径小于或等于20mm，外管的两端分别设置有前端盖11与后端盖12进行密封。进气组件2位于后端盖12一侧，进气组件2一端固定在外管1一端的边缘，另一端容置在外管1内，运动组件、定位组件4和感应组件均容置在外管1内，感应组件为感应线圈，感应线圈缠绕在运动组件上，且运动组件一端与进气组件2连接，另一端固定有定位组件4；运动组件3包括轴芯31、铁芯32、轨道33、长轴34和圆测头35，铁芯32与轴芯31容置在轨道33内，且铁芯32一端与轴芯31活动性接触，铁芯32的另一端固定在长轴34上，长轴34贯穿定位组件4限制运动方向

在本实施例中，进气组件2包括进气嘴21和气管22，进气嘴21贯穿后端盖12，并与气管22的一端连接，气管22的另一端与轨道33接通，轨道33为不锈钢直管，为精密线割10um的精度，从而更好地保证了轨道内的气密性；轨道33内容置有轴芯31，轴芯31为自由状态，并在轨道33内前后自由运动，铁芯32与轴芯31活动性接触，而铁芯32是固定在长轴34上的，在本实施例中，轴芯31做为整个气动式位移传感器的活塞结构，轴芯31采用氧化陶瓷材料或有色金属材料，质量更硬，使用寿命长。自由状态的轴芯31结构，只需提供较小的工作气压，即可驱动位移传感器的运动组件3运动，在本实施例中，工作气压为0.15MPA--0.7MPA，且由于其内部较小的摩擦力，使之测量精度达到um级别。

在本实施例中，前端盖11通过前端盖螺帽13与外管1旋紧连接，且前端盖11与外管1的连接处还设置有装饰环14，使外观更为美观时尚，前端盖螺帽13上同样设置有通孔，供长轴34穿过，其余地方密封。

在本实施例中，长轴34触碰到待测物后会进行自动恢复，其通过复位弹簧51来实现，复位弹簧51环绕在长轴34上，并由弹簧座52和卡环53进行限位，卡环53设置在长轴34与铁芯32连接固定的位置，当进气嘴21进入的气推动完长轴34向前运动后，在下一次气从进气嘴21进入之前，复位弹簧51会自动进行恢复，带动长轴34缩回到原来的位置。在本实施例中，由于长轴34的一端与铁芯32连接，另一端穿过前端盖11，与圆测头35固定连接，当圆测头35触碰到待测物后，复位弹簧51即对长轴34进行复位动作，在轨道上设置有感应线圈(图未示)，感应线圈感应铁芯32伸出与缩回过程中切割磁感线的强度，状变成电信号，并将这种信号通过铜针231导出到与之连接的外部控制电路中，从而得出测量结果。

在本实施例中，长轴34在进行往复运动的时候会产生晃动，这样会增大长轴34向前运动时的阻力，给测量精度带来一定的影响，故需要设置一个定位组件4在不影响长轴运动的情况下，对长轴34运动的方向进行一个定位。本实施例的定位组件4包括第一轴承41、第二轴承42和定位环43，弹簧座52固定在第二轴承41上，定位环43夹持在第一轴承41和第二轴承42之间，第一轴承41与定位环43之间和第二轴承41与定位环43之间都设置有垫圈45，该垫圈45为橡胶垫圈，主要为了防止冲击，防止定位销44因运动撞击第一轴承41和第二轴承42而损坏，从而能很好地提高产品的寿命。在本实施例中，定位销44为圆柱形结构，定位环43为一侧边开口的圆柱形结构，定位环43的开口端设置成圆弧形结构，定位销44设置在定位环43内，并与定位环43的开口端接触，在本实施例中，定位环43的开口结构与圆柱形的定位销44正好相切，这样的结构，有利于定位销44在运动时减小摩擦，且运动更为流畅。定位销44位于长轴34的两侧，给长轴34提供一个运动的支撑和方向，从而进一步限制了长轴34运动的方向，避免其在运动时产生旋转或者晃动，影响测量精度，也便于安装圆测头35，同时定位销44还起到固定长轴34运动长度的作用，即定位销44智能在定位环43的开口长度范围内运动，从而避免了长轴34的测量超量程范围。

在本实施例中，气管22将进气嘴21与轨道33接通，进气嘴21与轨道33不在同一平面高度，故将气管22设计成曲线结构，以方便气管22将轨道33与进气嘴21连通在一起，在本实施例中，气管22采用了不容易变形的注塑硬管，且气管22分为外套管221和通气管222，其中外套管221为曲线结构，而位于外套管221内部的通气管222为直线结构，在本实施例中，气管22和轨道33均容置在套筒23中，套筒23中设置有传输信号的铜针231，套筒23的前端为开口结构，套筒23的后端为直管结构，且该直管结构端上设置用于固定该套筒23的骨架232，套筒23内的气管22与轨道33通过灌胶方式固定。外套管221上设有第一接口2211和第二接口(图未示)，通气管222与第一接口2211和第二接口无缝连接，其中，第一接口2211连接进气嘴21，第二接口连接轨道33。通过这样的结构，很好地解决了位于不同平面的两个物体间的导通关系，且通气管222与第一接口2211和第二接口通过焊接方式固定在一起，使连接更为紧密，即使进气的压力过大时，也不至于将通气管222与第一接口2211或者第二接口断开。

在本实施例中，进气嘴21为锯齿状防退台阶结构，该结构台阶形状，当外部气源(图未示)接入进气嘴21时，锯齿状防退台阶结构，有利于增大外部气源接入口与进气嘴21的摩擦力，从而使连接更为紧密。

在本实施例中，外管1使用防电磁干扰的高导磁材料，该高导磁材料耐磨损，硬度强，使用寿命长。后端盖12除了设置有进气嘴21，还贯穿有屏蔽线15，屏蔽线15为橡胶材料，该屏蔽线15穿过后端盖12与外管1接触连接，这样的设计能够避免外部磁场干扰内部零件的运动，以免降低测量的精确度。

本发明的优势在于：

1、通过小型气缸组件驱动长轴的位移来进行精密测量，设置有自由状态的轴芯结构作为活塞，只需对轨道提供一个0.15MPa-0.7MPa的工作气压，即可带动长轴进行往复运动，从而通过测量位移的变化来测量物体表面的平整性；

2、本发明的位移传感器体积小，整个外管的外径小于或等于20mm，设计小巧，也在一定程度上节约了成本；

3、长轴做往返运动时，容易产生偏移，通过设置定位组件来固定长轴，避免其产生偏移，从而更使测量更精确，使之测量精度达到um级别。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种气动式位移传感器结构，其特征在于，包括外管、进气组件、运动组件、定位组件和感应组件；所述外管为圆柱形空心圆管，所述进气组件一端固定在外管一端的边缘，另一端容置在外管内，所述运动组件、定位组件和感应组件均容置在外管内，所述感应组件为感应线圈，感应线圈缠绕在运动组件上，且运动组件一端与进气组件连接，另一端固定有定位组件；所述运动组件包括轴芯、铁芯、轨道和长轴，所述铁芯与轴芯容置在轨道内，且铁芯一端与轴芯活动性接触，铁芯的另一端固定在长轴上，所述长轴一端与轨道连接，另一端从外管内穿出，所述长轴贯穿定位组件限制运动方向；

所述定位组件包括第一轴承、第二轴承和定位环，所述定位环夹持在第一轴承和第二轴承之间，所述第一轴承与定位环之间和第二轴承与定位环之间都设置有垫圈；

所述定位环侧边设置有开口结构，所述开口结构的两边缘均为圆弧形结构，所述长轴上设置固定有定位销，所述定位销在所述开口结构区域内运动，定位销与开口结构的两边缘接触。

2.根据权利要求1所述的气动式位移传感器结构，其特征在于，所述定位销为圆柱形结构，定位销与定位环开口结构的两边缘点对点接触，运动时做直线运动。

3.根据权利要求1所述的气动式位移传感器结构，其特征在于，所述进气组件包括进气嘴和气管，所述气管将进气嘴与轨道接通，所述进气嘴与轨道不在同一平面高度，所述气管为曲线结构，且为不容易变形的注塑硬管，所述气管分为外套管和通气管，所述外套管为曲线结构，所述通气管为直线结构，且所述通气管容置在外套管内；所述外套管上设有第一接口和第二接口，所述通气管无缝连接第一接口和第二接口，所述第一接口连接进气嘴，所述第二接口连接轨道。

4.根据权利要求1所述的气动式位移传感器结构，其特征在于，所述长轴与铁芯连接处设置有卡环，所述第二轴承上固定有弹簧座，所述弹簧座与卡环之间设置有复位弹簧，且所述复位弹簧缠绕在长轴上。

5.根据权利要求1所述的气动式位移传感器结构，其特征在于，所述外管使用防电磁干扰的高导磁材料，所述外管的两端分别设有前端盖与后端盖，所述后端盖上容置有气嘴，所述长轴穿过前端盖，所述后端盖上还设置有屏蔽线，所述屏蔽线为橡胶材料，并与外管接触连接。

6.根据权利要求1所述的气动式位移传感器结构，其特征在于，所述轴芯采用氧化陶瓷材料或有色金属材料。

7.根据权利要求1所述的气动式位移传感器结构，其特征在于，所述轨道为具有精密线割10um精度的不锈钢直管。

8.根据权利要求5所述的气动式位移传感器结构，其特征在于，所述进气嘴为锯齿状防退结构，该结构呈台阶形状。