CN109099811B - 一种位移传感器结构及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种位移传感器结构及测试方法，所述位移传感器的头部形状是高度为等差排列的台阶、或齿条、或阵列物体，在测量过程中，只会剐断头部过高的台阶或齿条，间隙示值等于该断裂台阶或齿条的已知高度，至于该台阶或齿条从哪个位置断裂，与示值无关，解决了现有位移测量中切削位置和断裂位置不一样而引起的测量误差，且不需要反复安装，所以剔除了一部分安装误差，安装使用方便，通过结构设计，结构安装调试方便，调试时伸缩自如，锁死后保证密封，可以保证在高温、高速、辐射、尘埃等恶劣环境下，测量发生高速相对剪切运动部件之间间隙值d，有利于提高测量不确定度，对于发动机叶尖运动间隙及高速铁路运动间隙校准做出了贡献。

Description

一种位移传感器结构及测试方法

技术领域

本发明属于长度测量技术领域，涉及一种位移传感器结构，该位移传感器结构用于测量发生相对高速剪切运动部件之间的间隙值。

背景技术

本发明涉及的剪切运动间隙值，常见于涡扇发动机叶尖与机匣的间隙值、高速铁路机车部件与导轨的间隙值等。通常，对于测量发生相对高速剪切运动部件之间的间隙值，使用光学式、电容式、电涡流式等非接触式位移传感器进行测量，在高温、高速、辐射、尘埃等恶劣环境下，进行高速变化的间隙测量(特别是最小间隙极值量)，由于该间隙测量属于高动态测量，受采样频率、传感器动态特性限制，不但不易测得最小间隙极值量，而且价格昂贵安装调试困难；使用柱体、长方体等形状的减材原理的位移传感器进行测量，由于冲击速度快，不但会引起高速运动部件的损坏，而且由于材料的切削位置和断裂位置不一样，测量误差也较大，而且现有的减材原理的位移传感器在安装时，需要反复取下位移传感器，进行零点磨削、零点校准、刮削量校准等，每次安装都会引入新的安装误差，引入新的误差分量，造成测量误差较大。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

为解决上述问题，本发明提出一种位移传感器结构，尤其涉及一种基于等差式减材原理的位移传感器结构，用于测量发生相对高速剪切运动部件之间的间隙值。

本发明的技术解决方案：

一方面，本发明提供一种位移传感器结构，包括：

由头部和圆轴构成的位移传感器，所述头部呈等差式结构形状，置于固定部件和运动部件之间，所述圆轴通过安装座固定在固定件上，并穿过一端安装在安装座中的测量嘴，且采用锁紧头套锁紧；

锁紧环，与测量嘴另一端配合使用，用于锁紧所述移传感器的圆轴；

置于测量嘴和锁紧头套之间的弹簧，用于给传感器圆轴施加远离运动部件的力，使位移传感器能够复位；

螺旋测微机构，通过锁紧头套施加给位移传感器推力，并记录位移传感器位置。

另一方面，本发明还提供一种位移传感器结构的测试方法，包括以下步骤：

锁紧环先不锁死位移传感器，使所述旋转螺旋测微机构能够控制传位移传感器的头部沿圆轴轴向移动；

用定标块作零点基准，使位移传感器的头部恰好未露出固定部件，记录此时螺旋测微机构显示的位置，记为间隙的零点位置L1；

去掉定标块，控制螺旋测微机构使位移传感器的头部移动至运动部件能够将所述头部剐削为止，记录此时螺旋测微机构显示的位置，记为位置L2，则冷态间隙为L2-L1，同时记录头部初始剐削状态：等差式结构头部中等差式结构的初始断裂根数n0；

用锁紧环锁死传感器的圆轴，测试结束后，记录传感器的头部剐削状态，即得到总断裂根数n1，则，剐削量Lg＝(n1-n0)×Δ，热态间隙为L2-L1-Lg，其中，Δ为等差的差值。

本发明的设计原理：

相对于现有的圆柱体式、或长方体式减材传感器而言(现有的圆柱体式、或长方体式减材传感器，其材料的切削位置和断裂位置不一样，通过测量断裂位置求取切削位置高度的方法，其测量误差也较大)，本发明提供的位移传感器结构中，位移传感器的头部形状是高度为等差排列的台阶、或齿条、或阵列物体，在测量过程中，只会剐断头部过高的台阶或齿条，间隙示值等于该断裂台阶或齿条的已知高度，至于该台阶或齿条从哪个位置断裂，与示值无关，因此，解决了以前切削位置和断裂位置不一样而引起的测量误差；

另外，本发明提供的位移传感器结构中，不需要取下位移传感器进行零点磨削校准，其零点校准、最终实验校准结果，都可以通过识别断裂的是最低哪一根已知高度的台阶或齿条，来获得间隙值，不需要反复安装，所以剔除了一部分安装误差。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种位移传感器结构，解决了现有位移测量中切削位置和断裂位置不一样而引起的测量误差，且不需要取下进行零点磨削校准，其零点校准、最终实验校准结果，不需要反复安装，所以剔除了一部分安装误差，安装使用方便，而且只要传感器的齿条没有断裂完，都不需取下，可以继续使用；本发明的结构安装调试方便，调试时伸缩自如，锁死后保证密封，可以保证在高温、高速、辐射、尘埃等恶劣环境下，测量发生高速相对剪切运动部件之间间隙值d(特别是最小间隙极值量)，有利于提高测量不确定度，对于发动机叶尖运动间隙及高速铁路运动间隙校准做出了贡献。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的位移传感器结构一种实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的位移传感器结构一种实施例的结构剖面斜视图；

图3为本发明提供的位移传感器结构一种实施例的结构剖面俯视图；

图4为本发明提供的位移传感器结构中传感器头部一种实施例结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或者更多个其他附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

实施例1

参见图1-3，本实施例提供一种位移传感器结构，包括：

由头部和圆轴构成的位移传感器103，所述头部呈等差式结构形状，置于固定部件101和运动部件102之间，所述圆轴通过安装座104固定在固定部件上，并穿过一端安装在安装座104中的测量嘴105，且采用锁紧头套109锁紧；

锁紧环110，与测量嘴105另一端配合使用，用于锁紧所述移传感器103的圆轴；

置于测量嘴105和锁紧头套109之间的弹簧106，用于给传感器圆轴施加远离运动部件102的力，使位移传感器103能够复位；

螺旋测微机构，通过锁紧头套109施加给等差式减材位移传感器103推力，并记录位移传感器103位置；

进一步的，所述圆轴通过安装座104固定在固定部件上是指在缩紧环110锁紧所述传感器103的圆轴后才进行固定。

参见图4，位移传感器103头部的形状可以为A齿条式、B台阶式或C阵列式，其中齿条或台阶的长度沿等差规律减少，阵列式是指在一个平面上，排列着m行、n列齿条，共计m×n个齿条，这些齿条的长度沿等差规律减少，上述等差差值Δ均是已知的；

进一步的，所述位移传感器103的材质可根据温度不同进行选择，例如温度在100℃～1300℃，可分别选择为蜂窝合金、石墨、Ni-石墨、陶瓷等；

具体的，所述该传感器103的头部处于固定部件101与运动部件102之间的间隙里，当间隙减小，运动部件102会将位移传感器103的头部剐削，例如会去掉过高的台阶或齿条，从而得出间隙值d，而不会引起其他台阶或齿条的断裂；

所述安装座104的中间带有螺纹内孔，通过焊接或其他方式固定在被测间隙的固定部件101上，用于固定位移传感器103后部的圆轴；

所述测量嘴105由一空心圆柱体和一圆盘组成，所述空心圆柱体内部为光面，一端带外螺纹，与安装座104配合使用，另一端带部分外螺纹，传感器103的圆轴即安装在空心圆柱体内；

所述锁紧环110为中间带有螺纹内孔的部件，通过螺纹拧紧或侧面加装顶丝等方式与测量嘴105空心圆柱体的另一端配合使用，用于锁紧位移传感器圆轴；

所述弹簧106置于测量嘴105和锁紧头套109之间，用于给位移传感器103的圆轴施加轴向力，用于调整位移传感器103初始位置时，使位移传感器103能够向右复位；

所述锁紧头套109通过侧面加装顶丝，锁紧位移传感器103的圆轴，同时方便弹簧加力；

所述螺旋测微机构108用于在调整位移传感器103初始位置时，施加给位移传感器103轴向的推力，并记录传感器位置，其原理是将螺旋运动转换为直线位移、并将螺距值细分为直线位移；

进一步的，所述螺旋测微机构108还通过测微机构固定架107固定于实验台上。

实施例2

本实施例提供位一种移传感器结构的测试方法，包括以下步骤：

S101，锁紧环110先不锁死位移传感器103，使所述旋转螺旋测微机构108能够控制传位移传感器103的头部沿圆轴轴向移动；

S102，用定标块作零点基准，使位移传感器103的头部恰好未露出固定部件，记录此时螺旋测微机构108显示的位置，记为间隙的零点位置L1；

S103，去掉定标块，控制螺旋测微机构108使位移传感器103的头部移动至运动部件能够将所述头部剐削为止，记录此时螺旋测微机构108显示的位置，记为位置L2，则冷态间隙为L2-L1，同时记录头部初始剐削状态，即初始断裂根数n0；

S104，用锁紧环110锁死传感器103的圆轴，测试结束后，记录传感器103的头部剐削状态，即得到总断裂根数n1，则，剐削量Lg＝(n1-n0)×Δ，热态间隙为L2-L1-Lg，其中，Δ为等差的差值。

具体的，将安装座104安装在被测间隙的固定部件101上，测微机构固定架107安装在实验台上，将测量嘴105通过螺纹配合安装在传感器安装座104中，将位移传感器103的圆轴安装在测量嘴105里，此时先不要用锁紧环110锁死位移传感器103，通过旋转螺旋测微机构108的轮盘控制位移传感器103的头部沿圆轴轴向能够左右移动；

用定标块作零点基准，通过阻挡位移传感器103头部伸出固定部件101左端面的方式，记录此时螺旋测微机构108显示的位置，记为间隙的零点位置L1；

然后去掉定标块，继续旋转螺旋测微机构108的轮盘，控制位移传感器103的头部向左移动，调整到运动部件102能够将位移传感器103的头部剐削为止，记录此时螺旋测微机构108显示的位置，记为位置L2，L2-L1为冷态间隙；同时记录传感器的头部齿条或台阶初始剐削状态，即初始断裂根数n0，用于实验后从总断裂根数中，减掉初始断裂根数；

最后，用锁紧环110锁死位移传感器103的圆轴，测试结束后，记录位移传感器103的头部齿条或台阶最后剐削状态，得到总断裂根数n1，然后减掉初始断裂根数n0，再乘以等差的差值Δ，就得到剐削量Lg＝(n1-n0)×Δ。L2-L1-Lg为热态间隙。

本实施例提供的移传感器结构及测试方法，安装调试方便，调试时伸缩自如，锁死后保证密封，可以保证在高温、高速、辐射、尘埃等恶劣环境下，测量发生高速相对剪切运动部件之间间隙值d(特别是最小间隙极值量)，有利于提高测量不确定度。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (8)

1.一种位移传感器结构，其特征在于，包括：

由头部和圆轴构成的位移传感器，所述头部呈等差式结构形状，置于固定部件和运动部件之间，所述圆轴通过安装座固定在固定部件上，并穿过一端安装在安装座中的测量嘴，且采用锁紧头套锁紧；

锁紧环，与测量嘴另一端配合使用，用于锁紧所述移传感器的圆轴；

置于测量嘴和锁紧头套之间的弹簧，用于给传感器圆轴施加远离运动部件的力，使位移传感器能够复位；

螺旋测微机构，通过锁紧头套施加给位移传感器推力，并记录位移传感器位置。

2.根据权利要求1所述的一种位移传感器结构，其特征在于，所述位移传感器头部的形状可以为齿条式、台阶式或阵列式。

3.根据权利要求1所述的一种位移传感器结构，其特征在于，所述安装座的中间带有螺纹内孔，通过焊接或其他方式固定在被测间隙的固定部件上，用于固定位移传感器后部的圆轴。

4.根据权利要求1所述的一种位移传感器结构，其特征在于，所述测量嘴由一空心圆柱体和一圆盘组成，所述空心圆柱体内部为光面，一端带外螺纹，与安装座配合使用，另一端带部分外螺纹。

5.根据权利要求1所述的一种位移传感器结构，其特征在于，所述锁紧环为中间带有螺纹内孔的部件，通过螺纹拧紧或侧面加装顶丝方式与测量嘴空心圆柱体的另一端配合使用，用于锁紧位移传感器圆轴。

6.根据权利要求1所述的一种位移传感器结构，其特征在于，所述圆轴通过安装座固定在固定部件上是指在缩紧环锁紧所述传感器的圆轴后才进行固定。

7.根据权利要求6所述的一种位移传感器结构的测试方法，其特征在于，所述位移传感器的头部的形状为齿条式、台阶式或阵列式。

8.一种位移传感器结构的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

锁紧环先不锁死位移传感器，使旋转螺旋测微机构能够控制位移传感器的头部沿圆轴轴向移动；

用定标块作零点基准，使位移传感器的头部恰好未露出固定部件，记录此时螺旋测微机构显示的位置，记为间隙的零点位置L1；

去掉定标块，控制螺旋测微机构使位移传感器的头部移动至运动部件能够将所述头部剐削为止，记录此时螺旋测微机构显示的位置，记为位置L2，则冷态间隙为L2-L1，同时记录头部初始剐削状态：等差式结构头部中等差式结构的初始断裂根数n0；

用锁紧环锁死传感器的圆轴，测试结束后，记录传感器的头部剐削状态，即得到总断裂根数n1，则，剐削量Lg＝(n1-n0)×Δ，热态间隙为L2-L1-Lg，其中，Δ为等差的差值。

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