CN112161560B - 一种基于永磁磁通测量的位移传感装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于永磁磁通测量的位移传感装置及方法，该装置包括测量探头、放大器、滤波器、A/D采集卡和计算机；所述测量探头包括相对设置的两个磁芯、两个导磁板、连接两个磁芯的磁传感器以及连接磁芯与导磁板的永磁体，两个磁芯之间通过磁传感器连接形成桥路磁芯，两个导磁板分别位于两个磁芯外端的下部，永磁体的两端分别通过磁力吸附于磁芯和导磁板；所述磁传感器用于测量磁路中的磁感应强度进而得到磁路磁通大小，获取直流信号的电压值，磁传感器输出电压值给放大器，放大器、滤波器、A/D采集卡及计算机依次连接。本发明测量不受环境因素影响，同时导磁板的设计能保证被测物在导磁板长度范围内的水平移动不影响纵向位移的测量结果。

Description

一种基于永磁磁通测量的位移传感装置及方法

技术领域

本发明涉及位移测量领域，具体是一种基于永磁磁通测量的位移传感装置及方法。

背景技术

位移测量大量应用在大坝安全监测仪器(如垂线坐标仪及引张线仪)中。现有的常见位移传感器，有电容位移传感器和光电位移传感器，其中电容位移传感器的测量极易受介质影响，水或泥污等会影响测量结果；光电位移传感器易受光照影响，且其中的精密部件无法在高湿度的环境下长时间工作。同时，在二维垂线坐标仪及引张线仪的测量中，需要同时测量两个方向的位移，因此需要保证钢丝在其中一个方向的相对位移不影响另一方向位移的测量结果，这对标定的要求极高，必要时需要制作阵列位移传感器，导致成本较高，测量流程也较为繁琐。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种基于永磁磁通测量的位移传感装置及方法，其测量不受环境因素影响，同时导磁板的设计能保证被测物在导磁板长度范围内的水平移动不影响纵向位移的测量结果。

本发明采用如下技术方案实现：

一种基于永磁磁通测量的位移传感装置，包括测量探头、放大器、滤波器、A/D采集卡和计算机；所述测量探头包括相对设置的两个磁芯、两个导磁板、连接两个磁芯的磁传感器以及连接磁芯与导磁板的永磁体，两个磁芯之间通过磁传感器连接形成桥路磁芯，两个导磁板分别位于两个磁芯外端的下部，永磁体的两端分别通过磁力吸附于磁芯和导磁板；永磁体用于在桥路磁芯中产生固定方向的磁场，形成永磁磁路；所述测量探头对准铁磁性金属待测物，使铁磁性金属待测物在导磁板长度范围内，所述磁传感器用于测量磁路中的磁感应强度进而得到磁路磁通大小，获取直流信号的电压值，磁传感器输出的电压值输出给放大器，放大器、滤波器、A/D采集卡及计算机依次连接。

进一步的，所述计算机用于根据待测金属面的位移值和常数之和与直流电压值成倒数对应关系计算出位移值。

进一步的，所述的磁芯与永磁体组成C型结构。

进一步的，所述的磁传感器为霍尔传感器、各向异性磁阻传感器、巨磁阻传感器或隧道磁阻传感器。

一种基于永磁磁通测量的位移传感方法，其特征在于：采用上述传感装置进行，所述方法包括如下步骤：

1)将测量探头对准铁磁性金属待测物，使铁磁性金属待测物在导磁板长度范围内；

2)调整测量探头中永磁体布置方向，使横向相邻的永磁体磁场方向相反，在两个磁芯以及磁传感器形成的桥路磁芯中的磁场方向相同；

3)磁传感器测量磁路中磁感应强度，获取直流信号的电压值；

4)磁传感器输出的电压值经过放大器再经过滤波器、通过A/D采集卡后传输至计算机进行处理，计算机根据待测金属面的位移值和常数之和与直流电压值成倒数对应关系计算出位移值。

进一步的，所述的铁磁性金属待测物在导磁板长度范围内水平移动时，铁磁性金属待测物与导磁板间的空气磁阻不变。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明的测量装置结构简单，由于接收元件采用半导体磁传感器，因此相比传统以线圈作为接收元件的传感器相比，频率响应高；

2)本发明中传感原理是基于磁通量测量测量，而磁通量与被测物的电特性无关，因此对不同材料兼容性好；

3)本发明中测量装置输出直流电压值与位移值和一常数之和的倒数成线性关系，数据处理简单，效率高；

4)本发明中测量装置能在恶劣的工作环境中长时间工作，适合高温、高湿度、高光照等环境；

5)本发明中位移传感器采用的导磁板设计，可以保证导磁板与被测物之间的空气间隙不变，因此空气磁阻也保持一致，使得被测物在导磁板长度范围内水平移动时不影响纵向位移测量的结果，使用方便，无需阵列位移传感器。

附图说明

图1是本发明基于永磁磁通测量的位移传感装置其中一个实施例的结构示意图；

图2是本发明基于永磁磁通测量的位移传感装置中测量探头的结构示意图及磁场示意图；

图3为本发明测量数据线性拟合图。

图中附图标记分述如下：1—测量探头，2—放大器，3—滤波器，4—A/D采集卡，5—计算机，6—铁磁性金属待测物，11—磁芯，12—导磁板，13—磁传感器，14—永磁体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供一种基于永磁磁通测量的位移传感装置，包括测量探头1、放大器2、滤波器3、A/D采集卡4和计算机5。

请进一步参阅图2，所述测量探头1包括相对设置的两个磁芯11、两个导磁板12、连接两个磁芯11的磁传感器13以及连接磁芯11与导磁板12的永磁体14，两个磁芯11之间通过磁传感器13连接形成桥路磁芯，两个导磁板12分别位于两个磁芯11外端的下部，永磁体14的两端分别通过磁力吸附于磁芯11和导磁板12，并封胶固定。永磁体14用于在桥路磁芯中产生固定方向的磁场，形成永磁磁路；所述测量探头1对准铁磁性金属待测物6，使铁磁性金属待测物6在导磁板12长度范围内，所述磁传感器13用于测量磁路中的磁感应强度进而得到磁路磁通大小，获取直流信号的电压值，磁传感器13输出的电压值经过放大器2再经过滤波器3、通过A/D采集卡4后传输至计算机5进行处理，经软件计算后即可得到位移值。

传感器测量的位移是指被测物(本实施例中为铁磁性金属待测物6)与磁传感器13之间的距离，磁传感器测量原理即是通过测量被测物与磁传感器之间的空气磁阻，得到位移值。现有技术未设置导磁板12，导致在实际测量过程中，无法保证被测物一直在传感器测量面的正中心，当传感器向左右偏移的时候，其空气磁阻会显著变化，测量误差极大。本发明实施例增加了导磁板12以后，当被测物水平移动时，只要在导磁板12的范围内，那么其空气磁阻均不会产生变化。

本发明实施例还提供一种基于永磁磁通测量的位移传感方法，其采用上述传感装置进行，所述方法包括以下步骤(参阅图1及图2)：

1)将测量探头1对准铁磁性金属待测物6，使铁磁性金属待测物6在导磁板12长度范围内；

2)图2显示的是测量探头1的结构形式以及磁场示意图，调整测量探头1中永磁体14布置方向，使横向相邻的永磁体14磁场方向相反，在两个磁芯11以及磁传感器13形成的桥路磁芯中的磁场方向相同；

3)磁传感器13测量磁路中磁感应强度，获取直流信号的电压值；

4)磁传感器13输出的电压值经过放大器2再经过滤波器3、通过A/D采集卡4后传输至计算机5进行处理，计算机5根据待测金属面的位移值和常数之和与直流电压值成倒数对应关系计算出位移值。

所述的铁磁性金属待测物6在导磁板12长度范围内水平移动时，铁磁性金属待测物6与导磁板12间的空气磁阻不变，不影响纵向位移测量的结果。

所述的磁芯11与永磁体14组成C型结构。

所述的磁传感器13可以是霍尔传感器(Hall)、各向异性磁阻传感器(AMR)、巨磁阻传感器(GMR)或隧道磁阻传感器(TMR)。

图3显示的是一组测量数据的线性拟合结果，拟合方程为：V＝-0.88+9.5782×(l+0.95)^-1，其拟合优度R²＝0.9996，说明所述的对应关系为本发明中磁传感器13获得的信号电压值与位移值和一常数之和的倒数呈线性关系。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于永磁磁通测量的位移传感装置，其特征在于：包括测量探头(1)、放大器(2)、滤波器(3)、A/D采集卡(4)和计算机(5)；所述测量探头(1)包括相对设置的两个磁芯(11)、两个导磁板(12)、连接两个磁芯(11)的磁传感器(13)以及连接磁芯(11)与导磁板(12)的永磁体(14)，两个磁芯(11)之间通过磁传感器(13)连接形成桥路磁芯，两个导磁板(12)分别位于两个磁芯(11)外端的下部，永磁体(14)的两端分别通过磁力吸附于磁芯(11)和导磁板(12)；永磁体(14)用于在桥路磁芯中产生固定方向的磁场，形成永磁磁路；所述测量探头(1)对准铁磁性金属待测物(6)，使铁磁性金属待测物(6)在导磁板(12)长度范围内，所述磁传感器(13)用于测量磁路中的磁感应强度进而得到磁路磁通大小，获取直流信号的电压值，磁传感器(13)输出的电压值输出给放大器(2)，放大器(2)、滤波器(3)、A/D采集卡(4)及计算机(5)依次连接；所述的磁芯(11)与永磁体(14)组成C型结构。

2.如权利要求1所述的基于永磁磁通测量的位移传感装置，其特征在于：所述计算机(5)用于根据待测金属面的位移值和常数之和与直流电压值成倒数对应关系计算出位移值。

3.如权利要求1所述的基于永磁磁通测量的位移传感装置，其特征在于：所述的磁传感器(13)为霍尔传感器、各向异性磁阻传感器、巨磁阻传感器或隧道磁阻传感器。

4.一种基于永磁磁通测量的位移传感方法，其特征在于：采用权利要求1-3中任一项传感装置进行，所述方法包括如下步骤：

1)将测量探头(1)对准铁磁性金属待测物(6)，使铁磁性金属待测物(6)在导磁板(12)长度范围内；

2)调整测量探头(1)中永磁体(14)布置方向，使横向相邻的永磁体(1 4)磁场方向相反，在两个磁芯(11)以及磁传感器(13)形成的桥路磁芯中的磁场方向相同；

3)磁传感器(13)测量磁路中磁感应强度，获取直流信号的电压值；

4)磁传感器(13)输出的电压值经过放大器(2)再经过滤波器(3)、通过A/D采集卡(4)后传输至计算机(5)进行处理，计算机(5)根据待测金属面的位移值和常数之和与直流电压值成倒数对应关系计算出位移值。

5.如权利要求4所述的基于永磁磁通测量的位移传感方法，其特征在于：所述的铁磁性金属待测物(6)在导磁板(12)长度范围内水平移动时，铁磁性金属待测物(6)与导磁板(12)间的空气磁阻不变。

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