CN114322728A - 一种高带宽差动电感位移传感器 - Google Patents

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范世珣
何强
陈宁
欧阳典升
羊鹏
范大鹏
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Abstract

本发明公开了一种高带宽差动电感位移传感器，其包括两个传感器单元和衔铁，所述两个传感器单元安装于衔铁的两侧，呈对称布置安装；所述传感器单元包括安装定位于传感器封装组件内的传感器组件，所述传感器组件包括传感器线圈和传感器定子，传感器封装组件于传感器线圈之间保留了一定的间隙。所述衔铁为可移动的，当衔铁运动时，两侧的传感器单元就检测到传感器线圈中电感的变化，通过两个传感器单元得到传感器的位移量。本发明具有分辨率高、检测位移量大、精度高、可以动态测量等优点。

Description

一种高带宽差动电感位移传感器
技术领域
本发明主要涉及到微小位移测量设备技术领域，特指一种超小型、高分辨率、高带宽差动电感位移传感器。
背景技术
微小位移测量应用的主要领域有光学工程、微机械制造与装配等。高精度的传感器是精密位移测量的核心。随着制造业中加工精度要求的不断提高，精密测量的要求也越来越高，使用的环境要求也越来越复杂。
现有技术中，传统的传感器微小位移测量传感器的主要问题是：抗干扰能力差，稳定性差，分辨率低，精度不够。尤其是电涡流传感器抗干扰能力差，电容传感器分辨率抗外界磁场能力差。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种分辨率高、检测位移量大、精度高、可以动态测量的高带宽差动电感位移传感器。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种高带宽差动电感位移传感器，其包括两个传感器单元和衔铁，所述两个传感器单元安装于衔铁的两侧，呈对称布置安装；所述传感器单元包括安装定位于传感器封装组件内的传感器组件，所述传感器组件包括传感器线圈和传感器定子，传感器封装组件于传感器线圈之间保留了一定的间隙。所述衔铁为可移动的，当衔铁运动时，两侧的传感器单元就检测到传感器线圈中电感的变化，通过两个传感器单元得到传感器的位移量。
作为本发明的进一步改进：所述两个传感器单元中传感器线圈的绕制方向完全一致，通电方向也完全一致。
作为本发明的进一步改进：所述两个传感器单元中传感器封装组件采用相同的设计结构，所述传感器封装组件上留有引出传感器导线的孔位，以及安装电感传感器组件的安装孔位。
作为本发明的进一步改进：所述传感器定子上的两个立柱绕好两个传感器线圈，传感器封装组件中留有传感器组件的安装位置，再将绕好传感器线圈后的传感器定子安装传感器封装组件里。
作为本发明的进一步改进：所述传感器线圈的材料为漆包线，单侧传感器线圈采用一根线圈绕制而成；所述传感器线圈先绕传感器定子的一根立柱，绕好该立柱后再开始绕第二根立柱，两个立柱上的线圈之间是相通的。
作为本发明的进一步改进：所述传感器定子与传感器封装组件的安装定位接口采用间隙配合，通过灌胶水粘牢传感器组件。
作为本发明的进一步改进：两个所述传感器封装组件的封装套筒设置阶梯孔，用来引出传感器的导线。
作为本发明的进一步改进：所述传感器定子上具有两个圆形立柱结构，用来方便传感器线圈的缠绕。
作为本发明的进一步改进：所述传感器封装组件采用陶瓷材料，所述衔铁3的材料采用的铁氧体。
作为本发明的进一步改进：还包括解调电路，传感器采集到的信号先通过前置放大电路放大信号，再通过带通滤波器滤掉不需要的噪声；信号通过带通滤波器后，再放大，之后再与处理后的参考信号相乘，处理掉大部分交流量，得到输出直流信号，再通过积分放大器输出最终信号。
与现有技术相比，本发明的优点就在于：
1、本发明的高带宽差动电感位移传感器，结构简单紧凑、操作简便，传感器量程大幅度提高，由于传感器Q值设计比较高，使得传感器测量信号的灵敏度提高，进而提高传感器量程。传感器带宽大幅度提升，传感器探头使用的铁氧体材料，铁氧体材料具有很大磁的导率，小的电导率，使得传感器测量过程中Q值变化不会太大，带宽和分辨率都会得到很大提高。
2、本发明的高带宽差动电感位移传感器，采用电感原理，使得分辨率和线性要比以往的压电晶体更好，并且具有较强的抗干扰能力。传感器引线的设计巧妙的解决传感器出线位置不便的问题。
附图说明
图1是本发明的整体结构原理示意图。
图2是本发明传感器去掉封装后的结构图。
图3是本发明的差动式电感传感器工作原理图。
图4是本发明在具体应用实例中的电路原理示意图。
图5是本发明在具体应用实例中电感传感器解调电路原理示意图。
图例说明：
1、左电感传感器；101、左电感传感器线圈；102、左电感传感器定子；103、左电感传感器封装；2、右电感传感器；201、右电感传感器线圈；202、右电感传感器定子；203、右电感传感器封装；3、衔铁。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1-图3所示，本发明的一种高带宽差动电感位移传感器，包括两个传感器单元和衔铁3，所述两个传感器单元安装于衔铁3的两侧，呈对称布置安装；所述传感器单元包括安装定位于传感器封装组件内的传感器组件，所述传感器组件包括传感器线圈和传感器定子，传感器封装组件于传感器线圈之间保留了一定的间隙。所述衔铁3为可移动的，当衔铁3运动时，两侧的传感器单元就可以检测到传感器线圈中电感的变化，两个对称布置的传感器单元做差运算就可以得到传感器的位移量。
在具体应用实例中，传感器定子上的两个立柱绕好两个传感器线圈，传感器封装组件中留有传感器组件的安装位置，再将绕好传感器线圈后的传感器定子安装传感器封装组件里。
进一步，在具体应用实例中，传感器封装组件内用来安装传感器组件的位置采用倒圆角设计，用以方便传感器组件的装配和安装，也能有效防止传感器封装组件的内壁碰伤传感器线圈和传感器定子。
参见图1、图2和图3，在本实例中，两个传感器单元分别为左电感传感器1和右电感传感器2，左电感传感器1包括左电感传感器线圈101、左电感传感器定子102和左电感传感器封装103；右电感传感器2包括右电感传感器线圈201、右电感传感器定子202和右电感传感器封装203。左电感传感器1与右电感传感器2呈对称布置，左电感传感器线圈102绕制方式与右电感传感器线圈202完全一致，通电方向也完全一致。左电感传感器定子101和右电感传感器定子201材料和尺寸也保持完全一致，均采用导磁能力强，导电能力弱的铁氧体材料，左电感传感器定子101和右电感传感器定子201形状采用两个圆柱形立柱位于一个长方体块的两端，长方体块两端倒大圆角，使得长方体块的圆角半径和立柱的半径相等。此外，左电感传感器封装103和右左电感传感器封装203采用相同的设计结构，上面留有引出传感器导线的孔位，以及安装电感传感器的安装孔位。衔铁3位于左右电感传感器的中间位置，衔铁材料也采用导磁能力强，导电能力弱的铁氧体材料，衔铁3正对传感器的面积略大于传感器与衔铁相对的面积。
进一步，作为较佳的实施例，传感器封装组件采用三个面完全定位的方法，使得传感器组件能够安装在准确的位置。
进一步，作为较佳的实施例，所述衔铁3可以安装在微位移运动的构件上，也可以是与运动构件为一体。
进一步，作为较佳的实施例，所述传感器线圈的材料为漆包线，单侧传感器线圈采用一根线圈绕制而成。先绕传感器定子101的一根立柱，绕好该立柱后再开始绕第二根立柱，两个立柱上的线圈之间是相通的。
进一步，作为较佳的实施例，所述传感器封装组件采用陶瓷材料，其不导电、不导磁的性能使得传感器封装组件不会影响到传感器的测量。
进一步，作为较佳的实施例，所述衔铁3的材料采用的铁氧体，传感器靶标使用该材料可以很好的保证该传感器精度的提升，提高抗干扰性能。
在具体应用实例中，所述传感器定子的传感器线圈由一根导线绕制而成，绕制方法是从先绕好一个立柱之后再绕另外一个，绕制的圈数和高度由仿真和计算优化确定。
在具体应用实例中，所述传感器定子采用U形设计，两个探头设计可以提高传感器测量精度以及分辨率。
进一步，作为较佳的实施例，所述传感器定子使用铁氧体材料，用以减少探头材料对传感器线圈电感的影响，以提高精度。
进一步，作为较佳的实施例，在传感器定子上具有两个圆形立柱结构的设计方便传感器线圈的缠绕，减小了探头所占空间。
进一步，作为较佳的实施例，传感器定子与传感器封装组件的安装定位接口的设计，采用间隙配合，当塞入传感器后，灌胶水粘牢，为传感器提供了很好的定位方式。左右两个传感器封装组件的结构是一致的，其封装套筒设置两个阶梯孔，作用是引出传感器的导线，阶梯孔的设计使得传感器引出的导线便于封胶。
工作时，如图4所示为本发明传感器的解调电路，传感器采集到的信号先通过前置放大电路放大信号，再通过带通滤波器滤掉不需要的噪声，因为运动装置需要配置一定的带宽，所以带通滤波器的带宽不宜过低，过低可能会滤掉有用的信号。信号通过带通滤波器后，再放大，之后再与处理后的参考信号相乘，处理掉大部分交流量，得到输出直流信号，再通过积分放大器输出最终信号，如图5所示的解调电路有抑制噪声干扰，提高分辨率的作用。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高带宽差动电感位移传感器，其特征在于，包括两个传感器单元和衔铁，所述两个传感器单元安装于衔铁的两侧，呈对称布置安装；所述传感器单元包括安装定位于传感器封装组件内的传感器组件，所述传感器组件包括传感器线圈和传感器定子，传感器封装组件于传感器线圈之间保留了一定的间隙。所述衔铁为可移动的，当衔铁运动时，两侧的传感器单元就检测到传感器线圈中电感的变化，通过两个传感器单元得到传感器的位移量。
2.根据权利要求1所述的高带宽差动电感位移传感器，其特征在于，所述两个传感器单元中传感器线圈的绕制方向完全一致，通电方向也完全一致。
3.根据权利要求1所述的高带宽差动电感位移传感器，其特征在于，所述两个传感器单元中传感器封装组件采用相同的设计结构，所述传感器封装组件上留有引出传感器导线的孔位，以及安装电感传感器组件的安装孔位。
4.根据权利要求1所述的高带宽差动电感位移传感器，其特征在于，所述传感器定子上的两个立柱绕好两个传感器线圈，传感器封装组件中留有传感器组件的安装位置，再将绕好传感器线圈后的传感器定子安装传感器封装组件里。
5.根据权利要求4所述的高带宽差动电感位移传感器，其特征在于，所述传感器线圈的材料为漆包线，单侧传感器线圈采用一根线圈绕制而成；所述传感器线圈先绕传感器定子的一根立柱，绕好该立柱后再开始绕第二根立柱，两个立柱上的线圈之间是相通的。
6.根据权利要求4所述的高带宽差动电感位移传感器，其特征在于，所述传感器定子与传感器封装组件的安装定位接口采用间隙配合，通过灌胶水粘牢传感器组件。
7.根据权利要求4所述的高带宽差动电感位移传感器，其特征在于，两个所述传感器封装组件的封装套筒设置阶梯孔，用来引出传感器的导线。
8.根据权利要求4所述的高带宽差动电感位移传感器，其特征在于，所述传感器定子上具有两个圆形立柱结构，用来方便传感器线圈的缠绕。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的高带宽差动电感位移传感器，其特征在于，所述传感器封装组件采用陶瓷材料，所述衔铁3的材料采用的铁氧体。
10.根据权利要求1-8中任意一项所述的高带宽差动电感位移传感器，其特征在于，还包括解调电路，传感器采集到的信号先通过前置放大电路放大信号，再通过带通滤波器滤掉不需要的噪声；信号通过带通滤波器后，再放大，之后再与处理后的参考信号相乘，处理掉大部分交流量，得到输出直流信号，再通过积分放大器输出最终信号。
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