CN116086298A - 一种位移传感器和基于位移传感器的位移检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种位移传感器和基于位移传感器的位移检测方法，其中，位移传感器包括：检测探头和补偿探头，其中，检测探头和补偿探头均包括多层PCB结构，其中，多层PCB结构包括交替设置的多个走线层和多个绝缘层；补偿探头还包括预设厚度的参照层和金属层，其中，参照层、金属层、以及补偿探头的多层PCB结构在补偿探头中层叠设置，且参照层设置在金属层与补偿探头的多层PCB结构之间。通过本申请，解决了现有技术中探头安装方式复杂导致位移检测误差大的技术问题。

Description

一种位移传感器和基于位移传感器的位移检测方法

技术领域

本申请涉及检测技术领域，特别是涉及一种位移传感器和基于位移传感器的位移检测方法。

背景技术

在磁悬浮轴承系统中，要实现轴的稳定悬浮需要精密的位移传感器实时检测轴的位移。磁悬浮系统对位移传感器的线性度、分辨率有较高的要求，常用的位移传感器为电涡流位移传感器。

为了减小甚至消除外界环境中温度、湿度、电场、磁场等因素对电涡流位移传感器的影响，一般采用两个电涡流位移传感器探头差分的方式。现有技术中的位移传感器工作示意图如图1所示，位移传感器的探头包括检测探头T1和补偿探头T2，T1和T2安装在传感器探头安装体A1中，每一个探头由探头骨架B1和探头线圈B2组成。传感器探头安装体为金属材质，检测探头T1用于检测探头到被检测物体之间的位移，补偿探头T2用于检测补偿探头到补偿探头检测面C1之间的位移。检测探头T1与传感器探头安装体外侧平齐。检测探头T1输出检测信号S1，S1的大小随被检测物体距离传感器探头的距离变化，补偿探头T2输出检测信号S2，S2固定不变，补偿垫片A2的厚度即补偿探头距离补偿探头检测面C2的距离，因此S2的大小与补偿垫片的厚度有关。将两个探头的输出信号S1、S2差分、处理运算，结合补偿垫片的厚度，确定被检测物体的实时位移。

传统的补偿探头安装方式为在补偿探头前通过垫片的形式安装在被检测面上，在安装无误的情况下，补偿探头到补偿探头检测面之间的位移等于补偿垫片的厚度。对于检测精度达到微米级甚至纳米级的位移传感器而言，任何安装误差都会导致位移检测结果受到干扰，常见的安装误差如图2所示，包括探头安装倾斜D1和补偿垫片倾斜D2。以上误差导致补偿探头与补偿探头检测面的距离发生变化，因此其输出信号S2发生变化，经过S1、S2差分后的信号也发生变化，导致传感器的一致性差，需要增加另外的信号补偿电路进行调整处理。此外，补偿垫片的厚度由于加工误差导致的不一致也导致感器S2信号存在差异，对电涡流传感器信号影响巨大。现有技术中的位移传感器在使用前均需要进行补偿调整，大大降低了使用效率。现有技术中的位移传感器存在探头安装方式复杂导致位移检测误差大的技术问题。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种位移传感器和基于位移传感器的位移检测方法，解决了现有技术中存在的探头安装方式复杂导致位移检测误差大的技术问题。具体技术方案如下：

在本申请实施的第一方面，首先提供了一种位移传感器，所述位移传感器包括：检测探头和补偿探头，其中，检测探头和补偿探头均包括多层PCB结构，其中，多层PCB结构包括交替设置的多个走线层和多个绝缘层；补偿探头还包括预设厚度的参照层和金属层，其中，参照层、金属层、以及补偿探头的多层PCB结构在补偿探头中层叠设置，且参照层设置在金属层与补偿探头的多层PCB结构之间。

在本申请实施的第二方面，还提供了一种基于位移传感器的位移检测方法，所述位移检测方法包括：获取检测探头的第一输出信号与补偿探头的第二输出信号；基于第一输出信号、第二输出信号和参照层的预设厚度，确定检测探头与检测对象之间的距离；基于检测探头与检测对象之间的距离变化情况，确定检测对象的位移。

在本申请实施的第三方面，还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；存储器，用于存放计算机程序；处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现第二方面所述的基于位移传感器的位移检测方法。

在本申请实施的第四方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第二方面所述的基于位移传感器的位移检测方法。

本申请实施例提供的位移传感器和基于位移传感器的位移检测方法，通过检测探头和补偿探头获取检测探头的第一输出信号与补偿探头的第二输出信号，其中，检测探头和补偿探头均包括多层PCB结构，其中，多层PCB结构包括交替设置的多个走线层和多个绝缘层；补偿探头还包括预设厚度的参照层和金属层，其中，参照层、金属层、以及补偿探头的多层PCB结构在补偿探头中层叠设置，且参照层设置在金属层与补偿探头的多层PCB结构之间；基于第一输出信号、第二输出信号和参照层的预设厚度，确定检测探头与被检测物体之间的距离，从而确定被检测物体的位移；也就是说，位移传感器的补偿探头包括层叠设置的参照层、金属层和多层PCB结构，补偿探头的检测对象为多层PCB结构到金属层表面的距离，即参照层的厚度，由于PCB的加工精度高，因此参照层的厚度一致性高，且补偿探头为一体化结构不存在安装误差，基于补偿探头的多层PCB结构到金属层表面的距离、检测探头的输出信号和补偿探头的输出信号确定检测探头到被检测物体之间的距离，进而确定被检测物体的位移，从而解决了现有技术中探头安装方式复杂导致位移检测误差大的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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的介绍。

图1为现有技术中位移传感器工作示意图；

图2为现有技术中位移传感器常见的安装误差示意图；

图3为本申请实施例中位移传感器结构示意图；

图4为本申请实施例中位移传感器工作示意图；

图5为本申请实施例中位移传感器多层PCB结构示意图

图6为本申请实施例中位移传感器补偿探头主视图；

图7为本申请实施例中位移传感器检测探头主视图；

图8为本申请实施例中多层PCB结构中走线层右视图；

图9为本申请实施例中基于位移传感器的位移检测方法流程示意图；

图10为本申请实施例中电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“单元”的后缀仅为了有利于本申请的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。本申请实施例提供了一种位移传感器，如图3所示，该位移传感器包括：检测探头P1和补偿探头P2，其中，检测探头和补偿探头均包括多层PCB结构P3，其中，多层PCB结构包括交替设置的多个走线层E1和多个绝缘层E2；补偿探头还包括预设厚度的参照层F1和金属层F2，其中，参照层、金属层、以及补偿探头的多层PCB结构在补偿探头中层叠设置，且参照层设置在金属层与补偿探头的多层PCB结构之间。

其中，需要说明的是，如图3所示，位移传感器的检测探头P1和补偿探头P2安装在传感器探头安装体A3中；本申请的位移传感器工作示意图如图4所示，位移传感器包括检测探头P1和补偿探头P2，P1和P2在水平状态下对被检测物体进行位移检测；位移传感器在进行位移检测的情况下，检测探头和补偿探头靠近被检测物体的一端平行于被检测物体表面G1；多层PCB结构P3在竖直状态下如图5所示，包括交替设置的第一走线层51、第一绝缘层52、第二走线层53、第二绝缘层54、第三走线层55、第三绝缘层56、…、第M走线层、第M绝缘层、第M+1走线层57，其中，M为正整数；多层PCB结构基于PCB多层板得到，PCB多层板为用于电器产品中的多层线路板；在检测探头和补偿探头PCB结构的层数相等的情况下，检测探头和补偿探头的走线层层数也相等，检测探头和补偿探头的电参数具有一致性，可以通过差分消除环境因素的影响；位移传感器的检测探头和补偿探头可以设置为圆柱体，也可以是正方体、长方体或者别的几何体。

本申请提供的位移传感器补偿探头结构示意图如图6所示，包括层叠设置的多层PCB结构P3、参照层F1、金属层F2，其中，多层PCB结构包括交替设置的走线层E1和绝缘层E2，参照层的材质与多层PCB结构中绝缘层的材质相同，绝缘层材质可以是环氧树脂和玻璃纤维；金属层的材质与多层PCB结构中走线层的材质相同，走线层材质可以是铜箔，也可以是其他金属；参照层设置在金属层与补偿探头的多层PCB结构之间，补偿探头的检测对象为多层PCB结构到金属层表面的距离，即参照层的厚度；图6所示的补偿探头结构示仅为本申请补偿探头结构的一种实现方式，而不是本申请补偿探头结构的全部实施例；参照层、金属层、走线层和绝缘层的厚度不限于图6中所示，走线层和绝缘层的层数不限于图6所示。

本申请提供的位移传感器检测探头主视图如图7所示，包括层叠设置的多层PCB结构P3，多层PCB结构包括交替设置的走线层E1和绝缘层E2；图7所示的检测探头结构示仅为本申请检测探头结构的一种实现方式，而不是本申请检测探头结构的全部实施例；走线层和绝缘层的厚度不限于图7中所示，走线层和绝缘层的层数不限于图7所示。

通过本申请实施例的上述位移传感器，包括检测探头和补偿探头，其中，检测探头和补偿探头均包括多层PCB结构，其中，多层PCB结构包括交替设置的多个走线层和多个绝缘层；补偿探头还包括预设厚度的参照层和金属层，其中，参照层、金属层、以及补偿探头的多层PCB结构在补偿探头中层叠设置，且参照层设置在金属层与补偿探头的多层PCB结构之间；也就是说，位移传感器的补偿探头包括层叠设置的参照层、金属层和多层PCB结构，补偿探头的检测对象为多层PCB结构到金属层表面的距离，即参照层的厚度，由于PCB的加工精度高，因此参照层的厚度一致性高，且补偿探头为一体化结构不存在安装误差，本申请实施例所提供的位移传感器可以基于补偿探头的多层PCB结构到金属层表面的距离、检测探头的输出信号和补偿探头的输出信号确定检测探头到被检测物体之间的距离，进而确定被检测物体的位移，从而解决了现有技术中存在的探头安装方式复杂导致位移检测误差大的技术问题。

在本申请实施例的可选实施方式中，本申请实施例提供的位移传感器，多层PCB结构中走线层右视图如图8所示，一个走线层E1中设置有一个探头线圈H1。

其中，需要说明的是，多层PCB结构走线层右视图为多层PCB结构中走线层右视图的剖面图，即检测探头或补偿探头中走线层右视图的剖面图。

在本申请实施例的可选实施方式中，本申请实施例提供的位移传感器，如图8所示，探头线圈为沿预设方向等距离盘绕得到的平面螺旋线圈。

其中，需要说明的是，预设方向包括顺时针方向和逆时针方向；同一位移传感器中的所有探头线圈的预设方向相同，以使检测探头与补偿探头的输出信号电参数一致；走线层中的探头线圈可以从走线层中心位置开始盘绕至走线层边缘位置，也可以从走线层边缘位置开始盘绕至走线层中心位置。

可见，本申请实施例所提供的位移传感器检测探头与补偿探头的探头线圈绕线方向一致，进而使得其检测探头与补偿探头的输出信号电参数一致，帮助精准确定检测探头与被检测物体之间的距离，进而确定被检测物体的位移。

在本申请实施例的可选实施方式中，本申请实施例提供的位移传感器，如图8所示，多个探头线圈通过绝缘层上的通孔H2连接。

其中，需要说明的是，每一个绝缘层具有至少一个通孔；每一个走线层具有至少两个通孔；在第一示范例中，本申请实施例提供的位移传感器从第一走线层中心位置的通孔进线并按顺时针方向等距离盘绕得到平面螺旋线圈，线从第一走线层边缘位置的通孔穿过第一绝缘层，到第二走线层的中心位置继续开始按顺时针方向等距离盘绕得到平面螺旋线圈，线从第二走线层边缘位置的通孔穿过第二绝缘层到第三走线层的中心位置；在第二示范例中，本申请实施例提供的位移传感器从第一走线层中心位置的通孔进线并按顺时针方向等距离盘绕得到平面螺旋线圈，线从第一走线层边缘位置的通孔穿过第一绝缘层，到第二走线层的边缘位置继续开始按顺时针方向等距离盘绕得到平面螺旋线圈，线从第二走线层中心位置的通孔穿过第二绝缘层到第三走线层的中心位置，继续开始按顺时针方向等距离盘绕得到平面螺旋线圈，线从第三走线层的边缘位置的通孔穿过第三绝缘层到第四走线层的边缘位置。

在本申请实施例的可选实施方式中，本申请实施例提供的位移传感器，检测探头的走线层的层数与补偿探头的走线层的层数相等。

其中，需要说明的是，检测探头的走线层的层数与补偿探头的走线层的层数相等可以保持检测探头的输出信号和补偿探头输出信号的电参数一致。

可见，本申请实施例所提供的位移传感器检测探头与补偿探头的走线层层数相同，探头线圈的数量相同，进而使得器检测探头与补偿探头的输出信号电参数一致，帮助精准确定检测探头与被检测物体之间的距离，进而确定被检测物体的位移。

在本申请实施例的可选实施方式中，本申请实施例提供的位移传感器，绝缘层包括环氧树脂和玻璃纤维。

在本申请实施例的可选实施方式中，本申请实施例提供的位移传感器，走线层包括铜箔层。

在本申请实施例的可选实施方式中，本申请实施例提供了一种基于位移传感器的位移检测方法，如图9所示，包括：

步骤902：获取检测探头的第一输出信号与补偿探头的第二输出信号；

步骤904：基于第一输出信号、第二输出信号和参照层的预设厚度，确定检测探头与检测对象之间的距离；

其中，需要说明的是，检测探头的检测对象即被检测物体。

步骤906：基于检测探头与检测对象之间的距离变化情况，确定检测对象的位移。

通过本申请实施例提供的位移传感器和基于位移传感器的位移测量方法，获取检测探头的第一输出信号与补偿探头的第二输出信号；基于第一输出信号、第二输出信号和参照层的预设厚度，确定检测探头与检测对象之间的距离；基于检测探头与检测对象之间的距离变化情况，确定检测对象的位移；也就是说，位移传感器的补偿探头包括层叠设置的参照层、金属层和多层PCB结构，补偿探头的检测对象为多层PCB结构到金属层表面的距离，即参照层的厚度，由于PCB的加工精度高，因此参照层的厚度一致性高，且补偿探头为一体化结构不存在安装误差，本申请实施例所提供的位移传感器和基于位移传感器的位移检测方法可以基于补偿探头的多层PCB结构到金属层表面的距离、检测探头的输出信号和补偿探头的输出信号确定检测探头到被检测物体之间的距离，进而确定被检测物体的位移，从而解决了现有技术中存在的探头安装方式复杂导致位移检测误差大的技术问题。

本申请实施例还提供了一种电子设备，如图10所示，包括处理器1001、通信接口1002、存储器1003和通信总线1004，其中，处理器1001，通信接口1002，存储器1003通过通信总线1004完成相互间的通信，

存储器1003，用于存放计算机程序；

处理器1001，用于执行存储器1003上所存放的程序时，实现图9中的方法步骤，其所起到的作用与图9中的方法步骤一样，在此不再赘述。

上述终端提到的通信总线可以是外设部件互联标准(Peripheral ComponentInterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图10中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口用于上述终端与其他设备之间的通信。

存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一所述的基于位移传感器的位移检测方法。

在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一所述的基于位移传感器的位移检测方法。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种位移传感器，其特征在于，包括：检测探头和补偿探头，其中，所述检测探头和补偿探头均包括多层PCB结构，其中，所述多层PCB结构包括交替设置的多个走线层和多个绝缘层；所述补偿探头还包括预设厚度的参照层和金属层，其中，所述参照层、所述金属层、以及所述补偿探头的多层PCB结构在所述补偿探头中层叠设置，且所述参照层设置在所述金属层与所述补偿探头的多层PCB结构之间。

2.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，一个所述走线层中设置有一个探头线圈。

3.根据权利要求2所述的位移传感器，其特征在于，所述探头线圈为沿预设方向等距离盘绕得到的平面螺旋线圈。

4.根据权利要求2所述的位移传感器，其特征在于，多个所述探头线圈通过所述绝缘层上的通孔连接。

5.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，所述检测探头的走线层的层数与所述补偿探头的走线层的层数相等。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的位移传感器，其特征在于，所述绝缘层包括环氧树脂和玻璃纤维。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的位移传感器，其特征在于，所述走线层包括铜箔层。

8.一种基于权利要求1至7中任一项所述的位移传感器的位移检测方法，其特征在于，包括：

获取所述检测探头的第一输出信号与所述补偿探头的第二输出信号；

基于所述第一输出信号、所述第二输出信号和所述参照层的预设厚度，确定所述检测探头与检测对象之间的距离；

基于所述检测探头与所述检测对象之间的距离变化情况，确定所述检测对象的位移。

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求8所述的方法步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求8所述的方法步骤。

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