CN1180832A - 一种超长位移传感器 - Google Patents

Abstract

本发明为一种超长位移传感器,由定尺、动尺和电感互感器组成;定尺铁芯是阶梯形截面或锥形截面或双曲面线性截面体,铁芯外设置有导轨,通过定尺支架固定在油缸外壳上;动尺由电感互感器和外罩构成,动尺通过连接杆与被控制杆相固定;电感互感器线圈的控制连接线与信号处理电路及显示控制器相连接。本发明所述的位移传感器具有结构简单,安全可靠,测量范围宽,线性度好,分辨率高,抗干扰能力强,能连续测量挂钩或油缸在各工况中的位置等优点。

Description

一种超长位移传感器

本发明属于一种位移传感器。主要可用于超长位移的定位控制。

超长位移传感器在水下闸门、船闸闸门、水电站等大型水力枢纽工程中应用的极为广泛。对几十吨到几百吨的水下闸门、船闸闸门等的安全启动及控制将成为水电站，特别是大型水力枢纽工程中安全运行的关键技术之一。目前，国内外水电站大都采用干簧继电器(固定在一定的位置)，与安装在活塞杆上并随其一起运动的铁块相接触的方法来判断自动挂钩在水下或水中的位置，并根据此信息对闸门发出到位启吊命令。实践证明，此种方法存在甚多的问题，例如：

1、有时当自动挂钩上的铁块与安装在某些特定位置的干簧继电器相接触时，干簧继电器由于某种原因而不动作，水上操作人员无法知道挂钩的位置或油缸行程的位置，而不能发出闸门起吊指令。

2、有时当铁块与干簧继电器没有接触时，继电器又动作了，操作人员误认为活塞杆已插入吊孔中或油缸行程已经到位，发出起吊指令。

3、干簧继电器是一个有触点器件，它只能指示挂钩的点信息(如放两个干簧继电器，只能测两点信息，依此类推)，而不知挂钩或油缸移动的全过程信息。

以上三种情况中的任何一种情况出现，都会给电站设备及其安全运行带来重大的破坏和损失，对人民的生命安全和国民经济发展带来重大的影响。而现有技术中的螺旋管式电感传感器，铁芯是运动的，线圈是固定的，为了获得较好的线性关系，此类传感器的测量范围都在50毫米以内，满足不了大位移测量的需要。因此，发明及设计一种结构简单、性能可靠、测量范围宽、在水下能连续测量水中自动挂钩的位置或油缸行程位移的超长位移传感器及装置，保证水下闸门的安全启闭及控制，则提到及其重要的议事日程上来。

本发明的目的在于，根据现有技术中的不足，发明一种可适用于在难于看到使用环境中使用的超长位移传感器。

本发明提出一种变化铁芯面积和气隙大小的电感式位移传感器。主要由定尺、动尺和电感互感器等组成，其构成为：定尺由铁芯1和导轨2组成、在定尺的铁芯1外设置有导轨2，铁芯1沿径向剖面是满足一定规律的阶梯形截面或是锥形截面或是双曲线型截面，定尺通过定尺支架5固定在油缸6的外壳上，在定尺1与导轨2之间可设置若干个非导磁材料的定尺定心体7，使定尺铁芯1与导轨2同轴；动尺由电感互感器3和高导磁的金属外罩4组成；在电感互感器的线圈3周围设置有高导磁的金属外罩4，动尺通过连接杆8与被控制杆(如油缸或汽缸的活塞杆)9相固定；在油缸6上有供连接杆8运动的槽10；电感互感器线圈3的输出线11与信号处理电路12相连结，信号处理电路12与显示控制器13相连接。

本发明所说的电感式位移传感器的测量原理可用如图3所示的等效电路来表示和说明：图中， 为外加电压，Z₁为线路的等效阻抗，Z₂为动尺与定尺之间的等效阻抗，它是随动尺与定尺的位置而变化的，R_S为取样电阻，

为输出电压。根据图3中所式的电路有： ${\stackrel{\·}{I}}_2=\frac{{\stackrel{\·}{U}}_2}{Z_1+Z_2+\mathrm{Rs}}---\left(1\right)$ ${\stackrel{\·}{U}}_0={\stackrel{\·}{I}}_2\•\mathrm{Rs}----\left(2\right)$

从上式和图3中可知，当

Z₁和R_S一定时，输出电压

仅与动、定尺之间的等效阻抗有关，也就是说， 只与动尺的位移量D有关，因此，为保证U₀与D之间具有良好的线性关系，阻抗Z₂的设计则尤为重要。

由于定尺是满足一定规律的阶梯形或锥形或是双曲线形状的铁芯，当动尺在定尺上移动时，如果所处位置的定尺铁芯截面积以及与动尺之间的气隙按照一定的规律变化时，其等效阻抗Z₂也按相同的规律变化，当电压 恒定时，其检测输出电压

就能达到定位测量的目的。

本发明所述的超长位移传感器具有结构简单，安全可靠，测量范围宽，线性度好，分辨率高，抗干扰能力强，能连续测量挂钩或油缸在水下的位置等优点。图4给出了为工程设计的1000毫米长的位移传感器的实验结果与曲线。

附图1：超长位移传感器示意图；

附图2：附图1的A-A向视图；

附图3：等效电路；

附图4：1000毫米长的位移传感器的实验结果与曲线。

本发明所说的超长位移传感器的定尺铁芯1横截面是满足一定规律的阶梯形或是锥形或是双曲线型形状，无论是那种形状，其定尺铁芯都可以是由一根或一根以上拼接成满足其形状规律的铁芯组合而成。

Claims (4)

1、一种超长位移传感器，其特征在于，定尺由铁芯(1)和导轨(2)组成、在定尺的铁芯(1)外设置有导轨(2)，定尺通过定尺支架(5)固定在油缸(6)的外壳上，定尺铁芯(1)与导轨(2)之间可设置有非导磁材料的定尺定心体(7)；动尺由电感互感器(3)和高导磁的外罩(4)组成；在电感互感器的线圈(3)周围设置有高导磁的外罩(4)，动尺通过连接杆(8)与被控制杆(9)相固定；油缸(6)上有供连接杆(8)运动的槽(10)；电感互感器线圈(3)的控制连接线(11)与信号处理电路(12)相连结，信号处理电路(12)与显示控制器(13)相连接。

2、按照权利要求1所说的位移传感器，其特征在于，所说的定尺铁芯(1）沿径向剖面是阶梯形截面或是锥形截面或是双曲面线性截面体。

3、按照权利要求1所说的位移传感器，其特征在于，所说的定尺铁芯(1)可以是由一根铁芯组成，也可以由一根以上的铁芯拼接而成。

4、按照权利要求1所说的位移传感器，其特征在于，所说的油缸(6)可以是汽缸。

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