CN1800773A - 径向/轴向六位集成一体化电涡流传感器 - Google Patents
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Abstract
径向/轴向六位集成一体化电涡流传感器，其特征在于：由六位集成一体化电涡流传感器和探测体组成，传感器探头和探测体之间形成径向探测间隙和轴向探测间隙，所述的六位集成一体化电涡流传感器共有六个通道，六个通道的传感器探头和前置放大器全部集成在一个传感器座内，由径向位移探头、轴向位移探头、前置处理器、电源信号输出引线组成，其中的4个径向探头分别探测相互垂直的X和Y方向位移信号，另外两个轴向探头探测Z方向位移信号，这6个通道的前置放大器和探头集成一体，根据结构需要可设计成探测面外置(或探测面外置)的径向/轴向六位集成一体化电涡流传感器。本发明使6个通道的电涡流传感器集成一体，能够探测正交垂直的三个方向的位移信号，提高了探测精度和稳定性，并显著减小了体积、减轻了重量。
Description
技术领域
本发明涉及一种非接触电涡流传感器，特别是一种多位集成一体化电涡流传感器，可作为磁悬浮飞轮、磁悬浮控制力矩陀螺等对系统的体积、重量和精度等方面有严格要求的非接触位移传感器。
背景技术
磁轴承具有无机械摩擦和磨损、不需要润滑和维护、允许转子高速旋转等优点，因此被应用于卫星姿态控制系统中，用于支承飞轮和控制力矩陀螺，以代替机械轴承，以消除机械摩擦，提高转子的转速，从而可提高飞轮和控制力矩陀螺的控制精度，延长姿态控制系统的使用寿命、降低了系统的功耗。在五自由度磁悬浮飞轮和磁悬浮控制力矩陀螺中，通常需要探测五个自由度的位移信号，若使用电涡流传感器，则每个自由度需要一个非接触位移传感器，为提高传感器的精度，通常采取差动结构，这时每个磁悬浮系统就需要多个电涡流传感器，而现有的磁轴承用传感器通常只是在单个通道上将探头和前置放大器进行集成或在径向方向进行集成化，因此，现有的电涡流传感器体积、重量和功耗大，结构不紧凑，装配精度低，从而导致磁悬浮飞轮或磁悬浮控制力矩陀螺的体积、重量和功耗大，控制精度低。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种磁悬浮飞轮和磁悬浮控制力矩陀螺用径向/轴向六位集成一体化电涡流传感器，显著减小了电涡流传感器和及其系统的体积、重量和功耗，提高装配、检测和控制精度。
本发明的技术解决方案是：1、径向/轴向六位集成一体化电涡流传感器，其特征在于：它由探测XY方向径向位移信号的两组四路径向位移传感器探头及其及四路前置放大器、探测Z向轴向位移信号的两路轴向位移传感器探测及其两路前置放大器组成，六路位移传感器探测及其前置放大器全部集成在一个传感器座内，其中两个径向位移传感器探头组成一对，分别位于X轴的两个方向成180°角，同时探测X方向的位移信号，另两个径向位移传感器探头组成另一对，分别位于Y轴的两个方向成180°角，同时探测Y方向的位移信号，两组中每对前置放大器之间均形成差动结构输出，探测磁悬浮飞轮或磁悬浮控制力矩陀螺的旋转运动，即探测面为圆；两路轴向位移传感器探头位于Z轴的两个方向成180°角，同时探测Z向方向的位移信号，再经过两路前置放大器输出，探测磁悬浮飞轮或磁悬浮控制力矩陀螺的平动运动，即探测面为平面。
本发明的原理是：本发明将六个通道的位移传感器探头和前置放大器全部集成在一个传感器座内，前置放大器内具有检测电感线圈谐振电路，通过电感线圈与探测体之间的涡流互感效应进行距离检测，并在两个径向方向上采用两个完全相同的前置放大器的检测电感线圈组成差动结构，而且电路设计也完全相同，使得两个回路的温漂以及时漂作为共模信号互相抑制，从而提高了位移传感器的温度以及时间稳定性。在传感器座内的圆周上均布四个探头，组成两组差动结构，检测径向位移信号，在端面上布置两个探头，检测轴向位移信号，通过数学运算形成代数和以消除轴向检测体偏转引起的误差，从而实现了探测三个正交垂直方向X、Y和Z方向的位移。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明将探测三个正交垂直方向的传感器探头和前置放大器全部集成在一个传感器座内，在径向方向X和Y上组成了两组差动结构，在轴向方向有两个探头，将其探测的信号进行数学运算形成代数和，可消除由于轴向探测体旋转引起的误差；而现有的电涡流传感器由于传感器探头和前置放大器通过导线连接，而有的电涡流传感器虽然将传感器探头和前置放大器集成在一起，在需要检测多个位移信号的系统中就需要多个电涡流传感器，从而导致传感器的重量、体积和功耗增加，装配精度降低。而对轴向位移的检测，通常需要一个传感器，但是当传感器探头不能检测被探测体中心位置时，由于探测体位置的偏转会导致测量误差。本发明集成了六个通道的径向和轴向位移传感器，因此可提高电涡流传感器的装配精度，显著减小传感器的体积和重量，并节省了功耗，提高了探测精度，特别是消除了径向和轴向检测位移的误差。
附图说明
图1为本发明位于探测体内测量时的结构主视示意图；
图2为图1结构俯视示意图；
图3为本发明位于探测体外测量时的结构主视示意图；
图4为图3的俯视示意图；
图5为本发明的每个前置放大器的组成示意图；
图6为本发明的每个前置放大器的倍压检波电路原理示意图；
图7为本发明的每对前置放大器差动结构的补尝电路原理图。
具体实施方式
如图1～图4所示，六路位移传感器探头T1～T6和六路前置放大器组成集成一体化的电涡轮传感器，整个电涡轮传感器可以为探测外置结构，即电涡轮传感器位于探测体的内侧，四个径向位移传感器探头T1～T4均布在传感器座的外圆周上，两个位移传感器探头T5和T6位于传感器座内的端面上，如图1和图2所示；还可以为探测内置结构，即电涡轮传感器位于探测体的外侧，四个径向位移传感器探头T1～T4均布在传感器座的内圆周上，两个位移传感器探头T5和T6位于传感器座的端面上，如图3和图4所示。无论是探测内置结构或探测外置结构位，位移传感器探头T1～T4和径向探测体1之间形成径向探测间隙2，位移传感器探头T1和T2与轴向探测体3之间分别形成轴向探测间隙4，径向探测间隙6一般为O.25mm～1.25mm，轴向探测间隙一般为0.5mm～1.5mm。两个径向位移传感器探头T1～T3组成两对，分别位于X轴的两个方向成180°角，同时探测X方向的位移信号，另两个径向位移传感器探头T1～T3组成另一对，分别位于Y轴的两个方向成180°角，同时探测Y方向的位移信号，即四个径向位移传感器探头T1～T4分别成90°角，两路轴向位移传感器探头T5和T6位于Z轴的两个方向成180°角，同时探测Z向方向的位移信号，两路轴向位移传感器探头位于Z轴的两个方向成180°角，同时探测Z向方向的位移信号，两个轴向位移传感器探头探测的位移信号经过数学运算形成代数和，可以消除由于轴向探测体4的偏转引起的误差，本发明的径向/轴向六位集成一体化传感器通过机械接口8(键槽或法兰)进行固定，通过电源信号传输线7进行电信号输出。
如图5所示，每个前置放大器主要由晶体振荡器、AGC网络、检测线圈谐振电路、位压检波电路、滤波调整和功放输出电路组成，晶体振荡器经AGC网络与检测线圈电路的输入端相接，用于对检测线圈谐振电路提供一个稳频、稳幅的激励信号，检测线圈谐振电路的输出经倍压检波、滤波调整和功放输出实际检测的位移信号。前置放大器中的倍压检波如图6所示，对检测的振动位移信号进行检波并放大，C1、C2-检波电容，D1、D2-检波二极管，R-泄放电阻，V1-输入电压，V2-输出电压。
如图7所示，本发明的两组位移传感器探头T1～T4中的每对前置放大器之间均形成差动结构，即采用完全相同和对称的电路结构，使得两个回路的温漂以及时漂作为共模信号互相抑制，从而提高了传感器的温度以及时间稳定性。而且径向两组每对前置放大器共采用晶体振荡器和AGC网络，轴向每对前置放大器中共采用晶体振荡器和AGC网络，以减少整个体积。
本发明中的探测体与传感器探头中的通电线圈之间通过涡流互感效应进行距离检测，探测体的材料直接影响传感器的灵敏度、精度等性能，原理上探测体的材料可以为所有导电材料，但为提高传感器的稳定性，其探测体材料最高为既导电又导磁的材料，如45#钢、或40Cr等。探测体的形状应根据探测对象分为圆面和平面，当探测旋转运动时，探测面为圆面；而当探测平动时，探测面为平面。整个集成传感器不包括探测体。
Claims (7)
1、径向/轴向六位集成一体化电涡流传感器，其特征在于：它由探测XY方向径向位移信号的两组四路径向位移传感器探头及其四路前置放大器、探测Z向轴向位移信号的两路轴向位移传感器探头及其两路前置放大器组成，六路位移传感器探头及其前置放大器全部集成在一个传感器座内，其中两个径向位移传感器探头组成一对，分别位于X轴的两个方向成180°角，同时探测X方向的位移信号，另两个径向位移传感器探头组成另一对，分别位于Y轴的两个方向成180°角，同时探测Y方向的位移信号，两组中每对前置放大器之间均形成差动结构输出，其探测面为圆；两路轴向位移传感器探头位于Z轴的两个方向成180°角，同时探测Z向方向的位移信号，再经过两路前置放大器输出，其探测面为平面。
2、根据权利要求1所述的径向/轴向六位集成一体化电涡流传感器，其特征在于：所述的每路前置放大器主要由晶体振荡器、AGC网络、检测线圈谐振电路、位压检波电路、滤波调整和功放输出电路组成，晶体振荡器经AGC网络与检测线圈电路相接，用于对检测线圈谐振电路提供稳频稳幅的激励信号，检测线圈谐振电路的输出经倍压检波、滤波调整和功放输出实际检测的位移信号。
3、根据权利要求1所述的径向/轴向六位集成一体化电涡流传感器，其特征在于：所述的四个径向位移传感器探头T1～T4均布在传感器座的外圆周上，两个位移传感器探头T5和T6位于传感器座内的端面上，构成探测外置结构，或所述的四个径向位移传感器探头T1～T4均布在传感器座的内圆周上，两个位移传感器探头T5和T6位于传感器座的端面上，构成探测内置结构。
4、根据权利要求1所述的径向/轴向六位集成一体化电涡流传感器，其特征在于：所述的径向位移传感器探头和径向探测体之间形成径向探测间隙，径向探测间隙为0.25mm～1.25mm，轴向位移传感器探头和轴向被测体之间形成轴向探测间隙，轴向探测间隙为0.5mm～1.5mm。
5、根据权利要求1所述的径向/轴向六位集成一体化电涡流传感器，其特征在于：所述的径向两组每对前置放大器共采用晶体振荡器和AGC网络，轴向每对前置放大器中共采用晶体振荡器和AGC网络。
6、根据权利要求1所述的径向/轴向六位集成一体化电涡流传感器，其特征在于：所述的探测体的材料为既导电又导磁的材料。
7、根据权利要求7所述的径向/轴向六位集成一体化电涡流传感器，其特征在于：所述的既导电又导磁的材料为45#钢、或40Cr。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070718 Termination date: 20190125 |