CN201218719Y - 抗冲击位移传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属位移传感器领域，尤其涉及一种可靠性高的抗冲击位移传感器，它包括：探测拉杆(1)、探头(4)、探头壳体(2)、固定配于探头壳体(2)内的工作线圈(3)及工作电路(6)；所述探测拉杆(1)的端部与探头(4)的端部固定相接；所述探测拉杆(1)及探头(4)位于工作线圈(3)形成的工作腔(7)内；所述工作电路(6)的端口分别接工作线圈(3)中初级线圈及次级线圈的输入/输出端；所述探测拉杆(1)可沿导向轴套(5)轴向滑动；所述工作电路(6)位于探头壳体(2)内的底部区域，且通过耐温硅胶与探头壳体(2)固接。本实用新型能满足振动、冲击、高温工作、低温工作、盐雾、稳态湿热、浸渍等环境试验的要求。

Description

抗冲击位移传感器

技术领域

本实用新型属位移传感器领域，尤其涉及一种可靠性高的抗冲击位移传感器。

背景技术

位移传感器是测控系统中应用最多的传感器之一，在自动检测技术中占有很重要的地位，在很多领域都得到了广泛的应用。用于位移测量的传感器的种类很多，电子原理的有电阻式、电容式、电位器式、电感式等，光学原理的有光栅式、光电式、光纤式等。上述原理的位移传感器，有些只能满足低精度要求的测量条件，有些只能应用在实验室条件下。另外，现有工业用差动变压器式位移传感器很难满足振动、冲击、高温工作、低温工作、高低温冲击、盐雾、稳态湿热、浸渍等环境试验的要求。上述技术指标所存在的问题直接影响了测控系统实际效能的发挥。

实用新型内容

本实用新型旨在克服现有技术的不足之处而提供一种测量精度高、可靠性好且能满足振动、冲击、高温工作、低温工作、高低温冲击、盐雾、稳态湿热及浸渍等环境试验要求的抗冲击位移传感器。

为达到上述目的，本实用新型是这样实现的：

抗冲击位移传感器，它包括：探测拉杆、探头、探头壳体、固定配于探头壳体内的工作线圈及工作电路；所述探测拉杆的端部与探头的端部固定相接；所述探测拉杆及探头位于工作线圈形成的工作腔内；所述工作电路的端口分别接工作线圈中初级线圈及次级线圈的输入/输出端。

作为一种优选方案，本实用新型在所述探头壳体的端部固定配有导向轴套；所述探测拉杆可沿导向轴套轴向滑动。

本实用新型在所述工作电路位于探头壳体内的底部区域，且通过耐温硅胶与探头壳体固接。

作为另一种优选方案，本实用新型所述工作电路包括：信号发生电路、方波激励部分、整流滤波部分、放大迁移部分、温度补偿部分、滤波跟随部分及信号输出部分；所述信号发生电路的输出端接方波激励部分的输入端；所述方波激励部分的输出端接工作电路中初级线圈的输入端；所述工作电路中次级线圈的输出端接整流滤波部分的输入端；所述整流滤波部分的输出端接放大迁移部分的输入端；所述放大迁移部分的输出端接温度补偿部分的输入端；所述温度补偿部分的输出端接滤波跟随部分的输入端；所述滤波跟随部分的输出端接信号输出部分的输入端。

本实用新型所述探头壳体采用不锈钢材料；所述工作线圈经耐温硅胶与探头壳体固接。

另外，本实用新型所述探头采用坡莫合金探头。

本实用新型位移传感器与工业用差动变压器式位移传感器的主要区别是本实用新型能满足振动、冲击、高温工作、低温工作、高低温冲击、盐雾、稳态湿热、浸渍等环境试验的要求。

本实用新型性能主要体现在高可靠性、抗振动和冲击以及满足盐雾、稳态湿热、浸渍等环境试验的要求。本实用新型从设计原理到结构设计均以耐恶劣环境要求为基本出发点。国内达到该精度的工业级传感器很多，但具备这样的抗振动、冲击以及耐盐雾、稳态湿热、浸渍等试验条件的传感器目前尚属首例。

1、本实用新型的抗振动特性

传感器采用焊接结构设计，保证抗振动性能。一般工业用差动变压器式位移传感器从设计角度讲包含线圈和骨架部分、信号发生和处理部分，两部分分开放置到传感器的外壳内，电路板和骨架部分不用特殊固定。传感器骨架的材料可以是电木、陶瓷等非金属材料，也可以是不锈钢材料。本实用新型在设计过程中，为满足抗振动、冲击的要求，传感器骨架及连接件全部采用焊接结构。带来的问题是材料的性能发生变化，直接影响传感器的精度。因此，需要对传感器进行参数修正，达到最佳设计参数。电路板固定在金属骨架上，保证线路本身的抗振动性能。骨架与线圈之间螺钉连接，连接螺钉加螺纹胶。线路板上的元件全部采用贴片件，电路板上没有可调电位器。信号引出线用高强度胶固定，整个电路板加胶保护。连接螺纹也全部采用螺纹胶固定防松动，信号线除保护管外，在引出口加软胶防止振动过程中，将信号线切断。

2、本实用新型的宽温区特性

传感器的工作温度能够满足-50℃～125℃的使用要求，绕制线圈所采用的漆包线具备耐高、低温性能，电路板上的运算放大器、贴片电阻和电容等元件均选择低漂移、耐高、低温的器件。引出线和连接导线全部采用高温导线，保护管选取耐温200℃的材料。这样总体设计满足要求，经过温场试验证明传感器的宽温区设计是合理的。

3、本实用新型的低温漂特性

温度漂移指标是关系到位移传感器综合性能的重要指标，如何在全温区范围内，把传感器随温度变化的漂移量控制在最低限度内，保证温漂系数符合技术要求，成为本实用新型的又一攻关重点。尽管我们所选取的电阻、电容等器件均为低漂移产品，但在全温区范围内，位移传感器的温漂指标仍然不够理想，因此，需对传感器进行全温区温度漂移补偿。在温度补偿之前，虽然每只传感器在全温区范围内的漂移程度不等，但基本趋势是一致的，既随着温度的升高，传感器的输出值变大，随着温度的下降传感器的输出值变小。利用这一特性，我们可以将温度敏感器件加入传感器的放大回路中，以达到温度补偿的目的。我们采用热敏电阻进行高温和低温的温度补偿，通过补偿网络修正温度曲线，对传感器进行整体修正补偿。每台传感器温度漂移曲线不同，补偿参数需要根据测试情况，设计不同补偿值，经过验证，反复修正测试曲线，最终能达到理想的补偿效果。目前，所有的位移传感器经温度补偿后，温漂指标均可控制在0.03％FS/℃以内，最佳补偿效果可达到0.01％FS/℃左右。

4、本实用新型的密封防护特性

为满足盐雾、稳态湿热、浸渍等环境试验的要求，首先在传感器的壳体材料上选取耐腐蚀、抗盐雾的不锈钢材料，同时在传感器的引出线出口、壳体的螺纹部分均采取了妥善的密封防护措施，以及在传感器的线圈、电路部分采用防护漆、耐温防水硅胶等加以封灌防护。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。本实用新型的保护范围将不仅局限于下列内容的表述。

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型工作电路部分电路原理框图；

图3为本实用新型工作电路部分具体电路原理图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，抗冲击位移传感器，包括：探测拉杆1、探头4、探头壳体2、固定配于探头壳体2内的工作线圈3及工作电路6；所述探测拉杆1的端部与探头4的端部固定相接；所述探测拉杆1及探头4位于工作线圈3形成的工作腔7内；所述工作电路6的端口分别接工作线圈3中初级线圈及次级线圈的输入/输出端。本实用新型在所述探头壳体2的端部固定配有导向轴套5；所述探测拉杆1可沿导向轴套5轴向滑动。本实用新型所述工作电路6位于探头壳体2内的底部区域，且通过耐温硅胶与探头壳体2固接。如图2，本实用新型所述工作电路6包括：信号发生电路、方波激励部分、整流滤波部分、放大迁移部分、温度补偿部分、滤波跟随部分及信号输出部分；所述信号发生电路的输出端接方波激励部分的输入端；所述方波激励部分的输出端接工作电路6中初级线圈的输入端；所述工作电路6中次级线圈的输出端接整流滤波部分的输入端；所述整流滤波部分的输出端接放大迁移部分的输入端；所述放大迁移部分的输出端接温度补偿部分的输入端；所述温度补偿部分的输出端接滤波跟随部分的输入端；所述滤波跟随部分的输出端接信号输出部分的输入端；所述探头壳体2采用不锈钢材料；所述工作线圈3经耐温硅胶与探头壳体2固接；所述探头4可采用坡莫合金探头。如图1所示，8为金属挡板，9为耐温硅胶。

本实用新型位移传感器电路设计主要包括交流激励电路的设计、整流滤波电路设计、信号放大、迁移、滤波电路设计等。

1、交流激励电路

根据差动变压器原理，首先应本实用新型工作电路中的初级线圈提供一个交流激励信号，本实用新型的供电电源仅为单5V，如何在有限的电压范围内，提供高保真、宽幅度的激励信号，成为信号激励电路设计的一大难点。为此，我们进行了大量的实验，选取了一种由三极管、电阻、电容等器件构成的方波信号激励电路，并通过对元器件一致性的筛选以及阻容参数的合理搭配，确保了激励信号的波形质量，从而为提高传感器整机的综合性能奠定了基础。如图3，三极管BG1、BG2、BG3、C1、C2、R1、R2、R3、R4、R5、D1、D2、D3、D4、D5构成交流激励电路。

2、整流、滤波电路设计

整流、滤波电路设计也是电路设计的重要环节，其功能是将本实用新型工作电路中次级线圈的输出信号，经过整流、滤波，将其转化为直流信号。通过对电路的优化设计，对元器件一致性的筛选以及阻容参数的合理选配，使得该电路既能保证独立线性指标的要求，又能满足对动态响应时间指标的要求，同时还要尽可能降低直流信号输出的交流噪声。如图3，C3、C4、RL、R7、R8、D6、D7、R6构成整流、滤波电路。

3、放大、迁移、滤波电路设计

该部分电路的作用是对整流后的直流信号进行信号迁移、放大、滤波处理，使其输出满足技术指标要求。由于本实用新型的位移传感器的供电电源仅为+5V，电压过低，致使传感器次级线圈的输出信号以及经过整流、滤波后的直流信号幅度也很低，为保证传感器的信号输出符合技术指标要求的0.5V～4.5V输出形式，需在信号的迁移、放大、滤波环节加以放大处理。通过周密设计、精心调试，确保了传感器处于最佳线性工作区间，信号输出形式符合技术指标要求，输出信号的交流噪声也控制在最低程度，以保证传感器输出信号的稳定性，提高抗干扰能力。如图3，A1、A2、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、C1、C2、R8、R9、C3、C4构成放大、迁移、滤波电路。

本实用新型的位移传感器最突出的难点就在于传感器整机外形尺寸很小，仅为同类产品通常尺寸的1/3左右，还要承受盐雾、水下浸渍等环境试验的要求。因此，应将传感器设计的体积尽量小，安装紧凑。在传感器的测试拉杆尺寸固定的前提下，对差动变压器的线圈及骨架，进行优化设计。我们在装配结构的设计上，采取了以焊接结构为主，拉杆和活动部件留有可动设计间隙的原则，使传感器的装配更容易，可靠性更高。此外，针对本实用新型高可靠、抗冲击的技术要求，增加减振设计。除运动部分的拉杆外，在线圈的固定、信号处理电路板的固定上均采取了抗振动、耐冲击的措施，加强对冲击和振动的防护。为满足盐雾、水下浸渍等环境试验的要求，首先在传感器的壳体材料上选取耐腐蚀、抗盐雾的不锈钢材料，同时在传感器的引出线出口加密封胶、壳体的螺纹连接部分均采用螺纹胶等妥善的密封防护措施，以及在传感器的线圈、电路等部分采用三防漆、耐温防水硅胶等加以封灌防护。

Claims (6)

1、抗冲击位移传感器，其特征在于，包括：探测拉杆(1)、探头(4)、探头壳体(2)、固定配于探头壳体(2)内的工作线圈(3)及工作电路(6)；所述探测拉杆(1)的端部与探头(4)的端部固定相接；所述探测拉杆(1)及探头(4)位于工作线圈(3)形成的工作腔(7)内；所述工作电路(6)的端口分别接工作线圈(3)中初级线圈及次级线圈的输入/输出端。

2、根据权利要求1所述的抗冲击位移传感器，其特征在于：在所述探头壳体(2)的端部固定配有导向轴套(5)；所述探测拉杆(1)可沿导向轴套(5)轴向滑动。

3、根据权利要求1或2所述的抗冲击位移传感器，其特征在于：所述工作电路(6)位于探头壳体(2)内的底部区域，且通过耐温硅胶与探头壳体(2)固接。

4、根据权利要求3所述的抗冲击位移传感器，其特征在于：所述工作电路(6)包括：信号发生电路、方波激励部分、整流滤波部分、放大迁移部分、温度补偿部分、滤波跟随部分及信号输出部分；所述信号发生电路的输出端接方波激励部分的输入端；所述方波激励部分的输出端接工作电路(6)中初级线圈的输入端；所述工作电路(6)中次级线圈的输出端接整流滤波部分的输入端；所述整流滤波部分的输出端接放大迁移部分的输入端；所述放大迁移部分的输出端接温度补偿部分的输入端；所述温度补偿部分的输出端接滤波跟随部分的输入端；所述滤波跟随部分的输出端接信号输出部分的输入端。

5、根据权利要求4所述的抗冲击位移传感器，其特征在于：所述探头壳体(2)采用不锈钢材料；所述工作线圈(3)经耐温硅胶与探头壳体(2)固接。

6、根据权利要求5所述的抗冲击位移传感器，其特征在于：所述探头(4)采用坡莫合金探头。

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