CN201548196U - 一种动态间隙测量传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种动态间隙测量传感器，包括载荷-微应变单元、信号处理单元、位移-载荷单元、锁紧螺盖、调整座、调整垫片、膜片安装座和外罩，其中位移-载荷单元包括测杆、弹簧测杆支承、测杆滑动轴承、测量弹簧、弹簧膜片支承和轴承安装基座，该动态间隙测量传感器采用载荷-微应变单元、信号处理单元、位移-载荷单元配合的结构设计，以载荷为中间转换参数，利用位移-载荷单元中精密测量弹簧的位移-载荷线性关系和载荷-微应变单元的载荷-微应变线性关系，实现箭上0mm～5mm级的小位移电测病，并且该测量传感器不需要在两个相对位移的平面实体上安装，只需安装在其中一个平面实体上，克服了现有拉线式相对位移传感器的缺陷。

Description

一种动态间隙测量传感器

技术领域

本实用新型属于机电一体化领域，特别是涉及一种动态间隙测量传感器。

背景技术

在运载或武器发射任务中，火箭级间段在外部环境条件作用下，会产生一定量的级间间隙(或称位移)，该间隙需要通过遥测系统测量，获得数据，以分析其产生原因并实施改进。被测间隙通常较小，且要求传感器响应迅速。

目前航天用位移测量传感器主要是拉线式原理的相对位移传感器。这种位移传感器适用于较大的测量范围，同时在使用安装时，传感器本体和拉出的钢丝绳端头必须分别安装在被测量位移的两个相对平面的结构体上。所以，它既不适用于小位移测量，也不符合传感器只能在火箭级间段两个相对位移平面之一上安装的要求。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述技术缺陷，提供一种动态间隙测量传感器，该传感器响应速度快，适用于小位移测量，并且可靠性高，特别适用于力学环境恶劣的航天领域使用。

本实用新型的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种动态间隙测量传感器，其特征在于：包括载荷-微应变单元、信号处理单元、位移-载荷单元、锁紧螺盖、调整座、调整垫片、膜片安装座和外罩，其中位移-载荷单元包括测杆、弹簧测杆支承、测杆滑动轴承、测量弹簧、弹簧膜片支承和轴承安装基座，其中测杆滑动轴承安装在轴承安装基座上，测杆的一端穿过测杆滑动轴承后，与弹簧测杆支承固定连接，测量弹簧的两端分别与弹簧测杆支承、弹簧膜片支承过盈连接，弹簧膜片支承与载荷-微应变单元间隙配合连接，信号处理单元通过第二螺钉安装在载荷-微应变单元上，载荷-微应变单元通过第三螺钉与膜片安装座固定连接，调整座与膜片安装座螺纹连接，锁紧螺盖的一端与调整座固定连接，并将位移-载荷单元定位，外罩通过第一螺钉与膜片安装座连接。

在上述动态间隙测量传感器中，测杆的一端穿过测杆滑动轴承与弹簧测杆支承固定连接后，弹簧测杆支承外端还设置一个螺母，防止弹簧测杆支承松动。

在上述动态间隙测量传感器中，轴承安装基座与调整座之间安装有调整垫片，用于调整测量弹簧的初始高度。

在上述动态间隙测量传感器中，调整垫片对测量弹簧初始高度的调整范围为±2mm。

在上述动态间隙测量传感器中，载荷-微应变单元由硬芯、溅射膜片和应变电阻惠斯通电桥组成，其中溅射膜片带有硬芯，且周边带固定支承，应变电阻惠斯通电桥通过离子束溅射工艺形成在溅射膜片上。

在上述动态间隙测量传感器中，其特征在于：还包括电连接器通过电缆与信号处理单元连接。

本实用新型与现有技术相比的优点如下：

(1)本实用新型动态间隙测量传感器采用载荷-微应变单元、信号处理单元、位移-载荷单元配合的结构设计，以载荷为中间转换参数，利用位移-载荷单元中精密测量弹簧的位移-载荷线性关系和载荷-微应变单元的载荷-微应变线性关系，可以实现箭上0mm～5mm级的小位移电测；

(2)本实用新型结合精密测量弹簧的特性和全金属封闭的机械安装结构设计，使测量传感器不需要在两个相对位移的平面实体上安装，而只需要安装在其中一个平面实体上，克服了现有拉线式相对位移传感器的缺陷；

(3)本实用新型对精密测量弹簧的位移-载荷优化设计，使测量传感器的响应速度快，机械传动理论响应时间不大于4ms；信号处理单元理论响应时间不大于6ms；实测传感器响应时间不大于7ms；

(4)本实用新型动态间隙测量传感器环境适应性强，在随机振动和半正弦高、低频冲击以及电磁兼容较强的环境下，传感器性能和指标仍然正常。

附图说明：

图1为本实用新型动态间隙测量传感器结构示意图；

图2为本实用新型动态间隙测量传感器的机械接口示意图；

图3为本实用新型载荷-微应变单元的结构示意图。

图4为本实用新型动态间隙测量传感器的工作原理图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示为本实用新型动态间隙测量传感器结构示意图，由图可知该动态间隙测量传感器包括载荷-微应变单元1、信号处理单元2、位移-载荷单元、锁紧螺盖9、调整座10、调整垫片11、膜片安装座12、外罩13和电连接器18。

其中位移-载荷单元包括测杆3、弹簧测杆支承4、测杆滑动轴承5、测量弹簧6、弹簧膜片支承7和轴承安装基座8，其中测杆滑动轴承5安装在轴承安装基座8上，测杆3的一端穿过测杆滑动轴承5后，与弹簧测杆支承4固定连接，弹簧测杆支承4外端还设置一个螺母14，防止弹簧测杆支承4松动。

测量弹簧6的两端分别与弹簧测杆支承4、弹簧膜片支承7过盈连接，轴承安装基座8与调整座10之间安装有调整垫片11，用于调整测量弹簧6的初始高度，调整垫片11对测量弹簧6初始高度的调整范围为±2mm。

弹簧膜片支承7与载荷-微应变单元1间隙配合连接，信号处理单元2通过第二螺钉16安装在载荷-微应变单元1上，载荷-微应变单元1通过第三螺钉17与膜片安装座12固定连接，调整座10与膜片安装座12螺纹连接，锁紧螺盖9的一端与调整座10固定连接，并将位移-载荷单元定位，外罩13通过第一螺钉15与膜片安装座12连接。

此外电连接器18通过电缆与信号处理单元2连接。

位移-载荷单元感受被测对象的间隙变化信息，通过测杆3给测量弹簧6施加载荷，将位移信息转变为载荷信息，测量弹簧6将载荷信息传递给载荷-微应变单元1。测杆3初始状态即零位为压缩测杆至最大位移时，对应测量弹簧6产生最大工作载荷；测杆3最大量程为测杆自零位弹出5mm时，对应测量弹簧6产生最小工作载荷；测杆3自零位弹出5mm后，继续弹出3mm至自由状态为非工作载荷区。对精密测量弹簧的几何、力学性能参数优化设计，使其固有频率大于与响应时间对应的振动频率的3倍以上，实现在规定的响应时间内，传感器测杆3对被测对象的跟随特性。

载荷-微应变单元1由带硬芯23、周边固定支承26的溅射膜片24和其上通过离子束溅射工艺形成的应变电阻惠斯通电桥25组成，载荷-微应变单元1的硬芯23通过弹簧膜片支承7与测量弹簧6刚性连接，使载荷信息作用在载荷-微应变单元1上，溅射膜24发生弹性变形，引起溅射膜片24上惠斯通电桥25失衡，输出对应间隙变化的电压信号。电压信号最大时对应测量弹簧6最大工作载荷、测杆3的零位；电压信号最小时对应测量弹簧6最小工作载荷、测杆3自零位弹出5mm位移，如图3所示为本实用新型载荷-微应变单元的结构示意图。

信号处理单元2由两级放大组成，第一级为差分放大，放大器输入端与惠斯通电桥25输出的正负反接，将载荷-微应变单元1输出的电压信号放大为-5V～0V；第二级为同向加法电路，将第一级信号上拉5V，变为0～5V，信号处理单元2最小输出0V对应载荷-微应变单元1惠斯通电桥25的最大电压信号、测杆3的零位；信号处理单元2最大输出5V对应载荷-微应变单元1惠斯通电桥25的最小电压信号、测杆3的最大工作位移。信号处理单元2经电路仿真确定其响应时间不大于6ms。

电连接器18输出电压信号到遥测系统采集设备，电连接器18为四接点电连接器，分别用于正、负直流电源供电，电源(信号)地、电压信号输出。电连接器18与对应的电连接器连接后，接点1为传感器信号处理单元提供+15V直流稳压电源，接点4为传感器信号处理单元提供-15V直流稳压电源，接点3为电源地或称信号地，接点2输出与传感器测杆位移成正比的电压信号。

如图2为本实用新型动态间隙测量传感器的机械接口示意图，由图可知机械接口由外螺纹19、六方20和六方安装锁紧螺母21组成，传感器测杆3一端的外螺纹部分旋入被测物的一个平面本体22上对应的螺纹孔内，拧入深度与平面本体22的厚度L2相当，安装锁紧螺母21用于锁紧传感器，其中另一个平面本体为22′。

本实用新型动态间隙测量传感器的工作过程如下：

如图4所示为本实用新型动态间隙测量传感器的工作过程原理图，传感器被安装后，位移-载荷单元的测杆3始终与被测物两个平面本体(本体22与本体22′)之间的接触面保持接触，当被测物发生间隙变化时，位移-载荷单元的测量弹簧6预紧力使测杆3移动，保持与被测物的接触面接触，与测量弹簧6另一端连接的载荷-微应变单元1的溅射膜片24在测量弹簧6载荷的作用下，产生与位移量对应的应变，通过载荷-微应变单元1的应变电阻惠斯通电桥25得到电压信号，再经过信号处理单元2转变为0V～5V的电压输出，0V～5V的电压输出对应0mm～5mm的位移量。

本实用新型说明书中未作详细描述内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种动态间隙测量传感器，其特征在于：包括载荷-微应变单元(1)、信号处理单元(2)、位移-载荷单元、锁紧螺盖(9)、调整座(10)、调整垫片(11)、膜片安装座(12)和外罩(13)，其中位移-载荷单元包括测杆(3)、弹簧测杆支承(4)、测杆滑动轴承(5)、测量弹簧(6)、弹簧膜片支承(7)和轴承安装基座(8)，其中测杆滑动轴承(5)安装在轴承安装基座(8)上，测杆(3)的一端穿过测杆滑动轴承(5)后，与弹簧测杆支承(4)固定连接，测量弹簧(6)的两端分别与弹簧测杆支承(4)、弹簧膜片支承(7)过盈连接，弹簧膜片支承(7)与载荷-微应变单元(1)间隙配合连接，信号处理单元(2)通过第二螺钉(16)安装在载荷-微应变单元(1)上，载荷-微应变单元(1)通过第三螺钉(17)与膜片安装座(12)固定连接，调整座(10)与膜片安装座(12)螺纹连接，锁紧螺盖(9)的一端与调整座(10)螺纹连接，并将位移-载荷单元定位，外罩(13)通过第一螺钉(15)与膜片安装座(12)连接。

2.根据权利要求1所述的一种动态间隙测量传感器，其特征在于：所述测杆(3)的一端穿过测杆滑动轴承(5)与弹簧测杆支承(4)固定连接后，弹簧测杆支承(4)外端还设置一个螺母(14)，防止弹簧测杆支承(4)松动。

3.根据权利要求1所述的一种动态间隙测量传感器，其特征在于：所述轴承安装基座(8)与调整座(10)之间安装有调整垫片(11)，用于调整测量弹簧(6)的初始高度。

4.根据权利要求3所述的一种动态间隙测量传感器，其特征在于：所述调整垫片(11)对测量弹簧(6)初始高度的调整范围为±2mm。

5.根据权利要求1所述的一种动态间隙测量传感器，其特征在于：载荷-微应变单元(1)由硬芯(23)、溅射膜片(24)和应变电阻惠斯通电桥(25)组成，其中溅射膜片(24)带有硬芯(23)，且周边带固定支承(26)，应变电阻惠斯通电桥(25)通过离子束溅射工艺形成在溅射膜片(24)上。

6.根据权利要求1所述的一种动态间隙测量传感器，其特征在于：还包括电连接器(18)通过电缆与信号处理单元(2)连接。

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