CN203824512U - 位移控制传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于电感原理的位移控制传感装置，包括传动支架、感应机构、测量转换电路、传动换向器、传动机构，感应机构设置在传动支架上，包括电感线圈和对应电感线圈设置的金属导体；传动机构包括电机和传动螺杆，电机用于通过传动螺杆驱动传动换向器以使感应机构中的电感线圈和金属导体相向运动；测量转换电路与感应机构的电感线圈电性连接，以利用电感线圈的电感变化值转换得出对应于所述传动换向器的线性位移的空间位移变化值。本装置能够对传动换向器的位移进行精确测量，并实现对被测物的非接触式精确测量。

Description

位移控制传感装置

技术领域

本实用新型涉及位移测量领域，尤其涉及一种基于电感原理的位移控制传感装置。

背景技术

位移测量是测量控制系统的重要组成部分，在电调天线控制领域起着至关重要的作用。具体而言，通过位移控制测量装置精确测量天线的可移动部件的位移变化，以此反馈并进一步控制驱动电机和传动机构，从而实现精确调节电调天线中的移相器及反射板等部件，有效地改变了天线的辐射范围，尤其有助于精确调节天线的电下倾角，即指天线所辐射的波束在空间垂直方向上的倾仰角。

业界一般采用基于电阻原理的线性滑块传感器或者旋转电位器装置来实现电调天线位移的测量控制。其优点在于价格较低、测量方法简单，缺点在于体积较大、环境适应性较差，特别是当物体运动产生空间偏差时容易造成测量误差。

同时，业界也有采用磁致式位移控制传感装置或者光电位移控制传感装置来解决测量精度和测量误差方面的问题，但其成本太高且结构空间较大。

可见，现有技术中的多种公知的应用于机电控制装置，例如移动通信天线的机电控制装置的位移控制传感装置，普遍体积偏大、成本较高、测量精度低且环境适应性差，急需有一种更为先进的位移控制传感装置取而代之。

发明内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种更为精准的非接触式的基于电感原理的位移控制传感装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种用于天线波束方向控制装置的位移控制传感装置，包括传动支架、感应机构、测量转换电路、传动换向器、传动机构，其特征在于：

所述感应机构设置在所述传动支架上，包括电感线圈和对应电感线圈设置的金属导体；

所述传动机构包括电机和传动螺杆，所述电机用于通过传动螺杆驱动所述传动换向器以使所述感应机构中的电感线圈和金属导体相向运动；

所述测量转换电路，其与感应机构的电感线圈电性连接，以利用电感线圈的电感变化值转换得出对应于所述传动换向器的线性位移的空间位移变化值。

本实用新型的一个实施例所揭示的技术方案为：

具体的，所述传动支架为套筒结构，所述电感线圈缠绕在传动支架上，所述金属导体与所述电感线圈呈同轴同心设置；所述传动螺杆与所述传动支架为同轴同心设置，所述金属导体套设在所述传动螺杆上，所述电机用于驱动所述传动螺杆转动，所述传动螺杆的圆周运动通过传动换向器转换为沿螺杆轴向的线性运动；

较佳的，所述感应机构中，设有多个相串联且在空间上顺次相间隔设置的电感线圈，各电感线圈均套设在所述传动支架外周，对应各电感线圈设有个数相对应的若干金属导体，各金属导体沿传动螺杆的轴向排列且顺次固定连接。

更佳的，所述各金属导体在沿传动螺杆的轴向上顺序固定串接或一体成型。

其中，以上各种技术方案中，所述金属导体可以是锥体状。

所述传动换向器的外壁设有沿轴向延伸的导向槽，所述传动支架的内壁设有与该导向槽相匹配的定位装置，所述传动换向器在传动螺杆的带动下，受所述定位装置对导向槽的导引，而被限定为沿自身轴向做线性运动。所述定位装置还可以是固定在所述传动支架内壁上的销或轴。

作为限制传动换向器沿其轴向做线性运动的可选方案，也可以将所述传动换向器的外壁为多棱柱形，所述传动支架开口处内表面与所述传动换向器的外壁形状相适应。

本实用新型的另一个实施例所揭示的技术方案为:

具体的，所述传动支架为通过支撑轴所连接的由两个支撑架所构成的板状结构，穿过所述支撑轴的所述传动换向器一端螺纹连接于所述传动螺杆，另一端夹持包含所述感应线圈的测量电路板，所述感应线圈为平面型感应线圈，所述金属导体与所述测量电路板平行设置并固定于于所述两个支撑架上的平板上。

较佳的，所述传动机构中的传动螺杆包括主传动螺杆和副传动螺杆，主传动螺杆和副传动螺杆之间连接有用于实现变速的齿轮传动组，所述电机通过所述传动机构驱动传动换向器，所述副传动螺杆设置于所述两个支撑架上，所述传动换向器螺纹连接于副传动螺杆上。

所述感应线圈由印制电路板覆铜层刻蚀形成，所述金属导体由印制电路板覆铜层刻蚀成三角形或梯形所形成。

本实用新型有益效果如下：本方案基于电感原理，当金属导体与感应线圈相对运动时，通过测量感应线圈中所产生的电感量的变化，即可换算成移动换向器位移的变化，从而实现对外部被测物位移的测量。

附图说明

图1是本实用新型基于电感原理的位移控制传感装置的原理示意图；

图2是本实用新型中的测量转换装置的电路原理图；

图3是本实用新型的一个实施例的结构示意图；

图4是级联感应线圈和级联金属导体的示意图；

图5是锥形金属导体的结构图；

图6是一体式的具有多锥体的锥形金属导体结构图。

图7是本实用新型另一实施例的工作演示图；

图8是本实用新型另一实施例的测量电路板的示意图；

图9是本实用新型另一实施例的阻抗电路板的示意图；

图10是本实用新型另一实施例的一种工作状态示意图；

图11是本实用新型另一实施例的另一种工作状态示意图；

图12是本实用新型另一实施例的一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。本实用新型揭示的一种基于电感原理的位移控制传感装置，请参阅图1，其包括用于直接或间接感知被测部件移动的感应线圈和用于计算感应线圈的电感变化并得出相应结果数据的测量转换装置，借助一诸如线缆、固有接头之类的信号连接装置，可读取测量转换装置的计算结果数据并加以利用。

图2为所述测量转换装置的电路原理图。如图2所示，测量转换装置303包括并联电容201、电感转换芯片202、用于测量电路工作的阻容元器件203以及未图示的印制电路板，并联电容201、电感转换芯片202、阻容元器件203均设置在印制电路板上，印制电路板上设置有与所述电感转换芯片202的多个针脚电性连接的外接接口204，以实现外部设置与位移控制传感装置的信号互通。具体而言，所述并联电容201与所述感应线圈相并联，一并接入电感转换芯片202的两个针脚，以便电感转换芯片202能读取电感线圈301的电感变化值，进而由电感转换芯片202将该电感变化值转换为被测部件的实际的空间位置变化值。

本实用新型所述的位移控制传感装置实现的原理为：在电机304的驱动下，通过后续揭示的一系列的传动关系，使连接在传动换向器308上的被测部件(未图示)发生线性位移，而传动换向器308又联动金属导体302，当传动换向器308发生位移时，金属导体302也沿感应线圈301的轴向发生位移，引起感应线圈301的电感值发生变化，测量转换装置303将所测量的感应线圈301发生的电感变化值转换成金属导体302的实际空间位移变化值，并通过信号连接装置100将此位移变化值传递给外部接收器如系统控制板。由于金属导体302的位移(量)可预先由本领域技术人员与移相器的移相部件的位移(量)进行关联，因而，外部接收器便可据此计算电调天线移相器的移相量进而可获得因移相而引起的天线波束倾仰角的角度变化，继而再行控制电机304进行动作而做出移相操作的调整，由此得以实现电调天线的相位控制。可以理解，为了达到本实用新型精确测量的效果，金属导体302与电感线圈可以尽量以同轴同心的方式设置。

图3为实现本实用新型图2所示电路的一种实施结构。如图3所示的位移控制传感装置物理结构中，包括与传动螺杆306呈同轴同心设置的圆形传动支架307、金属导体302、传动换向器308、感应线圈301、金属导体302以及用于驱动传动螺杆306执行圆周运动的电机304。圆形传动支架307外表面上绕接有感应线圈301，测量转换装置303设置在传动支架307外部。圆柱形的传动换向器308设置在传动支架307内，居于传动支架307开口前端，可沿传动支架307轴向滑动，可滑出传动支架307外部。传动换向器308在传动支架307内一端与锥形金属导体302细端固定连接。传动换向器308的外壁沿轴向开有一导向槽310，在传动支架307的内壁设有和导向槽310相配合的定位装置，以限制传动换向器308只能沿轴向做直线运动，该定位装置既可以是具有定位功能的卡扣在传动支架307内壁上的紧固件311，也可以是固定在传动支架307内壁上的销钉。当然，也可将传动换向器308设置成截面具有正方形外轮廓的形状，还可以是其他的正多边形外轮廓形状，传动支架307与传动换向器308连接部分以相应形状配合，也能达到保证传动换向器308在传动支架307中沿轴向滑动做直线运动的效果。金属导体302轴向上设置有供传动螺杆306穿过的中心圆柱通孔312，所述中心圆柱通孔312孔径大于传动螺杆306的直径，避免两者接触摩擦，电机304输出的传动螺杆306穿过金属导体302的中心通孔与传动换向器308螺纹连接。本实施例中，传动螺杆306、金属导体302、传动换向器308与传动支架307为同轴同心设置，相应地，感应线圈301和金属导体302也为同轴同心设置。传动支架307与电机304通过连接结构件305紧固连接。实际中，电机304驱动传动螺杆306做圆周运动，受定位装置的限制，传动换向器308在传动螺杆的带动下仅能在传动支架307内壁直线滑动，从而将传动螺杆306的圆周运动力矩转换为传动换向器308自身的线性运动力矩，并带动金属导体302产生位移进入感应线圈301，此时，感应线圈301的电感值将发生变化，通过测量转换装置303测量感应线圈301的电感值变化，即可转换成锥形金属导体302的位移变化，由于传动换向器308通过外接传动杆与移相器等器件相连接，因此，金属导体302的位移变化亦对应于电调天线移相器的相位变化，进一步对应于天线波束倾仰角的角度变化，由此便可利用本实用新型的位移控制传感装置一边移相一边观测移相量，从而实现电调天线的相位控制。为了加强传动支架307的强度，其外部可适当增加加强筋。

以上实施例中，一个锥形的金属导体与一组线圈构成一个感应单元，该感应单元独立成一感应机构，借助该感应机构中该金属导体在该线圈中的运动即可实现电感变化值的检测，按照这一原理，可以通过串接多个这样的感应单元对这种感应机构进行扩充，从而实现行程扩展测量。

图4为实现行程扩展的位移控制传感装置的示意图。如图4所示，至少两节相同的锥形金属导体一线排列顺次相固定成串联连接，与之相应的，在传动支架307上设置有个数与金属导体个数相同的多个感应线圈，相邻两个感应线圈之间有间距，约等于两个相固定的金属导体之间的间距，同理，多个感应线圈之间也顺次进行串联连接，由此形成多个如前一实施例所示的感应单元，从而构成本实施例中的感应机构。在保证传动支架内金属导体移动空间足够的情况下，其工作情况为，假设初始位置为N级锥形金属物302n最小直径处处于一级线圈3011的入口位置，其电感值为L1；终点位置为N级锥形金属物302n最大直径处处于N级线圈301n的入口位置，其电感值为Ln；那么当位移装置从初始位置移动到终点位置的过程中测量电感值将从L1变大到Ln，其变化量为单级锥形金属导体移动时变化量的N倍，通过测量转换即可实现N倍的测量行程，从而满足了非接触式大行程的测量需求。这里，N可根据总行程S和单节锥形金属物的长度L来选取，即N＝S/L并向前取整。

优选的，图5展示了一种位移控制传感装置的锥形金属导体的结构图。如图5所示，单级锥形金属导体的主要特征包括锥体302，轴向中心圆柱通孔312，锥形金属导体细端的外螺纹316以及其粗端部分的内螺纹315。锥形金属导体的细端与传动换向器308螺纹连接。也可以将多个如图5所示的锥形金属导体依次串接，通过各锥形金属导体的细端和粗端的内外螺纹分别配合，即可连接形成级联式锥形金属导体。

另外，图6还展示了一种一体式的具有多个锥体的锥形金属导体的结构图。如图6所示，该锥形金属导体是由一圆柱形金属物一体加工形成，包括同方向加工而成的至少两级锥体，该级联式锥形金属导体还加工有轴向圆柱通孔312，以便利传动螺杆306穿过。

本实施例中，所述的锥形金属导体的材料可以是铝、铝合金，铜或者铜合金，也可以是钢或者铁的合金材料。

图7至图12还展示了本实用新型的另一实施例。

请参阅图7，图7是本实用新型另一实施例的工作演示图，图中上板为测量电路板，下板为阻抗电路板。测量电路板沿X轴方向相对于阻抗电路板平行移动，阻抗电路板固定不动。如图8所示，测量电路板由印制线圈(平面型感应线圈)、测量转换电路、信号连接线组成，其中印制线圈直接由印制电路板覆铜层通过刻蚀形成，测量转换电路则通过焊接在同一印制电路板的并联电容、电感转换芯片、用于测量电路工作的阻容元器件实现。

如图9所示，阻抗电路板由印制电路板覆铜层通过刻蚀形成三角形实现，该印制电路板覆铜层的作用即为本实用新型中所述金属导体的作用。该应用实现的具体形式是测量电路板与控制传动机构相连接，控制传动机构带动测量电路板沿X轴方向移动；阻抗电路板正对于测量电路板下方，并固定在支撑架上；实际中测量电路板将相对于阻抗电路板做相对平行运动。

图10、图11为本实用新型另一实施例在不同工作状态下的示意图，即测量电路板运行到阻抗电路板不同位置时的示意图。

图12为本实用新型另一实施例的结构示意图。电机304安装在由两个支撑架319所组成的传动支架上，两个支撑架319由支撑轴318连接并保持固定，电机304通过主传动轴320输出驱动力矩，并通过一对齿轮传动组322带动副传动轴321做圆周运动。传动换向器317一端与副传动轴321螺纹连接，其另一端夹持测量电路板323，并可沿固定于两个支撑架319上的阻抗电路板324所形成的平面沿副传动轴321轴向移动，此时测量电路板323与阻抗电路板324相对平行设置，支撑轴318穿过传动换向器317上所开设的孔洞，以支撑传动换向器并限制传动换向器317做线性运动。测量电路板323由平面型感应线圈301、测量转换电路303、信号连接线100组成，其中平面型感应线圈301直接由印制电路板覆铜层通过刻蚀形成，测量转换电路303则通过焊接在同一印制电路板的并联电容、电感转换芯片以及用于测量电路工作的阻容元器件实现。阻抗电路板324由印制电路板覆铜层通过刻蚀形成三角形来实现。显然，根据测量电路板与阻抗电路板相对运动的情况，印制电路板覆铜层刻蚀成梯形也是可以实现测量要求的。

本实施例的工作原理为，电机304驱动主传动轴320转动，主传动轴320通过齿轮传动组322带动副传动轴转动并驱动传动换向器317沿副传动轴轴向运动，传动换向器317带动测量电路板323相对平行于阻抗电路板做直线运动。如图10、图11所示，当测量电路板的感应线圈相对于阻抗电路板的三角形铜皮不同位置时，其导致的自身电感量L的值也不同。由于处于感应线圈下方的三角形铜皮面积是近似线性渐变的，因此电感量L也将是近似线性渐变的。当测量电路板从阻抗电路板一端移动到另一端时，测量转换电路将近似线性变化的电感量L转换成相应的数字或模拟信号，并通过信号连接线输出，外部控制主电路即可通过软件换算将L的变化换算成位移的变化从而实现位移的测量。

在电调天线闭环控制系统中，控制传动机构与天线移相器相连接的同时，通过机构与测量电路板相连接，在调节天线移相器的过程中，测量电路板也会相对于阻抗电路板产生位移；而通过测量转换电路将位移变化转成L量的变化，主控器再通过软件算法将L量的变化转换成实际位移的变化，从而精确的控制天线移相器的相位。

实际上，上述实施例还可以进一步简化，即通过架设在两个支撑架之外的电机直接输出动力给跨接在两个支撑架上的传动轴，传动轴伸出传动支架之外以和外部被测物相连接，传动换向器在两个支撑架中间和传动轴螺纹连接。从而可以实现本实用新型结构的简化。

综上所述，本实用新型所涉及的位移控制传感装置，其在向外输出位移力矩的同时，能同步实现对被测部件的位移量的精准的侦测。以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种位移控制传感装置，包括传动支架、感应机构、测量转换电路、传动换向器、传动机构，其特征在于：

所述感应机构设置在所述传动支架上，包括电感线圈和对应电感线圈设置的金属导体；

所述传动机构包括电机和传动螺杆，所述电机用于通过传动螺杆驱动所述传动换向器以使所述感应机构中的电感线圈和金属导体相对运动；

所述测量转换电路，其与感应机构的电感线圈电性连接，以利用电感线圈的电感变化值转换得出对应于所述传动换向器的线性位移的空间位移变化值。

2.根据权利要求1所述的位移控制传感装置，其特征在于，所述传动支架为套筒结构，所述电感线圈缠绕在传动支架上，所述金属导体与所述电感线圈呈同轴同心设置；所述传动螺杆与所述传动支架为同轴同心设置，所述金属导体套设在所述传动螺杆上，所述电机用于驱动所述传动螺杆转动，所述传动螺杆的圆周运动通过传动换向器转换为沿螺杆轴向的线性运动。

3.根据权利要求2所述的位移控制传感装置，其特征在于，所述感应机构中，设有多个相串联且在空间上顺次相间隔设置的电感线圈，各电感线圈均套设在所述传动支架外周，对应各电感线圈设有个数相对应的若干金属导体，各金属导体沿传动螺杆的轴向排列且顺次固定连接。

4.根据权利要求3所述的位移控制传感装置，其特征在于，所述各金属导体在沿传动螺杆的轴向上顺序固定串接或一体成型。

5.根据权利要求2至4中任意一项所述的位移控制传感装置，其特征在于，所述金属导体呈锥体状。

6.根据权利要求2至4中任意一项所述的位移控制传感装置，其特征在于，所述传动换向器的外壁设有沿轴向延伸的导向槽，所述传动支架的内壁设有与该导向槽相匹配的定位装置，所述传动换向器在传动螺杆的带动下，受所述定位装置对导向槽的导引，而被限定为沿自身轴向做线性运动。

7.根据权利要求6所述的位移控制传感装置，其特征在于，所述定位装置为固定在所述传动支架内壁上的销或轴。

8.根据权利要求2至4中任意一项所述的位移控制传感装置，其特征在于，所述传动换向器的外壁为多棱柱形，所述传动支架开口处内表面与所述传动换向器的外壁形状相适应。

9.根据权利要求1所述的位移控制传感装置，其特征在于，所述传动支架为通过支撑轴所连接的由两个支撑架所构成的板状结构，穿过所述支撑轴的所述传动换向器一端螺纹连接于所述传动螺杆，另一端夹持包含所述感应线圈的测量电路板，所述感应线圈为平面型感应线圈，所述金属导体与所述测量电路板平行设置并固定于于所述两个支撑架上的平板上。

10.根据权利要求9所述的位移控制传感装置，其特征在于，所述传动机构中的传动螺杆包括主传动螺杆和副传动螺杆，主传动螺杆和副传动螺杆之间连接有用于实现变速的齿轮传动组，所述电机通过所述传动机构驱动传动换向器，所述副传动螺杆设置于所述两个支撑架上，所述传动换向器螺纹连接于副传动螺杆上。

11.根据权利要求9或10所述的位移控制传感装置，其特征在于，所述感应线圈由印制电路板覆铜层刻蚀形成，所述金属导体由印制电路板覆铜层刻蚀成三角形或梯形所形成。