CN210773875U - 一种位移传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种位移传感器，包括大线圈、导磁件及控制电路，其特征在于，还包括：包含至少两个周期的小线圈及固定件，大线圈及小线圈相互叠设于固定件内，大线圈为一个周期，导磁件可滑动安装于固定件的外周，控制电路，用于分别接收大线圈及小线圈的信号并根据大线圈及小线圈的信号确定导磁件的位置本实用新型的位移传感器能够更加精准测量液位水平高度。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种位移传感器。
背景技术
感应式位移传感器是通过感应线圈和附近的金属片相互耦合来测量位移。目前市场上的感应式位移传感器通常通过大线圈的长度和相对应的金属片的长度成一定比例来达到一定的测量精度，因为大线圈的长度决定了传感器的量程，通常需要做得较长，而相对应的金属片的长度决定了测量的盲区，通常有限制，不能做得太长，这导致计算出来的位移量精确度较低，分辨率也较低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种位移传感器，能够更加精准地确定导磁件的位置。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提供了一种位移传感器，包括大线圈、导磁件及控制电路，其特征在于，还包括：包含至少两个周期的小线圈及固定件，所述大线圈及所述小线圈相互叠设于固定件内，所述大线圈为一个周期，所述导磁件可滑动安装于所述固定件的外周；
所述控制电路，用于分别接收所述大线圈及所述小线圈的信号并根据所述大线圈及所述小线圈的信号确定导磁件的位置。
较优的，所述小线圈的周期划分处为所述小线圈中每组绕线的自交点所在的面与所述大线圈中每组绕线的自交点所在的面的重合处。
较优的，所述小线圈沿所述固定件的中心轴设置，所述大线圈螺旋套设于所述小线圈的外周。
较优的，所述位移传感器还包括模拟开关，所述控制电路通过所述模拟开关与所述大线圈、所述小线圈电连接。
较优的，所述控制电路，具体用于分别接收所述大线圈及所述小线圈的信号，根据大线圈的信号判定所述导磁件所在所述小线圈的周期，以及根据所述小线圈的信号确定所述导磁件在所述周期内具体位置。
较优的，单个周期的小线圈的中心轴长为大线圈的中心轴长的
其中，n为小线圈的周期数。
较优的，所述大线圈的直径小于或等于所述固定件的直径。
较优的，所述小线圈的直径小于或等于所述大线圈的直径，且所述小线圈与所述大线圈相互绝缘。
较优的，所述导磁件为金属片。
较优的，所述固定件为电子管。
本实用新型的有益效果为：控制电路通过模拟开关选择导通大线圈或小线圈，分时读取和处理大线圈及小线圈的信号。通过判断大线圈的信号与小线圈的周期划分点的值的关系，确定导磁件所在的小线圈的周期，进而通过小线圈信号计算出导磁件在周期内具体的位置，使得在提高传感器测量精度的同时，也使传感器测量的量程不受限制，从而使得大量程的传感器具有高精确度及高分辨率。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的位移传感器的结构示意图。
图2是本实用新型实施例提供的位移传感器的信号示意图。
100.位移传感器，10.大线圈，11.第一组大线圈绕线，12.第二组大线圈绕线，20.控制电路，30.小线圈，31.第一组小线圈绕线，32.第二组小线圈绕线，40.模拟开关，50.发射线圈。
具体实施方式
为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1是本实用新型实施例提供的位移传感器的结构示意图。图2是本实用新型实施例提供的位移传感器的信号示意图。如图1及2所示，本实用新型的实施例提供了一种位移传感器100，包括大线圈10、导磁件(图中未示)、控制电路20、包含至少两个周期的小线圈30及固定件(图中未示)。
在本实施例中，所述导磁件为金属片。所述固定件为电子管。
所述大线圈10及所述小线圈30相互叠设于固定件内。具体的，所述小线圈30沿所述固定件的中心轴设置，所述大线圈10螺旋套设于所述小线圈30的外周。即在一个周期大线圈10的基础上增加了包含多个周期的小线圈30。其中，大线圈10的长度决定测量量程。大小线圈的长度相等。小线圈30的周期数决定精度，并且小线圈30的周期数可根据传感器量程的大小进行增减，即可根据大线圈的长度进行增减。两种线圈相互叠加在一起，接收同一个发射线圈50的信号。在本实施例中，发射线圈50设置在电子管内，且套设在大线圈10的外周。
较优的，所述小线圈的周期划分处为所述小线圈中每组绕线的自交点所在的面与所述大线圈中每组绕线的自交点所在的面的重合处。具体的如图1及2所示，小线圈30四个周期的划分处显示在图1中的A、B、C三条线，对应图2中的A、B、C三个点。图中2中的三个点的值可由实验测量得知，即其信号值。在本实施例中，小线圈30由两组绕线组成，包括第一组小线圈绕线31及第二组小线圈绕线32。大线圈10由两组绕线组成，包括第一组大线圈绕线11及第二组大线圈绕线12。
所述导磁件可滑动安装于所述固定件的外周。在本实施例中，金属片可装设于电子管外的浮筒内，传感器竖直放入液体中，浮筒随着液位的变化而滑动。
控制电路20，用于分别接收所述大线圈10及所述小线圈30的信号并根据所述大线圈10及所述小线圈30的信号确定导磁件的位置，即分时读取和处理大线圈10及小线圈30的信号，然后根据大线圈10的信号判定所述导磁件所在所述小线圈的周期，具体为通过判断大线圈10的信号与A、B、C三点的值的关系，确定导磁件所在的周期，然后根据所述小线圈30的信号确定所述导磁件在所述周期内具体位置。在提高传感器测量精度的同时，也使传感器测量的量程不会因精度而被限制，从而使得大量程感应式位移传感器具有高精确度及高分辨率。
更进一步的，结合附图详细地描述位移传感器100的工作原理：
小线圈30的每个周期的信号最大值(Vmax)是相等的及信号最小值是相等的。导通小线圈30读取其信号(Vsmall)，测量得到起始值(Vs)和结束值(Vo)，导通大线圈10读取其信号。传感器量程为L。
先计算总的小线圈30的信号值(Vtotal)：
Vtotal＝(Vmax–Vmin)*(n–2)+(Vmax–Vs)+(Vo–Vmin)。
当确定大线圈10的信号小于A点的值，判定导磁件在小线圈30的第一个周期内，然后再根据小线圈30的信号(Vsmall)计算导磁件的具体位置。具体为：(Vsmall–Vs)*L/Vtotal(1)。
当确定大线圈10的信号大于A点的值及小于B点的值，判定金属片在小线圈30的第二个周期内，然后再根据小线圈30的信号(Vsmall)计算金属片的具体位置。具体为：
(Vmax–Vmin+Vsmall–Vs)*L/Vtotal(2)，其中，Vmax–Vmin为第二周期的最大值与最小值之差。
当确定大线圈10的信号大于B点的值及小于C点的值，判定金属片在小线圈30的第三个周期内，然后再根据小线圈30的信号(Vsmall)计算金属片的具体位置。具体为：
(Vmax–Vmin+Vmax–Vmin+Vsmall–Vs)*L/Vtotal(3)，在公式(2)中的Vmax–Vmin+Vsmall–Vs再加上第三周期的最大值与最小值之差。
当确定大线圈10的信号大于C点的值，判定金属片在小线圈30的第四个周期内，然后再根据小线圈30的信号(Vsmall)计算金属片的具体位置。具体为：
(Vmax–Vmin+Vmax–Vmin+Vmax–Vmin+Vsmall–Vs)*L/Vtotal，在公式(3)中的Vmax–Vmin+Vmax–Vmin+Vsmall–Vs再加上第四周期的最大值与最小值之差。
小线圈每增加一个周期，公式以此类推。
较优的，位移传感器还包括模拟开关40，所述模拟开关40分别与所述大线圈10、所述小线圈30及所述控制电路20电连接。通过模拟开关40,使得控制电路20通过模拟开关分别导通大线圈10及所述小线圈30，从而分时获取到大线圈10及所述小线圈30的信号值。
较优的，单个周期的小线圈30的中心轴长为大线圈10的中心轴长的
其中，n为小线圈30的周期数。使得在耦合导磁件长度维持不变的条件下，导磁件长度相对于小线圈30单个周期的长度的比例提高了n倍，感应信号的精确度也相应提高n倍，分辨率也提高n倍；从而提高整个传感器的精确度和分辨率。在本实施例中，周期数为4个，进而单个周期的小线圈30的中心轴长为大线圈10的中心轴长的
较优的，所述大线圈10的材料为铜箔。所述小线圈30的材料为铜箔。在其他实施例中，可根据具体使用情况选择其他的导电材料。
较优的，所述大线圈10的直径小于或等于所述固定件的直径。所述小线圈30的直径小于或等于所述大线圈10的直径，且所述小线圈30与所述大线圈10相互绝缘。使得大线圈10及小线圈30的测量的精度更高。
较优的，所述模拟开关40的类型为CD4052。
较优的，所述控制电路20中的芯片类型为PIC18F25K80。
本实施例的有益效果为控制电路通过模拟开关选择导通大线圈或小线圈，分时读取和处理大线圈及小线圈的信号。通过判断大线圈的信号与小线圈的周期划分点的值的关系，确定导磁件所在的小线圈的周期，进而通过小线圈信号计算出导磁件在周期内具体的位置。本实用新型使得在提高传感器测量精度的同时，也使传感器测量的量程不受限制，从而使得大量程的传感器具有高精确度及高分辨率。
以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种位移传感器，包括大线圈、导磁件及控制电路，其特征在于，还包括：包含至少两个周期的小线圈及固定件，所述大线圈及所述小线圈相互叠设于固定件内，所述大线圈为一个周期，所述导磁件可滑动安装于所述固定件的外周；
所述控制电路，用于分别接收所述大线圈及所述小线圈的信号并根据所述大线圈及所述小线圈的信号确定导磁件的位置。
2.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于：所述小线圈的周期划分处为所述小线圈中每组绕线的自交点所在的面与所述大线圈中每组绕线的自交点所在的面的重合处。
3.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于：所述小线圈沿所述固定件的中心轴设置，所述大线圈螺旋套设于所述小线圈的外周。
4.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于：还包括模拟开关，所述控制电路通过所述模拟开关与所述大线圈、所述小线圈电连接。
5.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于：所述控制电路，具体用于分别接收所述大线圈及所述小线圈的信号，根据大线圈的信号判定所述导磁件所在所述小线圈的周期，以及根据所述小线圈的信号确定所述导磁件在所述周期内具体位置。
6.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于：单个周期的小线圈的中心轴长为大线圈的中心轴长的
其中，n为小线圈的周期数。
7.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于：所述大线圈的直径小于或等于所述固定件的直径。
8.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于：所述小线圈的直径小于或等于所述大线圈的直径，且所述小线圈与所述大线圈相互绝缘。
9.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于：所述导磁件为金属片。
10.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于：所述固定件为电子管。
Priority Applications (1)
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2019
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