CN2530242Y

CN2530242Y - 铁芯涡流大位移传感器

Info

Publication number: CN2530242Y
Application number: CN 02210789
Authority: CN
Inventors: 韩炜; 龚依民; 王法堂
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2003-01-08
Anticipated expiration: 2012-03-22

Abstract

本实用新型涉及一种铁芯涡流大位移传感器，由磁芯(3)、磁芯内部的测量线圈(6)和测量用短路环(5)、补偿线圈(1)和补偿用短路环(2)组成，补偿线圈与测量线圈所用材料、线径、匝数一致，补偿用短路环和测量用短路环直径、厚度一致，测量线圈(6)所环绕的磁芯的外部形状为抛物线、双曲线或椭圆的两条对称曲线，在磁芯的底部为曲线的最宽处。本传感器具有对大位移进行精确测量、线性良好、温度稳定性高等优点。

Description

铁芯涡流大位移传感器

本实用新型属于机电领域，涉及一种铁芯涡流大位移传感器。

随着电子技术的飞速发展，需要进行自动控制的领域越来越广，特别是在汽车、机械制造等领域。对位置进行精确控制的场合也越来越多，需要测量的位移越来越大，对控制精度的要求又越来越高(1/1000到1/10000的控制精度)，可靠性和温度适用性要求也进一步提高。现有涡流传感器的技术如附图1所示，交变电源21产生的交变电流在线圈22中产生交变的磁场，当金属导体23和线圈22的距离发生变化时，金属导体23产生的涡流使得线圈22的电感发生变化，通过测量线圈22的电感的变化就可以知道金属导体23和线圈22之间的相对位移的变化，由于受设计原理的限制，这种位移传感器只能对比较小的位移(1毫米左右)进行线形的测量(参见：《传感器原理与应用》，电子科技大学出版社，68-70)。现在实际中迫切需要一种能够对比较大的位移量进行非接触精确测量、结构简单、可靠性强、温度适用性好的位移传感器。

本实用新型的目的就是提供一种能够对大位移进行精确测量、且线性良好、温度稳定性高的铁芯涡流大位移传感器。

我们将图1所示的的涡流传感器的基本结构原理加以变化，形成本实用新型所述的铁芯涡流大位移传感器。传感器由方形或长方形的多组矽钢片、在多层矽钢片侧面内凹成的特定形状的磁芯、在此磁芯上缠绕的测量电感线圈及测量用短路环组成，考虑到温度对测量的影响，在多组矽钢片的另一侧面，还内凹有另一磁芯，磁芯上缠绕有补偿电感线圈及补偿用短路环。

在矽钢片中，测量电感线圈所缠绕磁芯的外部形状为抛物线、双曲线或椭圆的两条对称曲线，在磁芯底部为曲线的最宽处。而对补偿电感线圈所缠绕的磁芯的外部形状没有要求，对测量电感线圈和补偿电感线圈所缠绕的内部磁芯的形状也没有特殊要求。

测量电感线圈和补偿电感线圈由特定电路供给正弦交流电(频率1到20KHZ，峰—峰值电压5到50伏，恒压)。特定供电电路由激励电源、测量电路、放大电路、绝对值电路组成。

当给测量电感线圈和补偿电感线圈通以正弦交流电时，则产生电感。测量用短路环在有磁芯中的电感中的位置不同，则短路环中的涡流不同，从而使有磁芯的测量用电感线圈的电感量发生变化。通过合理设计磁芯的几何形状，可以使有磁芯的电感线圈的电感量的变化和短路环在磁芯中的位移成线性关系。这样通过测量有磁芯的电感线圈的电感量的变化，就可以知道短路环位移的变化。

为了补偿温度对测量结果的影响，本实用新型传感器还设有一组与测量用电感线圈材料、线径、匝数完全一致的补偿电感线圈，补偿电感线圈和测量电感线圈在同一组矽钢片组成的磁芯上，这样可以保证两组电感线圈的温度是一致的。由于温度的变化使得测量电感线圈和补偿电感线圈的几何尺寸和电阻发生变化，从而引起测量电感线圈和补偿电感线圈电感量的变化是一致的，这样通过将测量电感线圈和补偿电感线圈作为测量电路的一个桥路，就可以完全补偿由于温度的变化而引起的线圈中电感的变化，从而实现对大位移量的精确测量。

由于矽钢片特定的曲线形状保证了短路环的位移与测量电感线圈中电感(经补偿后)的变化是线形的，另一方面我们选择了精度足够高的放大器，本实用新型所述及的位移传感器的测量精度可达到1/1000到1/10000之间。

实验结果显示，测量位移量在0到25毫米的范围内，传感器的线性度优于0.1％。如激励电源、前置放大器和绝对值电路的稳定度足够高的话，其输出的稳定度优于0.1％。

本实用新型传感器主要应用于各种需要非接触的、在比较大的范围内(10到30毫米)进行的位移测量。

本实用新型产品具有比较好的线性(线性度不低于0.1％)，在一定的测量温度范围内(-40℃到125℃)具有良好的温度稳定性等优良效果。

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

图1：现有技术的涡流传感器示意图；

图2：本实用新型述及的大位移涡流传感器示意图；

图3：本实用新型述及的大位移涡流传感器尺寸参数示意图；

图4：测量用电路框图。

如图2所示，各部分名称及参数如下：补偿电感线圈1，其线径为0.07到0.15mm的漆包线，匝数200到1000匝；补偿短路环2；磁芯3，为0.2到0.6mm厚矽钢片，15到60片、非晶带或铁氧体磁芯；测量用磁芯4，其几何形状为抛物线、双曲线或椭圆的对称两条曲线，在最底部为曲线的最宽处；测量用短路环5；测量用电感线圈6，其线径0.07到0.15mm的漆包线，匝数和线包尺寸与补偿电感线圈1相同。

如图3所示，各部分尺寸限制如下：

1’：30到60毫米；

2’：15到30毫米；

3’：2到10毫米；

4’：线包厚度3到10毫米；

5’：10到20毫米；

6’：2到10毫米，同3；

7’：5到15毫米；

8’：直径17到28毫米，厚度1到3毫米；

9’：测量用磁芯的几何形状为抛物线、双曲线或椭圆的对称的两条曲线，

在磁芯底部为曲线最宽处；

10’：同4，线包厚度3到10毫米；

11’：35到80毫米；

12’：同8，直径17到28毫米，厚度1到3毫米；

图4所示电路的检测原理和要求如下：

在检测线圈和补偿线圈上加上同样频率的正弦交流电(频率1到20KHz，峰-峰值电压5到50伏，恒压)，通过交流电桥进行检测。

激励电源根据所需的精度要求，其频率和电压的稳定度都必须达到或超过所需的精度。稳频可用晶振分频或用锁相环达到所需的频率和稳定度。幅度的稳定可用各种交流稳幅的方法如：深度交流负反馈、高精度放大器供电电源等措施以达到所需的稳定度要求。

分压电阻R1和R2的稳定度也要达到或超过所需的精度，其阻值应与传感器的线圈的交流阻抗在一个数量级。

前置放大器为对进行第一级放大的放大器，必需有足够高的信噪比。所以放大器必须是低噪声，其输入阻抗必须和传感器的输出阻抗相匹配，这样才能保证信号的无损耗的传输和相对小的噪声，而且放大器还必须有一定的放大倍数，因从传感器出来的信号比较大(50到100毫伏)，所以放大倍数在50到100倍就可以了。

绝对值电路的作用是使输出为直流，以便进行控制用。绝对值电路的精度也要达到或超过所需的精度。如对输出的精度要求很高，也可以采用更精密的放大电路，如：选频放大电路，锁相放大电路等，若用锁相放大电路可不用绝对值电路。

所述及的电路部分皆为常规技术，任何本领域的技术人员根据实际需要，不需要创造性劳动均可进行操作，完成本实用新型目的。且电路部分也不是本实用新型的发明点，故而只作如上简单的和原则性的介绍。

Claims

1、一种铁芯涡流大位移传感器，由多片矽钢片构成的磁芯(3)、环绕在磁芯一侧内部的测量线圈(6)和测量用短路环(5)、环绕在磁芯另一侧内部的补偿线圈(1)和补偿用短路环(2)组成，其特征在于：所述的补偿线圈(1)与测量线圈(6)所用材料、线径、匝数一致，补偿用短路环(2)和测量用短路环(5)直径、厚度一致，测量线圈(6)所环绕的磁芯的外部形状为抛物线、双曲线或椭圆的两条对称曲线，在磁芯的底部为曲线的最宽处。