TW201350802A - 磁致伸縮感測器 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種磁致伸縮感測器，主要係於一個以上的內管套設有一外管，且於內管外及外管內套設有一防護管，該內管兩端分設有一上固定座及一下固定座，上固定座內設有一感測模組，又內管內穿設有一磁導材料，且磁導材料一端係穿設於內管及防護管之間並與感測模組電連接，其中，該防護管係使用一堅固且絕緣的材質，故可提供一較佳的支撐力，以避免內管及外管因偏擺而造成組裝誤差，及發生相互摩擦而造成毀損，又維修時，因拆除外管時可避免水氣或異物直接與內管內的感測模組或磁導材料接觸，如此一來即可達到防護感測器及可避免異物或水氣入侵的目的。

Description

磁致伸縮感測器

本發明係關於一種磁致伸縮感測器，尤指一種可保護感測器並具有防水功效的磁致伸縮感測器。

磁致伸縮感測器的基本結構係由一個磁導材料、一個以上的磁性移動體、一個電流脈波發生器以及一應變訊號檢出器構成。應變訊號檢出器可以是藉由檢出磁導材料因應變產生的磁場變化，在另一端由感應線圈(Coil)檢出，除此之外，可利用一個壓電材料檢出應變量並轉換成電壓，此效應稱為magnetostrictive effects(磁場造成磁導材料械形變)，結合反向作用稱為機械形變造成磁場變異(inverse magnetostrictive effects)，則可以檢知磁導材料的變化，作為訊號檢出。磁致伸縮感測器的作動原理是利用磁感量測回波的振動訊號。整個作動機制包括：

1.電流脈衝訊號(Electric Trigger)饋入磁導材料，以產生磁場並以光速沿磁導材料軸向傳遞。

2.與磁性移動體上的固定磁場相衝擊，由於磁場相衝擊之反作用力激起應變震波，令震波以聲波速度沿磁導材料兩邊傳遞。

3.當震波傳回時，震波經由一個壓電轉換器或感應線圈(coil)輸出電壓脈衝訊號。

4.取得電流脈衝訊號訊號與電壓脈衝訊號，並計算震波波速與時間差，得到距離定位值。

由上述可知，磁致伸縮感測器為精密的工業用感測器，其內部驅動原理為電路裝置輸入一脈衝電流進入磁導材料(磁致伸縮材料)，當脈衝電流與磁性移動體遭遇時，改變磁導材料的磁場方向，產生微小的震動或磁場變化，最後訊號回到感測電路裝置，利用脈衝電流與回波訊號的時間間隔做計算而檢測出磁鐵的感應位置。但也因為磁致伸縮感測器為高精度與高穩定度之產品，故內部的結構設計便極為重要，既要有相當的可靠度結構設計且組裝過程必須簡單而不複雜。

如美國第5998991號發明專利案即揭露一種磁致伸縮感測器，請配合參閱圖7，其內包含有一外管90及一設於外管90內的內管91，該內管91內設有一磁導材料92，且磁導材料92係分別固定於內管91兩端，其中磁導材料92一端和一外部連接器93連接，另端則透過內管91和另一外部連接器94連接，意即該內管91係由一可導電的材質構成，如此一來該磁導材料92透過外部連接器93、94即可與外部的感測電路(圖中未示)連接，藉此將磁導材料92所產生的震波傳遞至感測電路，並計算兩外部連接器93、94分別回傳震波的速度差及時間差，即可得知液位的高度。

上述磁致伸縮感測器的內、外管91、90之間係透過焊接組裝，故其平行度不夠，意即該內管91組裝於外管90內時，極易造成內、外管91、90之間的摩擦，進而造成內管91或外管90的元件損毀，進而可能造成感測器功能失效，又維修時，需將內管91拆離外管90，此時極易造成異物入侵或水氣入侵，致使感測器功能損毀，另該磁致伸縮 感測器的長度超過一定長度時，極易因內管或外管的偏擺而造成內、外管之間的組裝誤差，致使感測器失效，鑑於上述問題，實有必要謀求可行的解決方案。

鑑於上述現有技術的缺點，本發明主要目的係提供一種可保護感測器以避免異物入侵，且具有防水之功效的磁致伸縮感測器。

為達成上述目的所採取的技術手段係令前述感測器包含有：一個以上的內管，係呈中空管狀，其具有一第一端及一第二端；一外管，係套設於內管外，且外管長度係匹配於內管；一防護管，係套設於內管外而位於外管內，該防護管的長度匹配於內管長度，該防護管係由一堅固且絕緣的材料構成；一上固定座，套設於內管的第一端，該上固定座係呈中空狀，具有一外側端及一內側端，其內側端形成有一內管槽，外側端形成有一與內管槽連通的安裝槽，該內管槽係用以固定內管一端；一下固定座，套設於內管的第二端，該下固定座係呈中空狀，具有一外側端及一內側端，其內側端形成有一內管槽，外側端形成有一與內管槽連通的安裝槽，該內管槽係用以固定內管相對於上固定座的另端；一感應模組，係設於上固定座外側端的安裝槽內； 一磁導材料，其兩端分設有一線接頭，其中一線接頭位於上固定座的安裝槽中且穿設於感應模組上，另一線接頭係設於下固定座的安裝槽內，利用兩線接頭將磁導材料的兩端分別固定在內管的第一、第二端上，使磁導材料不接觸地穿設於管件內；一外固定座，套設於防護管的一端，該外固定座係呈中空狀，具有一外側端及一內側端，其內側端形成有一防護管槽，外側端形成有一與防護管槽連通的容置槽，供固定該上固定座，該防護管槽係用以固定防護管一端；依照上述構造所構成的感測器，主要係令上固定座的內側端固定於內管的第一端，並將感應模組及磁導材料分別設於上固定座的安裝槽及內管內，再將該上固定座容置於外固定座的容置槽內，且該內管係穿出於外固定座的防護管槽，又進一步地將該防護管固定於外固定座的防護管槽，最後將外管套設於防護管外並固定於外固定座上，其中，如欲維修時而將外管拆離時，此時因具有防護管而可避免異物入侵或水氣入侵至該感應模組或磁導材料，又該防護管係使用堅固材料構成，故組裝時免於焊接，故可供一高平行度的管路，又該防護管可提供一支撐力，可提供避免內、外管之間相互摩擦，另可避免因內管及外管偏擺而造成感測器失效，如此一來即可提供可保護感測器避免異物入侵或水氣入侵，且具有防護功效的磁致伸縮感測器。

關於本發明之一實施例，請參閱圖1，該感測器包含有 一個以上的內管10、一外管20、一防護管30、一上固定座40、一下固定座50、一感應模組60、一磁導材料70及一外固定座80，其中：

該內管10係呈中空管狀，且其具有一第一端11及一第二端12，於本實施例中，該內管10的外側壁上於相對的位置分別形成有一置線槽13(請配合參閱圖2所示)。

該外管20係套設於內管10外，且其長度係匹配於內管10，該外管20一端係固定於外固定座80上。

該防護管30係設於內管10外而位於外管20內，且防護管30係匹配內管10長度，又防護管30之一端係設於外固定座80一端內，於本實施例中，防護管30係使用一金屬材質，且內外管壁分別施以絕緣塗層以令該防護管30形成一絕緣體。

請配合參閱圖3，該上固定座40呈中空狀，且具有一外側端及一內側端，該內側端形成有一內管槽41，供固定內管10一端，該外側端形成有一與內管槽41連通的安裝槽42。

該感應模組60係設於上固定座40的安裝槽42內，主要係用以感測該磁導材料70後並將其訊號傳送至外部的一感測電路(圖中未示)。

請配合參閱圖4，該下固定座50呈中空狀，其係套設於內管10的第二端，又下固定座50具有一外側端及一內側端，其內側端形成有一內管槽51，以供固定內管10相對上固定座40的另端，外側端形成有一與內管槽51連通的安裝槽52。

該磁導材料70兩端分設有一線接頭71，其中一線接頭71設於感應模組60上(如圖3所示)，另一線接頭71係設於下固定座50的安裝槽52內，利用兩線接頭71將磁導材料70的兩端分別固定在內管10的第一、第二端11、12上，進而使磁導材料70不接觸地穿設於內管10內，其中磁導材料70一端係穿出內管10第一端11，且與感測模組60連接，再直線延伸穿出該線接頭71並固定，如此即可形成一外部連接器72，又磁導材料70相對的另端係於內管10第二端12穿出(如圖4所示)，並彎折穿設於內管10及防護管30之間的置線槽13，再於與外部連接器72同方向地以直線穿出該上固定座40並且固定，藉以形成另一外部連接器73，透過外部連接器72、73即可與外部感測電路連接(圖中未示)。

請配合圖3所示，該外固定座80係呈中空狀，具有一外側端及一內側端，其內側端形成有一防護管槽81，以供固定防護管30一端，外側端形成有一防護管槽81連通的容置槽82，該容置槽82係用以固定該上固定座40。

上述磁致伸縮感測器如欲增加長度時，係可透過連接二個以上的內管10藉以延伸長度，其中主要係進一步設有一個以上的套管14(如圖5所示)，該套管14係中空狀，且兩端分別形成有一匹配內管10管徑的插槽141，以供內管10一端插設於一插槽141內，相對地另一插槽141則供另一內管10一端插設，如此組合即可延伸長度。

上述外管20進一步設有一固定帽21(如圖6所示)及可滑動地套設有一磁性裝置22(如圖1所示)，該固定帽21係 位於外管20一端，且用以與外固定座80連接固定(本實施例中係採螺合固定)，又固定帽21與外固定座80間更進一步地設有一防水環23，藉此可避免水氣進入外管20內，該磁性裝置22呈球形狀，且其內設有浮球(圖中未示)以供磁性裝置22漂浮於液面上，該磁性裝置22主要係用以提供一固定磁場，藉以供感測液位高度之用。

依照上述構造所構成的磁致伸縮感測器，主要係透過內管10固定於上固定座40的內管槽41，並於上固定座40的安裝槽42固定該感測模組60，再由外固定座80的容置槽82固定上固定座40，且該內管10係由外固定座80的防護管槽81穿出，又外固定座80的防護管槽81係固定該防護管30，且防護管30係套設該內管10，另該磁導材料70的一端係穿設於內管10、上固定座40及感測模組60，相對的另端則係由內管10的第二端12及由線接頭71穿出後，並將磁導材料70彎折後穿置於內管10的置線槽13內，再直線地穿出該上固定座40，其中，當磁致伸縮感測器發生故障時，多半係將感測器於倉儲內取出後，再進行拆解以維修，其拆解過程係先將該外管20取下，因具有防護管30，故可避免於外管20取下時因不慎而造成水氣或異物直接接觸到磁導材料70或感測模組60，進而可能造成感測器損毀，又該防護管30係金屬材質，故具有較佳的支撐力，因此當感測器較長時，可避免內管10及外管20之間相互偏擺而造成組裝誤差，亦可避免內、外管10、20相互摩擦而造成感測器損毀，如此一來，透過防護管30即可達到防止異物或水氣入侵的目的，且藉由防護管30提供的支 撐力，可進一步令該內管10及外管20之間距離得以固定，藉以避免相互摩擦而造成損毀。

10‧‧‧內管

11‧‧‧第一端

12‧‧‧第二端

13‧‧‧置線槽

14‧‧‧套管

141‧‧‧插槽

20‧‧‧外管

21‧‧‧固定帽

22‧‧‧磁性裝置

23‧‧‧防水環

30‧‧‧防護管

40‧‧‧上固定座

41‧‧‧內管槽

42‧‧‧安裝槽

50‧‧‧下固定座

51‧‧‧內管槽

52‧‧‧安裝槽

60‧‧‧感應模組

70‧‧‧磁導材料

71‧‧‧線接頭

72‧‧‧外部連接器

73‧‧‧外部連接器

80‧‧‧外固定座

81‧‧‧防護管槽

82‧‧‧容置槽

圖1：係為本發明之一剖面圖。

圖2：係為本發明之內管剖面圖。

圖3：係為本發明之內管第一端局部放大圖。

圖4：係為本發明之內管第二端局部放大圖。

圖5：係為本發明之套管局部放大圖。

圖6：係為本發明之外管與外固定座之間局部放大圖。

圖7：係為現有技術之一剖面圖。

10‧‧‧內管

11‧‧‧第一端

12‧‧‧第二端

14‧‧‧套管

20‧‧‧外管

21‧‧‧磁性裝置

23‧‧‧防水環

30‧‧‧防護管

40‧‧‧上固定座

50‧‧‧下固定座

60‧‧‧感應模組

70‧‧‧磁導材料

71‧‧‧線接頭

72‧‧‧外部連接器

73‧‧‧外部連接器

80‧‧‧外固定座

81‧‧‧防護管槽

82‧‧‧容置槽

Claims (6)

1. 一種磁致伸縮感測器，其包含有：一個以上的內管，係呈中空管狀，其具有一第一端及一第二端；一外管，係套設於內管外，且外管長度係匹配於內管；一防護管，係套設於內管外而位於外管內，該防護管的長度匹配於內管長度，該防護管係由一堅固且絕緣的材料構成；一上固定座，套設於內管的第一端，該上固定座係呈中空狀，具有一外側端及一內側端，其內側端形成有一內管槽，以供固定內管一端，外側端形成有一與內管槽連通的安裝槽；一下固定座，套設於內管的第二端，該下固定座係呈中空狀，具有一外側端及一內側端，其內側端形成有一內管槽，以供固定內管相對的另端，外側端形成有一與內管槽連通的安裝槽；一感應模組，係設於上固定座外側端的安裝槽內；一磁導材料，其兩端分設有一線接頭，其中一線接頭位於上固定座的安裝槽中且穿設於感應模組上，另一線接頭係設於下固定座的安裝槽內，利用兩線接頭將磁導材料的兩端分別固定在內管的第一、第二端上，使磁導材料不接觸地穿設於管件內；一外固定座，套設於防護管的一端，該外固定座係呈中空狀，具有一外側端及一內側端，其內側端形成有一防護管槽，以供固定防護管一端，外側端形成有一與防護管 槽連通的容置槽，供固定該上固定座。
2. 如請求項1所述之磁致伸縮感測器，該防護管係使用一金屬材質，且於表面塗有一絕緣層。
3. 如請求項2所述之磁致伸縮感測器，該外管上套設有一磁性裝置，該磁性裝置呈球形狀，且其內設有浮球。
4. 如請求項3所述之磁致伸縮感測器，該內管的外側壁上於相對的位置分別形成有一置線槽，且置線槽係為於內管及防護管之間。
5. 如請求項4所述之磁致伸縮感測器，該磁導材料一端穿出內管第一端，且與感測模組連接，再直線延伸穿出該線接頭並固定，以形成一外部連接器，又磁導材料相對的另端係於內管第二端穿出，並彎折穿設於內管及防護管之間的置線槽，再於與外埠連接器同方向地以直線穿出該上固定座並且固定，以形成另一外部連接器。
6. 如請求項1至5中任一項所述之磁致伸縮感測器，該外管進一步於外固定座一端形成有一固定帽及一防水環；該固定帽呈中空狀，且套設固定於外固定座上，又外固定座及固定裝置之間套設該防水環。