[發明專利]用于鋼構彈性角檢測的微角位移傳感器及其測量方法

無效

• 申請號: 200810096885.4
• 申請日: 2008-05-08
• 公開（公告）號: CN101275858A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 趙亮;趙志忠
• 申請（專利權）人: 無錫康華鋼構安全監測科技有限公司
• 主分類號: G01D5/243
• 分類號: G01D5/243;G01B7/30
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本發明涉及一種傳感器及其測量方法，特別是涉及一種用于鋼構彈性角檢測的金屬弦式脈沖輸出型的角微位移傳感器及其測量方法。

背景技術

測量角微位移的經典傳統方法有兩種。其一是電阻應變片式角微位移傳感器、其二是電容式角微位移傳感器。

1、應變片式角微位移傳感器又可以嚴格地定義為“電阻式半導體角位移傳感器”，這種傳感器屬于無源型半導體器件類，是一種專門用來測量鋼構彈性角受力時所發生應變角位移的器件。由于物體受到角外力的作用，產生相應的角形變，電阻應變片式角微位移傳感器就可以間接地測量出外力作用在鋼構彈性角受力的大小。

電阻應變片式角微位移傳感器的測量原理為：電阻應變型角微位移傳感器可以作為電阻器來等效，當電阻導體的截面積和電阻率一定時，其電阻值與電阻導體的長度成正比，在無外力的作用下，該電阻應變片式角微位移傳感器用一定的電路形式連接后，被牢固緊密地粘貼在被檢測的鋼構彈性角的測量表面。當這個金屬鋼構彈性角受到外力的作用時，其金屬鋼構彈性角就會發生相應幾何角度的機械微形變，被牢固緊密粘貼的電阻應變片式角微位移傳感器也隨之發生幾何形變，或拉長變細，或縮短變粗。由于電阻應變片式角微位移傳感器的角采樣部分，在外力的作用下發生相應角度的微形變時，使得電阻應變片式角微位移傳感器內部的半導體晶格發生錯位變形，因而使得電阻應變片式角微位移傳感器的本體電阻也隨著金屬鋼構彈性角的角微位移量的變換而變化，通過不同電路的連接形式，使得電阻應變片式角微位移傳感器的輸出電壓也隨著金屬鋼構彈性角的角微位移量的變化而變化，從而達到進行金屬鋼構彈性角的角微變量轉化為模擬電壓微變量的目的。

電阻應變片型傳感器從它的誕生到現在的發展，已有近三十多年的歷史，在理想的環境條件下，微角位移電阻應變片型傳感器呈現出良好的輸出的外特性，因而微角位移應變片型傳感器在一些領域中被應用。由于微角位移應變片型傳感器材料采用的是半導體材料，其基本物理特性，在某些特殊地場合條件下，有其致命的弱點。其弱點如下：

●電阻應變片式角微位移傳感器的核心部分為半導體的硅材料所制，對其溫度有較高的靈敏度，因此不適合溫度變化跨度較大的場合使用。

●電阻應變片式角微位移傳感器為半導體材料合成所制，其機械壽命有限，在連續動態的工況下工作壽命不大于半年。

●在制造電阻應變片式角微位移傳感器時，需要用粘接劑將電阻應變片牢固緊密的粘貼在輔助工裝件上，在一定程度上影響檢測精度。

●對成批產品，該傳感器核心部件只能抽樣檢測，無法對每一個核心部件進行電氣參數的檢測，因此對每個產品的質量把握是間接所為。

2、電容式角微位移傳感器又可以定義為“電容式角微位移傳感器”，這種傳感器屬于無源型器件類，是一種專門用來測量角所發生應變角微位移的器件。由于物體角度受到角外力的作用，將產生相應的角微形變，電容式角微位移傳感器就可以間接地測量出角外力作用在物體角受力的大小，以及外力對物體角度作用變化的微變量。

電容式角微位移傳感器的測量原理為：電容式角微位移傳感器可以作為電容器來等效，在物體被監測角度上設置一對可以進行相對小位移的金屬片作為電容器，兩個金屬片的投影面積或距離是決定該電容容量的重要參數。

在無外力的作用下時，該電容式角微位移傳感器用一定的電路形式連接后，被緊密地固定被測物體角測量面上。當這個物體角沒用受到外力的作用時，其兩個金屬片的投影面積或距離相對靜止，并保持著原始靜態電容的容量值。

在有外力的作用下時，這個物體角受到外力的作用時，其被固定的兩個金屬片的投影面積或距離將發生相對變化，因而使得電容式角微位移傳感器的基準電容也隨著物體角的角微位移的變換而變化，通過不同電路的連接形式，將電容容量的變化量轉換為電壓量，使得電容式角微位移傳感器的輸出電壓隨著被測物體角的角微位移量的變化而變化，從而達到進行物體角的角微變量轉化為兩個金屬片的投影面積或距離相對變化，而后又使得兩個金屬片的投影面積或距離相對變化轉換為電容容量的變化，進而達到將電容量變化轉換為模擬電壓微變量的目的。

其弱點如下：1、對溫度有較高的靈敏度，不適合溫度變化跨度較大的場合使用。2、機械往復回差大，使得往復測量精度誤差大。3、抗振動特性比較弱，不適應在非常惡劣的場合工作，在一定程度上影響檢測精度。

發明內容

本發明的目的在于克服上述的電阻式角微位移傳感器和電容式角微位移傳感器作為鋼構彈性角檢測的微角位移量傳感器的弱點，提供了一種檢測范圍大、壽命長、動響應快、穩定性好，又可進行產品全檢測機電性能，用于鋼構彈性角檢測的金屬弦式脈沖輸出型的微角位移傳感器。