[發明專利]具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器

有效

• 申請號: 201210008980.0
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102589403A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 趙輝;劉偉文;陶衛;劉滿華;雷華明;張永杰;于希文
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及傳感器的技術，具體涉及的是一種具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器的技術。

背景技術

磁致伸縮位移傳感器是利用磁致伸縮材料的威德曼(Wiedeman)效應和威拉里(Villary)效應實現絕對位移的測量，它具有量程大、非接觸、精度高、速度快、防護等級高、成本低等卓越特性，因而廣泛應用于機械、建筑、機床等行業。

由于這種傳感器是依靠電磁信號工作的，同時其直接測量量的感應信號的時候時間，所以在使用時會受到空間電磁場(包括移動磁鐵組件)的電磁干擾的影響，導致測量線圈中引入各種不同規律的干擾信號(即電磁噪聲)，從而直接降低傳感器的精度。因此，降低噪聲是磁致伸縮位移傳感器必須解決的問題。

目前大多數技術是采用電路處理技術來減小噪聲影響，提高測量精度和穩定性的。申請號200710063721.7的發明專利申請公開了一種磁致伸縮式位移傳感器電路方案(公開日為2007年9月19日)，其中對磁致伸縮傳感器的測量電路進行改進，提高傳感器抗干擾能力。申請號200910272923.1的發明專利申請公開了一種磁致伸縮導波單方向檢測方法(公開日為2010年5月19日)，其中對磁致伸縮傳感器的激勵方式進行了改進，達到提高精度的目的。申請號200880120636.2的發明專利申請公開了一種開關電源噪聲受抑制的磁致伸縮位移換能器(公開日為2010年11月24日)，其中對磁致伸縮傳感器開關電源的噪聲進行抑制，已達到提高抗電源噪聲干擾的目的。

由于這類方法是在后端的信號處理不僅進行改進，并沒有從信號源頭著手提高信噪比，因而降低噪聲的效果大大削弱。而且電路變得很復雜，調整困難，很難進一步提高精度。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明提出一種具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器新原理和結構，抗干擾性能好、信噪比高。

為了實現上述目的，本發明所提出的具有補償功能的磁致伸縮位移傳感器由磁鐵組件和傳感器本體兩個部分組成。所述的磁鐵組件活動于傳感器本體外側，保留一個固定的距離，并能沿傳感器本體外殼的軸向方向移動。

所述的傳感器本體內設有骨架、信號發生組件、測量電路、固定塊以及外殼，所述的骨架和測量電路固定于插座上，固定塊置于外殼內的遠端，而信號發生組件固定于骨架上。所述的骨架上設有兩個軸線相互平行的內孔，分別用于安裝測量組件和補償組件。

所述信號發生組件有兩個，分別稱為測量組件和補償組件。測量組件包括測量波導絲、測量線圈，補償組件包括補償波導絲和補償線圈，測量線圈與補償線圈的參數完全相同，測量波導絲與補償波導絲長度不同，其他參數完全相同。

所述測量波導絲和補償波導絲的兩端中，靠近線圈的一端稱為近端，另一端稱為遠端。測量波導絲的近端安裝于所述骨架一個內孔中，近端經過激勵導線電氣連接測量電路，測量波導絲的遠端安裝于固定塊上，并經過返回導線連接到測量電路中。補償波導絲的近端安裝于骨架的另一內孔中，補償波導絲的遠端懸空。

本發明的測量波導絲具有足夠的長度，按照傳感器的測量量程來確定，具體長度應大于量程，并留有一定余量。具體余量大小可根據實驗測定后確定。而補償波導絲的長度可以等于骨架的長度。兩根波導絲的軸線相互平行。

本發明的測量線圈和補償線圈分別同軸繞設于骨架上與本組件相對應的內孔的外周，兩個線圈直接通過連接導線直接相連，兩個線圈的另一端并通過測量導線以反向串聯形式接入測量電路。

進一步的，所述的測量波導絲的外周均套有保護套管，保護套管的一端與骨架固接，另一端與固定塊固接。

進一步的，所述的外殼的外壁裝有插座，所述插座電氣連接測量電路。

本發明實施例工作時，由測量電路產生的激勵脈沖通過激勵導線加載到測量波導絲上，從而產生一個垂直于測量波導絲軸線的環形磁場。該環形磁場以光速沿測量波導絲的軸向傳遞，當該環形磁場到達磁鐵組件所在位置時，與磁鐵組件產生的固有磁場相遇，二者的磁場矢量相疊加形成一個螺旋磁場，由此產生瞬時扭力，并在測量波導絲上形成一個機械扭力波。該扭力波以超聲速度沿測量波導絲傳遞，在測量波導絲的近端該扭力波由測量線圈拾取后，轉換為對應的感應脈沖。測量電路通過測量出激勵脈沖與扭力波返回產生的感應脈沖之間的時間差，就可以精確地計算出磁鐵組件與測量線圈之間的絕對距離，從而可以實現定位磁鐵組件的絕對位移大小的測量。