[發(fā)明專利]一種用于惡劣環(huán)境的高溫電渦流位移傳感器

在審

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• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN112797885A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 翟敬宇;崔得位;劉沖;李經(jīng)民;丁來錢;劉濟銘
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種用于惡劣環(huán)境的高溫電渦流位移傳感器，包括探頭組件、外殼組件和高溫同軸電纜組件。探頭組件包括激勵和檢測線圈、溫度補償線圈和低溫共燒陶瓷基體。外殼組件包括上殼體和下殼體，上殼體固定溫度補償線圈，下殼體固定激勵和檢測線圈，兩者通過螺栓連接。高溫同軸電纜通過壓接的方式與探頭組件的表面電極連接，通過高溫膠和上殼體的通孔固定。本發(fā)明的高溫電渦流位移傳感器為解決傳統(tǒng)電渦流傳感器在高于600℃的情況下線性度太低、溫度漂移太大等無法準確測量的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高溫等惡劣環(huán)境下的電渦流位移測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于惡劣環(huán)境的高溫電渦流位移傳感器。

背景技術(shù)

20世紀80年代開始，世界各國的航空航天事業(yè)快速發(fā)展，但隨之也帶來了巨大的安全問題。綜合分析各類飛行事故的眾多機械因素，發(fā)動機的故障是其主要問題。航空發(fā)動機是高速旋轉(zhuǎn)型機械，由于其長期工作在高溫、高壓、高速、大載荷和劇烈振動的復(fù)雜工況環(huán)境中，容易發(fā)生疲勞裂紋擴展和嚴重磨損，其安全性和穩(wěn)定性嚴重制約著航空事業(yè)的發(fā)展。無論是在發(fā)動機零部件早期制造的篩選過程，還是對運行狀態(tài)的監(jiān)測和故障診斷中，都離不開精準的無損位移檢測系統(tǒng)。航空航天領(lǐng)域?qū)o損檢測有著十分嚴格的要求，這促進了無損檢測技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用。

電渦流位移傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾力強、測量靈敏度高、響應(yīng)速度快、長期工作可靠性好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工、電力、冶金和船舶等關(guān)系國防安全和國家重大生產(chǎn)領(lǐng)域。對于航空發(fā)動機、燃氣輪機、蒸汽輪機、渦輪增壓器等機械系統(tǒng)，其工作環(huán)境非常惡劣，葉片的運動也很復(fù)雜，通過檢測早期損壞特征來避免重大事故發(fā)生十分必要。雖然市場上已有很多成熟的位移傳感器產(chǎn)品，但是普遍存在以下問題：1)探頭一致性差，檢測信號容易受環(huán)境因素影響，線性度變差；2)工作溫度一般限于200℃以下，無法滿足高溫環(huán)境測量的要求；3)溫度漂移大，檢測信號容易受環(huán)境溫度的影響導(dǎo)致測量結(jié)果不準確；4)靈敏度和線性測量范圍存在矛盾，傳感器的通用性較低。

發(fā)明內(nèi)容

為解決高溫(600℃)下電渦流傳感器線性度差、品質(zhì)因數(shù)低和溫度漂移大等測量不準確的缺陷和不足，本發(fā)明提出一種新型的高溫電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法，實現(xiàn)其在高溫環(huán)境下對振動、位移的準確測量。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種用于惡劣環(huán)境的高溫電渦流位移傳感器，包括探頭組件、外殼組件和高溫同軸電纜結(jié)構(gòu)；

探頭組件包括激勵和檢測線圈1、溫度補償線圈7和低溫共燒陶瓷基體3，激勵和檢測線圈1是通過在陶瓷基片上印刷導(dǎo)體，并將多層陶瓷基片層壓燒結(jié)得到的；激勵和檢測線圈1和溫度補償線圈7分別位于探頭組件兩端，二者通過低溫共燒陶瓷3燒結(jié)連接；

外殼組件包括上殼體8和下殼體5，二者通過螺栓連接成的空腔的截面為“十”字型；上殼體8的凹槽內(nèi)固定溫度補償線圈7，下殼體5的凹槽內(nèi)激勵和檢測線圈1；高溫同軸電纜6一端通過壓接的方式與激勵和檢測線圈1、溫度補償線圈7上的表面電極2連接，其另一端從上殼體8的通孔伸出與前置器連接，通過內(nèi)部灌高溫膠4實現(xiàn)固定；外殼組件內(nèi)的空腔處填充有高溫膠4；

所述的激勵和檢測線圈1和溫度補償線圈7的各層導(dǎo)體電路通過填充銀漿的通孔連接，為保證電流從頂層到底層流向同為逆時針方向，奇數(shù)層的通孔位置在中間，偶數(shù)層的通孔位置在線圈外部；為保證電路從底層到頂層的連接，各層通孔均在同一相對位置；

為保證電氣連接的可靠性和穩(wěn)定性，各層通孔的尺寸一致且與線圈的線徑相同，層間的電極尺寸略大于通孔尺寸。

溫度補償線圈7的結(jié)構(gòu)與激勵和檢測線圈1的結(jié)構(gòu)相同，關(guān)于探頭組件中部對稱，溫度補償線圈7的結(jié)構(gòu)與激勵和檢測線圈1組成差動對稱結(jié)構(gòu)。

激勵和檢測線圈1和溫度補償線圈7的單層結(jié)構(gòu)為逆時針多匝線圈，線圈形狀為矩形，采用空氣芯作為磁芯，整體結(jié)構(gòu)為空間立體螺旋結(jié)構(gòu)，線圈幾何參數(shù)通過多目標遺傳算法和電磁仿真確定；