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专利名称：气动位移传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种精密测量设备，尤其涉及一种气动位移传感器。
背景技术：
目前，在机械制造领域所使用的长度测量工具主要是以容栅直线位移传感器为基础的数显指示表或尺。其中广泛应用在检具和现场测量的量表如数显百分表、千分表的测杆都是外推式的。一般的气动位移传感器其结构复杂、使用寿命短、耐候性低，其响应速度慢而且线性度低，最重要的是其采用采用脉冲测量其分别率低，不符合工业生产中对位移量的精密测量和自动控制的需要。

实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种寿命长、具有多样的环境适应性、响应速度快、线性度高且分辨率高的气动位移传感器。为解决上述技术问题，本实用新型提供一种气动位移传感器，包括本体，本体分为操作端与测试端和回复端，所述本体内设有穿透操作端、测试端和回复端的通气管，所述操作端的尾端设置有气管接头，所述操作端上还设有控制气动位移传感器的内部电路芯片，所述操作端的尾端设置有能从外界引入电的电线接头，所述测试端与回复端的通气管内设置有可在通气管内滑动的测杆，测杆的一端伸出回复端，另一端与通气管紧配合，测杆上固定有铁芯，所述测试端包括线圈骨架及绕设在线圈骨架上的感应线圈，感应线圈为一组初级线圈及两组次级线圈，测试端的通气管设置在线圈骨架内，所述两组次级线圈极性相反，初级线圈与次级线圈与内部电路芯片电连接，所述回复端内设置有弹簧，所述弹簧的一端固定在本体上，另一端固定在测杆上。作为本实用新型的改进，所述线圈骨架材料为环氧玻璃布。作为本实用新型的改进，所述线圈骨架的材料为不锈钢。作为本实用新型的改进，设置在操作端内的通气管具有弯折部。作为本实用新型的改进，所述测杆伸出本体的一端的顶部为半球形。作为本实用新型的改进，所述本体的通气管两端设置密封圈。本实用新型的有益效果是由于测杆在运动过程中与线圈不接触，无摩擦损耗，同时线圈骨架及线圈固化成以整体，不会发生断线，开裂等故障，其使用寿命长，而且采用开磁路弱磁耦合，任何微小的移动均会改变所在磁场产生感应电动势，其响应速度快、线性度高、分辨率高，由于采用弹簧回复，其噪音低，其广泛的应用在精密机械、试验机等多个领域，可用以测量各种模型、试件、岩体、混凝土、金属或非金属材料构件在力的作用下或温度变化时所产生的变形(位移)及测量各种材料随时间推移而产生的变形(蠕变)在电液伺服系统中作位移检测等，还可以测量预先被变换成直线位移的各种物理量，如压力、力、张力、液位变化，位移计的输出信号，便于实现有线遥测，自动控制，数字化仪表显示能满足现代科研，工业生产中对位移量的精密测量和自动控制的需要。。

附图I为本实用新型的气动位移传感器的结构示意图；附图2为本实用新型的气动位移传感器的铁芯与线圈的配合图。标号说明1-本体； 11-操作端； 12-测试端； 13-回复端；14-通气管； 15-气管接头； 16-内部电路芯片；17-电线接头； 2-测杆；21-铁芯； 3_感应线圈； 31-初级线圈； 32-次级线圈； 4_弹黃 。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。 参照附图I及附图2，附图所示本实用新型提供一种气动位移传感器，包括本体1，本体I分为操作端11与测试端12和回复端13，所述本体I内设有穿透操作端11、测试端12和回复端13的通气管14，所述操作端11的尾端设置有气管接头15，所述操作端11上还设有控制气动位移传感器的内部电路芯片16，所述操作端11的尾端设置有能从外界引入电的电线接头17，所述测试端12与回复端13的通气管14内设置有可在通气管14内滑动的测杆2，测杆2的一端伸出回复端13，另一端与通气管14紧配合，测杆2上固定有铁芯21，所述测试端12包括线圈骨架及绕设在线圈骨架上的感应线圈3，感应线圈3为一组初级线圈31及两组次级线圈32，测试端12的通气管14设置在线圈骨架内，所述两组次级线圈32极性相反，初级线圈31与次级线圈32与内部电路芯片16电连接，所述回复端13内设置有弹簧4，所述弹簧4的一端固定在本体I上，另一端固定在测杆2上。通过测杆2与内部的磁环移动产生电磁感应原理，与传统的电力变压器不同，是一种开磁路弱磁耦合的测量元件，其工作依赖于测杆2及其上的铁芯21移动，当初级线圈31供给一定频率的交变电压(激励电压)时，铁芯21在线圈内移动就改变了空间的磁场分布，从而改变了初级线圈31、次级线圈32之间的互感量，次级线圈32就产生感应电动势，随着铁芯21的位置不同，互感量也不同，次级线圈32产生的感应电动势也不同，这样就将铁芯21的位移量(实际的铁芯21是通过测杆2与被测物保持相接触，也就是被测物体的位移量)变成了电压信号输出。所以传感器的输出是两个次级线圈32电压之差，其电压差值与位移量成线性关系。当铁芯21处在线圈正中间位置时，两次级线圈32感应电压相等但相位相反，其电压差值为零。当铁芯21往右移动时，右边的次级线圈32感应的电压大于左边的，两线圈输出的电压差值大小随铁芯21位移而成线性变化，这是有效测量范围。当铁芯21继续往右移动时，两次级线圈32输出电压的差值不与铁芯21位移成线性关系，此为缓冲、非测量区。反之，当铁芯21自线圈中间位置向左边移动亦然。零点两边的实线段一般是对称的测量范围，只不过两者都是交流信号而相位差180度。实际的线圈通常与线圈骨架紧固为一体，铁芯21与测杆2紧固为另一体，当两体间发生相对位移时，就产生位移电压输出，进而显示在显示屏上。由于电磁感应原理所决定的任何微小的铁芯21运动均会改变所在磁场内次级线圈32的感生电动势，使得位移传感器理论上具有无限的分辨力。随着设计、工艺和电子元器件性能的不断提高，可将微位移传感器的分辨力从微米级提高到10纳米级，例如，在一实施例中，量程为Imm的LVDT其分辨力可以达到0. I y m、0. 05、0. 02、0. 01微米。其他量程的传感器分辨力也可以达到满量程读数的0. 002% 0. 001%F. S。又因为气动位移传感器提供了很宽的频率响应，并且具有良好的视频特性，很适合与闭环回路中使用，已应用于数控机床，精密尺寸测量等环境中。而且通过不断研发的线圈绕制方法，精密位移传感器的线性度有了显著的提高，在土 IOOmm (0 200mm量程)之内的各种规格产品基本上均有线性度小于0. 05%,部分产品的线性度可优于0. 02%，达到国内外同类产品的一流水平，因此，其线性度高。参照附图I及附图2，附图所示本实施例中，由于测杆2和线圈骨架的内壁存在间隙，测杆2上的铁芯21在运动的时候与初级线圈31及次级线圈32不接触，无摩擦损耗；线圈的外部设置有不同线径的漆包线，采用优良的生产工艺把线圈骨架和所绕漆包线两者固化为一整体，不会产生断线，开裂等故障，加上其它的优化设计，因此气动位移传感器的使 用寿命理论上可以是无限的，测试此类传感器的MTBF (平均无故障时间)可达到30万小时，在实际的正常使用中可达到数十年，其最终故障往往是人为造成或变送器电路元器件的寿命决定的。采用弹簧4对测杆2进行回位，在一实施例中，在额定位移输出信号为10. 0000V或5. 0000V时，其纹波、干扰噪声的峰一峰值电压仅0. 2 I. 5mVp-p,因此其位移传感器的
噪声小。采用气动驱动，当接通电源(开机)时，位移读数很快就能基本稳定下来，无需长时间的预热，时间漂移小。可以输入单或双电源，一实施例中，其电压值自5V 24V或±5V ±15V ;输出信号电压自20mV IOV或±20mV ±10V;输出信号电流；4 20mA或0 10mA，并且具有良好的恒流特性。输出信号频率0 10000Hz (TTL电平方波)。本实施例中，所述线圈骨架材料为环氧玻璃布，高温下机械强度高，高湿下电气性能稳定性好。适用于机械、电气及电子等领域。本实施例中，所述线圈骨架的材料为不锈钢。参照附图1，附图所示本实施例中，设置在操作端11内的通气管14具有弯折部，在采用气体驱动组件往通气管14内输入气体时，可以有效的缓解其瞬间的冲击力，在弯折部削弱风力后，使气体能均匀的对测杆2进行施力。参照附图1，附图所示本实施例中，所述测杆伸出本体I的一端的顶部为半球形，采用半球形接触面可以缓解平面直接撞击到被测面导致损坏。本实施中，所述本体I的通气管14两端设置密封圈。采用密封结构使得气动位移传感器可以应用在多种恶劣环境下，可以防潮、防盐雾，可以放置于承压的液体中、气体密闭容器中，甚至于某些腐蚀性环境中，对核辐射电磁辐射干扰不敏感，能抗振动，具有较宽的工作温度范围-25°C 85°C和满足国军标一55°C 125°C工作温度。机电分体的传感器单独使用可以在200°C下工作。本实施例的气动位移传感器还可用以测量各种模型、试件、岩体、混凝土、金属或非金属材料构件在力的作用下或温度变化时所产生的变形(位移)及测量各种材料随时间推移而产生的变形(蠕变)在电液伺服系统中作位移检测等，还可以测量预先被变换成直线位移的各种物理量，如压力、力、张力、液位变化。位移计的输出信号，便于实现有线遥测，自动控制，数字化仪表显示能满足现代科研，工业生产中对位移量的精密测量和自动控制的需要。以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在 其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
权利要求1.一种气动位移传感器，其特征在于，包括本体，本体分为操作端与测试端和回复端，所述本体内设有穿透操作端、测试端和回复端的通气管，所述操作端的尾端设置有气管接头，所述操作端上还设有控制气动位移传感器的内部电路芯片，所述操作端的尾端设置有能从外界引入电的电线接头，所述测试端与回复端的通气管内设置有可在通气管内滑动的测杆，测杆的一端伸出回复端，另一端与通气管紧配合，测杆上固定有铁芯，所述测试端包括线圈骨架及绕设在线圈骨架上的感应线圈，感应线圈为一组初级线圈及两组次级线圈，测试端的通气管设置在线圈骨架内，所述两组次级线圈极性相反，初级线圈与次级线圈与内部电路芯片电连接，所述回复端内设置有弹簧，所述弹簧的一端固定在本体上，另一端固定在测杆上。
2.根据权利要求I所述的气动位移传感器，其特征在于，所述线圈骨架材料为环氧玻璃布。
3.根据权利要求I所述的气动位移传感器，其特征在于，所述线圈骨架的材料为不锈钢。
4.根据权利要求I所述的气动位移传感器，其特征在于，设置在操作端内的通气管具有弯折部。
5.根据权利要求I所述的气动位移传感器，其特征在于，所述测杆伸出本体的一端的顶部为半球形。
6.根据权利要求I所述的气动位移传感器，其特征在于，所述本体的通气管两端设置 密封圈。
专利摘要一种气动位移传感器，包括本体，本体分为操作端与测试端和回复端，所述本体内设有穿透操作端、测试端和回复端的通气管，所述测试端与回复端的通气管内设置有可在通气管内滑动的测杆，测杆的一端伸出回复端，另一端与通气管紧配合，测杆上固定有铁芯，所述测试端包括线圈骨架及绕设在线圈骨架上的感应线圈，感应线圈为一组初级线圈及两组次级线圈，测试端的通气管设置在线圈骨架内，所述两组次级线圈极性相反，初级线圈与次级线圈与内部电路芯片电连接，所述回复端内设置有弹簧，所述弹簧的一端固定在本体上，另一端固定在测杆上，其具有寿命长、具有多样的环境适应性、响应速度快、线性度高等优点。
文档编号G01B7/16GK202485624SQ20122010228
公开日2012年10月10日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者魏观堂 申请人:福州超宏自动化设备有限公司