专利名称：具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及传感器的技术，具体涉及的是一种具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器的技术。
背景技术：
磁致伸缩位移传感器是利用磁致伸缩材料的威德曼(Wiedeman)效应和威拉里 (Villary)效应实现绝对位移的测量，它具有量程大、非接触、精度高、速度快、防护等级高、 成本低等卓越特性，因而广泛应用于机械、建筑、机床等行业。由于这种传感器是依靠电磁信号工作的，同时其直接测量量的感应信号的时候时间，所以在使用时会受到空间电磁场(包括移动磁铁组件)的电磁干扰的影响，导致测量线圈中引入各种不同规律的干扰信号(即电磁噪声)，从而直接降低传感器的精度。因此，降低噪声是磁致伸缩位移传感器必须解决的问题。目前大多数技术是采用电路处理技术来减小噪声影响，提高测量精度和稳定性的。申请号200710063721. 7的发明专利申请公开了一种磁致伸缩式位移传感器电路方案 (
公开日为2007年9月19日)，其中对磁致伸缩传感器的测量电路进行改进，提高传感器抗干扰能力。申请号200910272923. I的发明专利申请公开了一种磁致伸缩导波单方向检测方法(
公开日为2010年5月19日)，其中对磁致伸缩传感器的激励方式进行了改进，达到提高精度的目的。申请号200880120636. 2的发明专利申请公开了一种开关电源噪声受抑制的磁致伸缩位移换能器(
公开日为2010年11月24日)，其中对磁致伸缩传感器开关电源的噪声进行抑制，已达到提高抗电源噪声干扰的目的。由于这类方法是在后端的信号处理不仅进行改进，并没有从信号源头着手提高信噪比，因而降低噪声的效果大大削弱。而且电路变得很复杂，调整困难，很难进一步提高精度。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提出一种具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器新原理和结构，抗干扰性能好、信噪比高。为了实现上述目的，本发明所提出的具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器由磁铁组件和传感器本体两个部分组成。所述的磁铁组件活动于传感器本体外侧，保留一个固定的距离，并能沿传感器本体外壳的轴向方向移动。所述的传感器本体内设有骨架、信号发生组件、测量电路、固定块以及外壳，所述的骨架和测量电路固定于插座上，固定块置于外壳内的远端，而信号发生组件固定于骨架上。所述的骨架上设有两个轴线相互平行的内孔，分别用于安装测量组件和补偿组件。所述信号发生组件有两个，分别称为测量组件和补偿组件。测量组件包括测量波导丝、测量线圈，补偿组件包括补偿波导丝和补偿线圈，测量线圈与补偿线圈的参数完全相同，测量波导丝与补偿波导丝长度不同，其他参数完全相同。
3
所述测量波导丝和补偿波导丝的两端中，靠近线圈的一端称为近端，另一端称为远端。测量波导丝的近端安装于所述骨架一个内孔中，近端经过激励导线电气连接测量电路，测量波导丝的远端安装于固定块上，并经过返回导线连接到测量电路中。补偿波导丝的近端安装于骨架的另一内孔中，补偿波导丝的远端悬空。本发明的测量波导丝具有足够的长度，按照传感器的测量量程来确定，具体长度应大于量程，并留有一定余量。具体余量大小可根据实验测定后确定。而补偿波导丝的长度可以等于骨架的长度。两根波导丝的轴线相互平行。本发明的测量线圈和补偿线圈分别同轴绕设于骨架上与本组件相对应的内孔的外周，两个线圈直接通过连接导线直接相连，两个线圈的另一端并通过测量导线以反向串联形式接入测量电路。进一步的，所述的测量波导丝的外周均套有保护套管，保护套管的一端与骨架固接，另一端与固定块固接。进一步的，所述的外壳的外壁装有插座，所述插座电气连接测量电路。本发明实施例工作时，由测量电路产生的激励脉冲通过激励导线加载到测量波导丝上，从而产生一个垂直于测量波导丝轴线的环形磁场。该环形磁场以光速沿测量波导丝的轴向传递，当该环形磁场到达磁铁组件所在位置时，与磁铁组件产生的固有磁场相遇，二者的磁场矢量相叠加形成一个螺旋磁�。纱瞬彩迸ちΓ⒃诓饬坎ǖ妓可闲纬梢桓龌蹬ちΣ�。该扭力波以超声速度沿测量波导丝传递，在测量波导丝的近端该扭力波由测量线圈拾取后，转换为对应的感应脉冲。测量电路通过测量出激励脉冲与扭力波返回产生的感应脉冲之间的时间差，就可以精确地计算出磁铁组件与测量线圈之间的绝对距离，从而可以实现定位磁铁组件的绝对位移大小的测量。由于本发明的测量线圈与补偿线圈的参数完全相同，测量波导丝与补偿波导丝长度不同，其他参数完全相同，所以在同一时刻测量线圈和补偿线圈受到外界空间的电磁干扰(例如来自外部空间的电磁干扰，或由内部电源波动、波导丝振动等因素所产生的噪声)是完全相同的。由于测量线圈和补偿线圈是反向串联的，即二者构成差动形式，这将使得两个线圈的感应脉冲输出信号直接相减。因此，两个感应线圈输出的总输出信号中干扰与噪声会显著降低，从而显著提高检测精度和抗干扰能力。
图I是本发明实施例的传感器结构组成示意图；图2是本发明实施例的传感器本体结构组成示意图；图3是本发明实施例的测量组件与补偿组件位置关系示意图；图4是本发明实施例的测量组件与补偿组件结构组成示意图；图中，I-磁铁组件，2-传感器本体，3-插座，4-骨架，5-补偿组件，6-测量组件， 7-测量电路，8-测量波导丝，9-固定块，10-保护套管，11-外壳，12-测量导线，13-连接导线，14-激励导线，15-补偿线圈，16-测量线圈，17-补偿波导丝，18-返回导线。
具体实施例方式以下结合
对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。如图I所示为本发明实施例所提出的一种具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器， 包括磁铁组件I和传感器本体2两个部分组成。所述磁铁组件I活动安装于传感器本体2 的外侧上，保留一个固定的距离，该距离一般为Imm 5mm，并且能磁铁组件I可以沿传感器本体2的轴向方向移动。传感器本体2的结构组成如图2所示，所述传感器本体2由插座3、骨架4、补偿组件5、测量组件6、测量电路7、固定块9和外壳3组成。所述骨架4和固定块9分别固定于外壳3内壁的两端。所述骨架4上设有两个轴线相互平行的内孔，所述的测量组件6和补偿组件5分别固定于骨架6上的两个平行的内孔之中，如图3所示。测量组件6与补偿组件5的组成结构如图4所示。所述的测量组件6由测量波导丝8、测量线圈16、保护套管10等组成。测量波导丝8 —端称为近端，另一端称为远端。测量波导丝8的近端安装于骨架4的一个内孔中，并经激励导线14与测量电路7连接。测量波导丝8的远端安装于固定块9上，并经过返回导线18连接到测量电路7中。所述的补偿组件由补偿波导丝17和补偿线圈15组成。补偿波导丝17的近端安装于骨架4的另一内孔中，补偿波导丝17的远端悬空。本发明的测量波导丝具有足够的长度，按照传感器的测量量程来确定，具体长度应大于量程，并留有一定余量，具体余量大小可根据实验测定后确定。例如，传感器测量量程为500mm,去余量约为50mm,则测量波导丝取为550mm。而补偿波导丝17的长度可以等于骨架4的长度。两根波导丝的轴线相互平行。本发明的测量线圈16和补偿线圈15分别同轴绕设于骨架4上与本组件相对应的内孔的外周，两个线圈直接通过连接导线13直接相连，两个线圈的另一端并通过测量导线 12以反向串联形式接入测量电路7。本发明实施例中，测量波导丝8的外周套设有保护套管10，保护套管10的一端与骨架4固接，另一端与固定块9固接。本发明实施例工作时，由测量电路7产生的激励脉冲通过激励导线14加载到测量波导丝8上，从而产生一个垂直于测量波导丝8轴线的环形磁场。该环形磁场以光速沿测量波导丝8的轴向传递，当该环形磁场到达磁铁组件I所在位置时，与磁铁组件I产生的固有磁场相遇，二者的磁场矢量相叠加形成一个螺旋磁�。纱瞬彩迸ちΓ⒃诓饬坎ǖ妓�8上形成一个机械扭力波。该扭力波以超声速度沿测量波导丝8传递，在测量波导丝8 的近端该扭力波由测量线圈16拾取后，转换为对应的感应脉冲。测量电路7通过测量出激励脉冲与扭力波返回产生的感应脉冲之间的时间差，就可以精确地计算出磁铁组件I与测量线圈16之间的绝对距离，从而可以实现定位磁铁组件I的绝对位移大小的测量。本发明实施例中，由于测量线圈16与补偿线圈15的参数完全相同，测量波导丝8 与补偿波导丝17长度不同，其他参数完全相同，所以在同一时刻测量线圈16和补偿线圈15 受到外界空间的电磁干扰(例如来自外部空间的电磁干扰，或由内部电源波动、波导丝振动等因素所产生的噪声)是完全相同的。由于测量线圈16和补偿线圈15是反向串联的， 即二者构成差动形式，这将使得两个线圈的感应脉冲输出信号直接相减。因此，两个感应线圈输出的总输出信号中干扰与噪声会显著降低，从而显著提高检测精度和抗干扰能力。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器，由传感器本体和磁铁组件构成，所述的磁铁组件活动于所述传感器本体外侧，保留一个固定的距离，并能沿所述传感器本体外壳的轴向方向移动；其特征在于所述的传感器本体内设有骨架、信号发生组件、测量电路、 固定块以及外壳，所述信号发生组件有两组，分别是测量组件和补偿组件，分别安装于所述骨架上两个轴线相互平行的内孔之中。
2.根据权利要求I所述的具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器，其特征在于所述测量组件包括测量线圈、测量波导丝，测量波导丝的近端安装于所述骨架一个内孔中，近端经过激励导线电气连接测量电路，测量波导丝的远端安装于固定块上，并经过返回导线连接到测量电路中。
3.根据权利要求I或2所述的具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器，其特征在于所述补偿组件包括补偿线圈和补偿波导丝，补偿波导丝的近端安装于骨架另一个内孔中，远端悬空。
4.根据权利要求3所述的具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器，其特征在于所述测量组件和补偿组件中，测量线圈与补偿线圈的参数是完全相同的，测量线圈和补偿线圈分别同轴绕设于骨架上与本组件相对应的内孔的外周，并反向串联后接入测量电路，从而形成差动结构。
5.根据权利要求2-4任一项所述的具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器，其特征在于所述的测量波导丝与补偿波导丝的材料完全相同，但是长度不同测量波导丝的长度大于传感器的测量量程，留有余量，而补偿波导丝的长度与骨架长度相等。
6.根据权利要求2-4任一项所述的具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器，其特征在于所述的测量波导丝的外周均套有保护套管，保护套管的一端与骨架固接，另一端与固定块固接。
7.根据权利要求2-4任一项所述的具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器，其特征在于所述的外壳的外壁装有插座，所述插座电气连接测量电路。
8.根据权利要求I所述的具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器，其特征在于所述的骨架和测量电路固定于所述的传感器本体插座上，固定块置于外壳内的远端。
全文摘要
本发明公开一种具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器，由传感器本体和磁铁组件构成，传感器本体内设骨架、信号发生组件、测量电路、固定块及外壳，信号发生组件有两组，即测量组件和补偿组件，安装于骨架上两个轴线相互平行的内孔中。测量组件包括测量波导丝、测量线圈，补偿组件包括补偿波导丝和补偿线圈，测量线圈与补偿线圈参数完全相同，测量波导丝与补偿波导丝长度不同，其他参数完全相同。本发明在同一时刻测量线圈和补偿线圈受到外界空间的电磁干扰是完全相同的，测量线圈和补偿线圈构成差动形式，这使两个线圈的感应脉冲输出信号直接相减。因此，两个感应线圈输出的总输出信号中干扰与噪声会显著降低，从而显著提高检测精度和抗干扰能力。
文档编号G01B7/02GK102589403SQ201210008980
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者于希文, 刘伟文, 刘满华, 张永杰, 赵辉, 陶卫, 雷华明 申请人:上海交通大学
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