專利名稱：抗沖擊位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬位移傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種可靠性高的抗沖擊位移傳 感器。
技術(shù)背景位移傳感器是測控系統(tǒng)中應(yīng)用最多的傳感器之一，在自動檢測技術(shù)中占有 很重要的地位，在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。用于位移測量的傳感器的種 類很多，電子原理的有電阻式、電容式、電位器式、電感式等，光學(xué)原理的有 光柵式、光電式、光纖式等。上述原理的位移傳感器，有些只能滿足低精度要 求的測量條件，有些只能應(yīng)用在實驗室條件下。另外，現(xiàn)有工業(yè)用差動變壓器 式位移傳感器很難滿足振動、沖擊、高溫工作、低溫工作、高低溫沖擊、鹽霧、 穩(wěn)態(tài)濕熱、浸漬等環(huán)境試驗的要求。上述技術(shù)指標所存在的問題直接影響了測 控系統(tǒng)實際效能的發(fā)揮。 實用新型內(nèi)容本實用新型旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種測量精度高、可靠性 好且能滿足振動、沖擊、高溫工作、低溫工作、高低溫沖擊、鹽霧、穩(wěn)態(tài)濕熱 及浸漬等環(huán)境試驗要求的抗沖擊位移傳感器。為達到上述目的，本實用新型是這樣實現(xiàn)的抗沖擊位移傳感器，它包括探測拉桿、探頭、探頭殼體、固定配于探頭殼體內(nèi)的工作線圈及工作電路；所述探測拉桿的端部與探頭的端部固定相接；所述探測拉桿及探頭位于工作線圈形成的工作腔內(nèi)；所述工作電路的端口分別接工作線圈中初級線圈及次級線圈的輸入/輸出端。作為一種優(yōu)選方案，本實用新型在所述探頭殼體的端部固定配有導(dǎo)向軸 套；所述探測拉桿可沿導(dǎo)向軸套軸向滑動。本實用新型在所述工作電路位于探頭殼體內(nèi)的底部區(qū)域，且通過耐溫硅膠 與探頭殼體固接。作為另一種優(yōu)選方案，本實用新型所述工作電路包括信號發(fā)生電路、方 波激勵部分、整流濾波部分、放大遷移部分、溫度補償部分、濾波跟隨部分及 信號輸出部分；所述信號發(fā)生電路的輸出端接方波激勵部分的輸入端；所述方 波激勵部分的輸出端接工作電路中初級線圈的輸入端；所述工作電路中次級線 圈的輸出端接整流濾波部分的輸入端；所述整流濾波部分的輸出端接放大遷移 部分的輸入端；所述放大遷移部分的輸出端接溫度補償部分的輸入端；所述溫 度補償部分的輸出端接濾波跟隨部分的輸入端；所述濾波跟隨部分的輸出端接 信號輸出部分的輸入端。本實用新型所述探頭殼體采用不銹鋼材料；所述工作線圈經(jīng)耐溫硅膠與探 頭殼體固接。另外，本實用新型所述探頭采用坡莫合金探頭。本實用新型位移傳感器與工業(yè)用差動變壓器式位移傳感器的主要區(qū)別是 本實用新型能滿足振動、沖擊、高溫工作、低溫工作、高低溫沖擊、鹽霧、穩(wěn) 態(tài)濕熱、浸漬等環(huán)境試驗的要求。本實用新型性能主要體現(xiàn)在高可靠性、抗振動和沖擊以及滿足鹽霧、穩(wěn)態(tài)濕熱、浸漬等環(huán)境試驗的要求。本實用新型從設(shè)計原理到結(jié)構(gòu)設(shè)計均以耐惡劣 環(huán)境要求為基本出發(fā)點。國內(nèi)達到該精度的工業(yè)級傳感器很多，但具備這樣的 抗振動、沖擊以及耐鹽霧、穩(wěn)態(tài)濕熱、浸漬等試驗條件的傳感器目前尚屬首例。1、 本實用新型的抗振動特性傳感器采用焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證抗振動性能。 一般工業(yè)用差動變壓器式位 移傳感器從設(shè)計角度講包含線圈和骨架部分、信號發(fā)生和處理部分，兩部分分 開放置到傳感器的外殼內(nèi)，電路板和骨架部分不用特殊固定。傳感器骨架的材 料可以是電木、陶瓷等非金屬材料，也可以是不銹鋼材料。本實用新型在設(shè)計 過程中，為滿足抗振動、沖擊的要求，傳感器骨架及連接件全部采用焊接結(jié)構(gòu)。 帶來的問題是材料的性能發(fā)生變化，直接影響傳感器的精度。因此，需要對傳 感器進行參數(shù)修正，達到最佳設(shè)計參數(shù)。電路板固定在金屬骨架上，保證線路 本身的抗振動性能。骨架與線圈之間螺釘連接，連接螺釘加螺紋膠。線路板上 的元件全部采用貼片件，電路板上沒有可調(diào)電位器。信號引出線用高強度膠固 定，整個電路板加膠保護。連接螺紋也全部采用螺紋膠固定防松動，信號線除 保護管外，在引出口加軟膠防止振動過程中，將信號線切斷。2、 本實用新型的寬溫區(qū)特性傳感器的工作溫度能夠滿足-50lC 125"C的使用要求，繞制線圈所采用 的漆包線具備耐高、低溫性能，電路板上的運算放大器、貼片電阻和電容等元 件均選擇低漂移、耐高、低溫的器件。引出線和連接導(dǎo)線全部采用高溫導(dǎo)線， 保護管選取耐溫200'C的材料。這樣總體設(shè)計滿足要求，經(jīng)過溫場試驗證明傳 感器的寬溫區(qū)設(shè)計是合理的。3、 本實用新型的低溫漂特性溫度漂移指標是關(guān)系到位移傳感器綜合性能的重要指標，如何在全溫區(qū)范 圍內(nèi)，把傳感器隨溫度變化的漂移量控制在最低限度內(nèi)，保證溫漂系數(shù)符合技 術(shù)要求，成為本實用新型的又一攻關(guān)重點。盡管我們所選取的電阻、電容等器 件均為低漂移產(chǎn)品，但在全溫區(qū)范圍內(nèi)，位移傳感器的溫漂指標仍然不夠理想， 因此，需對傳感器進行全溫區(qū)溫度漂移補償。在溫度補償之前，雖然每只傳感 器在全溫區(qū)范圍內(nèi)的漂移程度不等，但基本趨勢是一致的，既隨著溫度的升高， 傳感器的輸出值變大，隨著溫度的下降傳感器的輸出值變小。利用這一特性， 我們可以將溫度敏感器件加入傳感器的放大回路中，以達到溫度補償?shù)哪康摹?我們采用熱敏電阻進行高溫和低溫的溫度補償，通過補償網(wǎng)絡(luò)修正溫度曲線， 對傳感器進行整體修正補償。每臺傳感器溫度漂移曲線不同，補償參數(shù)需要根 據(jù)測試情況，設(shè)計不同補償值，經(jīng)過驗證，反復(fù)修正測試曲線，最終能達到理 想的補償效果。目前，所有的位移傳感器經(jīng)溫度補償后，溫漂指標均可控制在0. 0396FS/'C以內(nèi)，最佳補償效果可達到0. 0WFS/1C左右。 4、本實用新型的密封防護特性為滿足鹽霧、穩(wěn)態(tài)濕熱、浸漬等環(huán)境試驗的要求，首先在傳感器的殼體材 料上選取耐腐蝕、抗鹽霧的不銹鋼材料，同時在傳感器的引出線出口、殼體的 螺紋部分均采取了妥善的密封防護措施，以及在傳感器的線圈、電路部分采用 防護漆、耐溫防水硅膠等加以封灌防護。


以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步說明。本實用新型 的保護范圍將不僅局限于下列內(nèi)容的表述。 圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型工作電路部分電路原理框圖； 圖3為本實用新型工作電路部分具體電路原理圖。
具體實施方式
如圖1、 2、 3所示，抗沖擊位移傳感器，包括探測拉桿l、探頭4、探 頭殼體2、固定配于探頭殼體2內(nèi)的工作線圈3及工作電路6;所述探測拉桿 1的端部與探頭4的端部固定相接；所述探測拉桿1及探頭4位于工作線圈3 形成的工作腔7內(nèi)；所述工作電路6的端口分別接工作線圈3中初級線圈及次 級線圈的輸入/輸出端。本實用新型在所述探頭殼體2的端部固定配有導(dǎo)向軸 套5;所述探測拉桿1可沿導(dǎo)向軸套5軸向滑動。本實用新型所述工作電路6 位于探頭殼體2內(nèi)的底部區(qū)域，且通過耐溫硅膠與探頭殼體2固接。如圖2， 本實用新型所述工作電路6包括信號發(fā)生電路、方波激勵部分、整流濾波部 分、放大遷移部分、溫度補償部分、濾波跟隨部分及信號輸出部分；所述信號 發(fā)生電路的輸出端接方波激勵部分的輸入端；所述方波激勵部分的輸出端接工 作電路6中初級線圈的輸入端；所述工作電路6中次級線圈的輸出端接整流濾波部分的輸入端；所述整流濾波部分的輸出端接放大遷移部分的輸入端；所述 放大遷移部分的輸出端接溫度補償部分的輸入端；所述溫度補償部分的輸出端 接濾波跟隨部分的輸入端；所述濾波跟隨部分的輸出端接信號輸出部分的輸入 端；所述探頭殼體2采用不銹鋼材料；所述工作線圈3經(jīng)耐溫硅膠與探頭殼體 2固接；所述探頭4可采用坡莫合金探頭。如圖1所示，8為金屬擋板，9為 耐溫硅膠。本實用新型位移傳感器電路設(shè)計主要包括交流激勵電路的設(shè)計、整流濾波 電路設(shè)計、信號放大、遷移、濾波電路設(shè)計等。1、 交流激勵電路根據(jù)差動變壓器原理，首先應(yīng)本實用新型工作電路中的初級線圈提供一個交流激勵信號，本實用新型的供電電源僅為單5V，如何在有限的電壓范圍內(nèi)， 提供高保真、寬幅度的激勵信號，成為信號激勵電路設(shè)計的一大難點。為此， 我們進行了大量的實驗，選取了一種由三極管、電阻、電容等器件構(gòu)成的方波 信號激勵電路，并通過對元器件一致性的篩選以及阻容參數(shù)的合理搭配，確保 了激勵信號的波形質(zhì)量，從而為提高傳感器整機的綜合性能奠定了基礎(chǔ)。如圖 3，三極管BG1、 BG2、 BG3、 Cl、 C2、 Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 Dl、 D2、 D3、 D4、 D5構(gòu)成交流激勵電路。2、 整流、濾波電路設(shè)計整流、濾波電路設(shè)計也是電路設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，其功能是將本實用新型工 作電路中次級線圈的輸出信號，經(jīng)過整流、濾波，將其轉(zhuǎn)化為直流信號。通過 對電路的優(yōu)化設(shè)計，對元器件一致性的篩選以及阻容參數(shù)的合理選配，使得該 電路既能保證獨立線性指標的要求，又能滿足對動態(tài)響應(yīng)時間指標的要求，同 時還要盡可能降低直流信號輸出的交流噪聲。如圖3， C3、 C4、 RL、 R7、 R8、 D6、 D7、 R6構(gòu)成整流、濾波電路。3、 放大、遷移、濾波電路設(shè)計該部分電路的作用是對整流后的直流信號進行信號遷移、放大、濾波處理， 使其輸出滿足技術(shù)指標要求。由于本實用新型的位移傳感器的供電電源僅為 +5V,電壓過低，致使傳感器次級線圈的輸出信號以及經(jīng)過整流、濾波后的直流 信號幅度也很低，為保證傳感器的信號輸出符合技術(shù)指標要求的0.5V 4.5V 輸出形式，需在信號的遷移、放大、濾波環(huán)節(jié)加以放大處理。通過周密設(shè)計、精心調(diào)試，確保了傳感器處于最佳線性工作區(qū)間，信號輸出形式符合技術(shù)指標 要求，輸出信號的交流噪聲也控制在最低程度，以保證傳感器輸出信號的穩(wěn)定性，提高抗干擾能力。如圖3， Al、 A2、 Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7、 Cl、 C2、 R8、 R9、 C3、 C4構(gòu)成放大、遷移、濾波電路。本實用新型的位移傳感器最突出的難點就在于傳感器整機外形尺寸很小， 僅為同類產(chǎn)品通常尺寸的1/3左右，還要承受鹽霧、水下浸漬等環(huán)境試驗的要 求。因此，應(yīng)將傳感器設(shè)計的體積盡量小，安裝緊湊。在傳感器的測試拉桿尺 寸固定的前提下，對差動變壓器的線圈及骨架，進行優(yōu)化設(shè)計。我們在裝配結(jié) 構(gòu)的設(shè)計上，采取了以焊接結(jié)構(gòu)為主，拉桿和活動部件留有可動設(shè)計間隙的原 則，使傳感器的裝配更容易，可靠性更高。此外，針對本實用新型高可靠、抗 沖擊的技術(shù)要求，增加減振設(shè)計。除運動部分的拉桿外，在線圈的固定、信號 處理電路板的固定上均采取了抗振動、耐沖擊的措施，加強對沖擊和振動的防 護。為滿足鹽霧、水下浸漬等環(huán)境試驗的要求，首先在傳感器的殼體材料上選 取耐腐蝕、抗鹽霧的不銹鋼材料，同時在傳感器的引出線出口加密封膠、殼體 的螺紋連接部分均采用螺紋膠等妥善的密封防護措施，以及在傳感器的線圈、 電路等部分采用三防漆、耐溫防水硅膠等加以封灌防護。
權(quán)利要求1、抗沖擊位移傳感器，其特征在于，包括探測拉桿(1)、探頭(4)、探頭殼體(2)、固定配于探頭殼體(2)內(nèi)的工作線圈(3)及工作電路(6)；所述探測拉桿(1)的端部與探頭(4)的端部固定相接；所述探測拉桿(1)及探頭(4)位于工作線圈(3)形成的工作腔(7)內(nèi)；所述工作電路(6)的端口分別接工作線圈(3)中初級線圈及次級線圈的輸入/輸出端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗沖擊位移傳感器，其特征在于在 所述探頭殼體(2)的端部固定配有導(dǎo)向軸套(5);所述探測拉桿(1) 可沿導(dǎo)向軸套(5)軸向滑動。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗沖擊位移傳感器，其特征在于 所述工作電路(6)位于探頭殼體(2)內(nèi)的底部區(qū)域，且通過耐溫硅 膠與探頭殼體(2)固接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗沖擊位移傳感器，其特征在于所 述工作電路(6)包括信號發(fā)生電路、方波激勵部分、整流濾波部 分、放大迀移部分、溫度補償部分、濾波跟隨部分及信號輸出部分； 所述信號發(fā)生電路的輸出端接方波激勵部分的輸入端;所述方波激勵 部分的輸出端接工作電路(6)中初級線圈的輸入端；所述工作電路(6)中次級線圈的輸出端接整流濾波部分的輸入端；所述整流濾波 部分的輸出端接放大遷移部分的輸入端；所述放大遷移部分的輸出端 接溫度補償部分的輸入端；所述溫度補償部分的輸出端接濾波跟隨部分的輸入端；所述濾波跟隨部分的輸出端接信號輸出部分的輸入端。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的抗沖擊位移傳感器，其特征在于所 述探頭殼體(2)采用不銹鋼材料；所述工作線圈(3)經(jīng)耐溫硅膠與 探頭殼體(2)固接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗沖擊位移傳感器，其特征在于所 述探頭(4)采用坡莫合金探頭。
專利摘要本實用新型屬位移傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種可靠性高的抗沖擊位移傳感器，它包括探測拉桿(1)、探頭(4)、探頭殼體(2)、固定配于探頭殼體(2)內(nèi)的工作線圈(3)及工作電路(6)；所述探測拉桿(1)的端部與探頭(4)的端部固定相接；所述探測拉桿(1)及探頭(4)位于工作線圈(3)形成的工作腔(7)內(nèi)；所述工作電路(6)的端口分別接工作線圈(3)中初級線圈及次級線圈的輸入/輸出端；所述探測拉桿(1)可沿導(dǎo)向軸套(5)軸向滑動；所述工作電路(6)位于探頭殼體(2)內(nèi)的底部區(qū)域，且通過耐溫硅膠與探頭殼體(2)固接。本實用新型能滿足振動、沖擊、高溫工作、低溫工作、鹽霧、穩(wěn)態(tài)濕熱、浸漬等環(huán)境試驗的要求。
文檔編號G01B7/02GK201218719SQ20082001360
公開日2009年4月8日 申請日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者妍 劉, 彭春文, 李振波, 李永清, 蔣伯華 申請人:沈陽儀表科學(xué)研究院