專利名稱：適宜于微小位移檢測的分裝差動式位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在很多自動控制場合，需要檢測被控對象對中心點的微小位移，進而對其進行相 應(yīng)的控制?，F(xiàn)有的檢測線位移的傳感器有很多，但在電磁軸承、機器人關(guān)節(jié)這樣的狹小空間 中裝配很麻煩。而且在這樣的控制對象中，其位移往往很小，最多在0. 5mm，但要求分辨率要 很高，尤其在零點附近。另外，由于被控對象的敏感性，必須要采用非接觸檢測方式，因此， 現(xiàn)有的測量微小位移的電渦流式傳感器在這樣的場合下應(yīng)用存在諸多問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了現(xiàn)有通常用于測量微小位移的電渦流式傳感器無法克服對測試環(huán)
境要求高的缺點，而提出了適宜于微小位移檢測的分裝差動式位移傳感器。 本發(fā)明的適宜于微小位移檢測的分裝差動式位移傳感器由一對對稱設(shè)置的測試
頭組成；所述測試頭中的第一測試頭和第二測試頭的中心線連線與導(dǎo)磁被測體的位移方向
一致；
第一測試頭由第一鐵心、第一激磁線圈、第二激磁線圈、第一信號線圈和第二信號線圈 組成；第二測試頭由第二鐵心、第三激磁線圈、第四激磁線圈、第三信號線圈和第四信號線 圈組成；
第一激磁線圈、第二激磁線圈、第三激磁線圈和第四激磁線圈結(jié)構(gòu)相同，都由Nl匝線 圈組成；第一信號線圈、第二信號線圈、第三信號線圈和第四信號線圈結(jié)構(gòu)相同，都由N2匝 數(shù)組成，其中Nl和N2均為自然數(shù)；
第一鐵心為開有一對對稱的柱形齒的"n"字形鐵心，第一鐵心與第二鐵心的形狀和結(jié)
構(gòu)均相同，并且第一鐵心與第二鐵心的中心線與導(dǎo)磁被測體表面垂直；
第一激磁線圈和第一信號線圈依次從內(nèi)向外纏繞在第一鐵心的一個柱形齒上，第二激 磁線圈和第二信號線圈依次從內(nèi)向外纏繞在第一鐵心的另一個柱形齒上；第一激磁線圈 和第二激磁線圈的連接方式為反向串聯(lián)，所述兩個線圈構(gòu)成第一測試頭的激磁線圈；第一 信號線圈和第二信號線圈的連接方式為反向串聯(lián)，所述兩個線圈構(gòu)成第一測試頭的信號線 圈；
第三激磁線圈和第三信號線圈依次從內(nèi)向外纏繞在第二鐵心的一個柱形齒上，第四激磁線圈和第四信號線圈依次從內(nèi)向外纏繞在第二鐵心的另一個柱形齒上；第三激磁線圈 和第四激磁線圈的連接方式為反向串聯(lián)，所述兩個線圈構(gòu)成第二測試頭的激磁線圈，第三 信號線圈和第四信號線圈的連接方式為反向串聯(lián)，所述兩個線圈構(gòu)成第二測試頭的信號線 圈；
第一測試頭的激磁線圈與第二測試頭的激磁線圈的連接方式為正向串聯(lián)構(gòu)成激磁線 圈相，第一測試頭的信號線圈和第二測試頭的信號線圈的連接方式為反向串聯(lián)構(gòu)成信號線 圈相。 本發(fā)明的目的是提供一種無接觸的分裝式位移傳感器，采用差動驅(qū)動方式，實現(xiàn) 在狹小空間的便利裝配和被控對象對中心點位移的無接觸檢測，輸出特性滿足控制系統(tǒng)要 求。本發(fā)明實現(xiàn)了狹小空間內(nèi)被控對象對中心點微小位移的有效測量，具有非接觸，結(jié)構(gòu)簡 單、穩(wěn)定性好、靈敏度高等一系列優(yōu)點。傳感器采用分裝式差動變壓器結(jié)構(gòu)，能夠顯著減小 傳感器的零點誤差和提高傳感器的分辨率。與通常用于測量微小位移的電渦流式傳感器相 比，克服了對測試環(huán)境要求高的缺點，可以應(yīng)用在非導(dǎo)磁金屬隔離的場合。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A部放大圖；圖3是本發(fā)明的側(cè)視圖4是圖3的B部放大圖；圖5至圖7是本發(fā)明的傳感器在不同導(dǎo)磁被測體4中的結(jié)構(gòu)示 意圖，其中圖5表示被測物體表面是弧形，并且本發(fā)明的傳感器的測試頭位于弧形內(nèi)表面 時，測試頭的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6表示被測物體表面是弧形，并且本發(fā)明的傳感器的測試頭位 于弧形外表面時，測試頭的結(jié)構(gòu)示意圖，圖7表示被測物體表面是平面，并且本發(fā)明的傳感 器的測試頭位于平面時，測試頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一、結(jié)合圖l至圖7說明本實施方式，本實施方式中的適宜于微小位 移檢測的分裝差動式位移傳感器由一對對稱設(shè)置的第一測試頭1和第二測試頭2組成；
所述測試頭中的第一測試頭1和第二測試頭2的中心線連線與導(dǎo)磁被測體的位移方向 一致；
第一測試頭1由第一鐵心l-l、第一激磁線圈2-l-l、第二激磁線圈2-l-2、第一信號線 圈3-1-1和第二信號線圈3-1-2組成；第二測試頭2由第二鐵心l-2、第三激磁線圈2-2-1、 第四激磁線圈2-2-2、第三信號線圈3-2-1和第四信號線圈3-2-2組成；
第一激磁線圈2-l-l、第二激磁線圈2-l-2、第三激磁線圈2-2-1和第四激磁線圈2-2-2 結(jié)構(gòu)相同，并且匝數(shù)均為N1 ;第一信號線圈3-l-l、第二信號線圈3-l-2、第三信號線圈 3-2-1和第四信號線圈3-2-2結(jié)構(gòu)相同，并且匝數(shù)均為N2，其中Nl和N2均為自然數(shù)；
第一鐵心i-i為開有一對對稱的柱形齒的"n"字形鐵心，即第一鐵心1-1由方形底座
和兩個柱形齒組成，兩個柱形齒的端面同時一體固定在方形底座的一側(cè)面上，并且沿底座
4的中心線對稱設(shè)置；第一鐵心1-1與第二鐵心1-2的形狀和結(jié)構(gòu)均相同，并且第一鐵心1-1 與第二鐵心1-2的中心線與導(dǎo)磁被測體4表面垂直；
第一激磁線圈2-1-1和第一信號線圈3-1-1依次從內(nèi)向外纏繞在第一鐵心1-1的一個 柱形齒上，第二激磁線圈2-1-2和第二信號線圈3-1-2依次從內(nèi)向外纏繞在第一鐵心1-1 的另一個柱形齒上；第一激磁線圈2-1-1和第二激磁線圈2-1-2的連接方式為反向串聯(lián)，所 述兩個線圈構(gòu)成第一測試頭的激磁線圈a ;第一信號線圈3-1-1和第二信號線圈3-1-2的 連接方式為反向串聯(lián)，所述兩個線圈構(gòu)成第一測試頭的信號線圈A;
第三激磁線圈2-2-1和第三信號線圈3-2-1依次從內(nèi)向外纏繞在第二鐵心1-2的一個 柱形齒上，第四激磁線圈2-2-2和第四信號線圈3-2-2依次從內(nèi)向外纏繞在第二鐵心1-2 的另一個柱形齒上；第三激磁線圈2-2-1和第四激磁線圈2-2-2的連接方式為反向串聯(lián)，所 述兩個線圈構(gòu)成第二測試頭的激磁線圈b，第三信號線圈3-2-1和第四信號線圈3-2-2的連 接方式為反向串聯(lián)，所述兩個線圈構(gòu)成第二測試頭的信號線圈B ;
第一信號線圈3-1-1套于第一激磁線圈2-1-1之外，第二信號線圈3-1-2套于第二激 磁線圈2-1-2之外，第三信號線圈3-2-1套于第三激磁線圈2-2-1之外，并且第四信號線圈 3-2-2套于第四激磁線圈2-2-2之外；即上述信號線圈套在激磁線圈之外，可以減少一些信 號線圈和激磁線圈的干擾。另外，由于有兩個測試頭，每個測試頭又有兩個激磁線圈和信號 線圈，按照確定的規(guī)則放置也可以保證好的工藝性；
第一測試頭的激磁線圈a與第二測試頭的激磁線圈b的連接方式為正向串聯(lián)構(gòu)成激磁 線圈相，第一測試頭的信號線圈A和第二測試頭的信號線圈B的連接方式為反向串聯(lián)構(gòu)成 信號線圈相；信號線圈相形成信號線圈的差動輸出電勢，激磁線圈相通以頻率為f的交流 電流，激磁的交流電流作為標準信號，與信號線圈相中信號線圈輸出的差動輸出電勢共同 接入相敏解調(diào)電路，獲得接近線性的位移一電勢特性，實現(xiàn)狹小空間內(nèi)被控對象對中心點 微小位移的有效測量。
工作原理具體說明如下
第一測試頭1和第二測試頭2與導(dǎo)磁被測體4構(gòu)成測試系統(tǒng)；基本原理為變壓器式電 磁感應(yīng)，利用空間電磁場耦合在信號線圈中產(chǎn)生信號電壓，通過電壓大小與相位的變化準 確反映對中心點位移的變化。 第一測試頭1和第二測試頭2對稱安裝于固定的安裝底面5上。在激磁線圈相中 通以頻率為f的交流電流勵磁，由于導(dǎo)磁被測體4是導(dǎo)磁的，則測試頭的兩個柱形齒就與被 測面形成磁路并產(chǎn)生主磁通。由于是高頻交流勵磁，在信號繞組中就會產(chǎn)生感應(yīng)電勢。經(jīng) 推導(dǎo)可得到第一測試頭的信號線圈A和第二測試頭的信號線圈B的輸出電壓的分別為
a)
式中巧、"一第一測試頭的信號線圈A和第二測試頭的信號線圈B的輸出電壓；
A——與激磁線圈和信號線圈匝數(shù)K和N2有關(guān)的比例系數(shù)；
~在激磁線圈相施加的激磁電壓； &、g2~第一測試頭1與導(dǎo)磁被測體4及第二測試頭2與導(dǎo)磁被測體4之間的氣隙大J試系統(tǒng)的輸出電壓為
<formula>formula see original document page 6</formula>
當導(dǎo)磁被測體4處于中心位置時，左右兩側(cè)的氣隙相等，即& = g2 = gD。此時第一測試
頭和第二測試頭的交變主磁通禹和惑相等，信號線圈A和信號線圈B的輸出電壓大小相等，
整個測試系統(tǒng)的輸出電壓為零。 當導(dǎo)磁被測體4沿著第一測試頭1和第二測試頭2的中心線連線方向的一側(cè)發(fā)生 位移時，比如向第一測試頭1的方向偏移了z，則此時兩邊的氣隙大小變化為
<formula>formula see original document page 6</formula>
此時第一測試頭的信號線圈A和第二測試頭的信號線圈B的輸出電壓大小不再相等， 氣隙小的電壓高，氣隙大的電壓低，整個測試系統(tǒng)的輸出電壓&的大小及相位取決于導(dǎo)磁 被測體4的位移大小和方向。當zX)時，a,的相位與第一測試頭的信號線圈A的電勢同相， 當^〈0時，^的相位與第二測試頭的信號線圈B同相
<formula>formula see original document page 6</formula>
把該信號進行相敏解調(diào)處理后，就可以得到一個大小與位移成正比，正負符號與位移 方向一致的直流信號電壓，從而實現(xiàn)了所需要的轉(zhuǎn)子位移測量。 本發(fā)明采用這種分裝式結(jié)構(gòu)有利于消除傳感器的零點誤差，即可以通過調(diào)節(jié)兩個 傳感器的初始氣隙大小使合成輸出電壓大小為零，進而消除由于安裝或信號線圈參數(shù)不對 稱所帶來的零點誤差。
權(quán)利要求
適宜于微小位移檢測的分裝差動式位移傳感器，它由一對對稱設(shè)置的測試頭組成；所述測試頭中的第一測試頭(1)和第二測試頭(2)的中心線連線與導(dǎo)磁被測體的位移方向一致；第一測試頭(1)由第一鐵心(1-1)、第一激磁線圈(2-1-1)、第二激磁線圈(2-1-2)、第一信號線圈(3-1-1)和第二信號線圈(3-1-2)組成；第二測試頭(2)由第二鐵心(1-2)、第三激磁線圈(2-2-1)、第四激磁線圈(2-2-2)、第三信號線圈(3-2-1)和第四信號線圈(3-2-2)組成；第一激磁線圈(2-1-1)、第二激磁線圈(2-1-2)、第三激磁線圈(2-2-1)和第四激磁線圈(2-2-2)結(jié)構(gòu)相同，都由N1匝線圈組成；第一信號線圈(3-1-1)、第二信號線圈(3-1-2)、第三信號線圈(3-2-1)和第四信號線圈(3-2-2)結(jié)構(gòu)相同，都由N2匝數(shù)組成，其中N1和N2均為自然數(shù)；第一鐵心(1-1)為開有一對對稱的柱形齒的“∏” 字形鐵心，第一鐵心(1-1)與第二鐵心(1-2)的形狀和結(jié)構(gòu)均相同，并且第一鐵心(1-1)與第二鐵心(1-2)的中心線均與導(dǎo)磁被測體(4)表面垂直；第一激磁線圈(2-1-1)和第一信號線圈(3-1-1)依次從內(nèi)向外纏繞在第一鐵心(1-1)的一個柱形齒上，第二激磁線圈(2-1-2)和第二信號線圈(3-1-2)依次從內(nèi)向外纏繞在第一鐵心(1-1)的另一個柱形齒上；第一激磁線圈(2-1-1)和第二激磁線圈(2-1-2)的連接方式為反向串聯(lián)，所述兩個線圈構(gòu)成第一測試頭的激磁線圈(a)；第一信號線圈(3-1-1)和第二信號線圈(3-1-2)的連接方式為反向串聯(lián)，所述兩個線圈構(gòu)成第一測試頭的信號線圈(A)；第三激磁線圈(2-2-1)和第三信號線圈(3-2-1)依次從內(nèi)向外纏繞在第二鐵心(1-2)的一個柱形齒上，第四激磁線圈(2-2-2)和第四信號線圈(3-2-2)依次從內(nèi)向外纏繞在第二鐵心(1-2)的另一個柱形齒上；第三激磁線圈(2-2-1)和第四激磁線圈(2-2-2)的連接方式為反向串聯(lián)，所述兩個線圈構(gòu)成第二測試頭的激磁線圈(b)，第三信號線圈(3-2-1)和第四信號線圈(3-2-2)的連接方式為反向串聯(lián)，所述兩個線圈構(gòu)成第二測試頭的信號線圈(B)；第一測試頭的激磁線圈(a)與第二測試頭的激磁線圈(b)的連接方式為正向串聯(lián)構(gòu)成激磁線圈相，第一測試頭的信號線圈(A)和第二測試頭的信號線圈(B)的連接方式為反向串聯(lián)構(gòu)成信號線圈相。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適宜于微小位移檢測的分裝差動式位移傳感器，其特征在于 信號線圈相的兩端輸出差動電勢。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適宜于微小位移檢測的分裝差動式位移傳感器，其特征在于 激磁線圈相通以頻率為f的交流電流。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適宜于微小位移檢測的分裝差動式位移傳感器，其特征在于 第一信號線圈(3-1-1)套于第一激磁線圈(2-1-1)之外，第二信號線圈(3-1-2)套于第二 激磁線圈(2-1-2)之外，第三信號線圈(3-2-1)套于第三激磁線圈(2-2-1)套于之外，并且 第四信號線圈(3-2-2)套于第四激磁線圈(2-2-2)之外。
全文摘要
適宜于微小位移檢測的分裝差動式位移傳感器。它涉及傳感器領(lǐng)域，它解決了現(xiàn)有傳感器無法克服對測試環(huán)境要求高的缺點。它的測試頭中的兩個測試頭的中心線連線與導(dǎo)磁被測體的位移方向一致；測試頭均由鐵心、結(jié)構(gòu)相同激磁線圈和結(jié)構(gòu)相同信號線圈組成；鐵心均為開有一對對稱的柱形齒的“∏”字形鐵心，并鐵心中心線與導(dǎo)磁被測體表面垂直；激磁線圈和信號線圈依次從內(nèi)向外纏繞在鐵心的一個柱形齒上；每個測試頭上的兩個激磁線圈反向串聯(lián)構(gòu)成該測試頭的激磁線圈，并將所有的激磁線圈正向串聯(lián)構(gòu)成激磁線圈相；每個測試頭上的兩個信號線圈反向串聯(lián)構(gòu)成該測試頭的信號線圈，并將所有的信號線圈反向串聯(lián)構(gòu)成信號線圈相。應(yīng)用在非導(dǎo)磁金屬隔離的場合。
文檔編號G01B7/02GK101776433SQ201010129520
公開日2010年7月14日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者李勇, 李巍, 邢敬娓, 鄒繼斌, 陸永平 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)