專利名稱：精密位移傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種精密檢測技術(shù)領(lǐng)域的位移傳感器，具體是一種基于永 磁、磁致伸縮和壓電等材料或器件復(fù)合作用的用于檢測精密機(jī)構(gòu)的精密位移傳感裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)方式的位移傳感器多采用電感、電容或激光傳感等對直線位移進(jìn)行檢測。準(zhǔn) 確實(shí)時監(jiān)測精密移動器件或系統(tǒng)或儀器的位移，對于精密測量、超高精度加工機(jī)床等工具 和設(shè)備的使用性能優(yōu)化和運(yùn)行性能的提高都至關(guān)重要，這也迫切需要一種集成化的傳感機(jī) 構(gòu)，可以用于與移動部件集成，在結(jié)構(gòu)和整體尺寸不做大的改變的同時，使所運(yùn)行的系統(tǒng)具 有既可以驅(qū)動運(yùn)動又可以精確自感知該運(yùn)動的量值，使這種運(yùn)動驅(qū)動系統(tǒng)具有自驅(qū)動、自 感知的智能特性。但目前研制這樣一種功能集成的一體化的智能驅(qū)動、位移機(jī)構(gòu)存在很大 困難，其主要原因是沒有性能可靠、體積緊湊、靈敏度高的高性能傳感機(jī)構(gòu)。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前市場上應(yīng)用的性能最佳、使用最方便的傳感器 是激光位移傳感器。如日本基恩士公司的LK系列激光位移傳感器，其傳感精度可以達(dá)到納 米，并且安裝和使用非常方便，是一種非接觸式測量的激光傳感裝置。但是這種裝置的缺點(diǎn) 是傳感的實(shí)現(xiàn)必須要一套光路器件和光源設(shè)備，使得這種傳感器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，因此 不可能集成在小體積的驅(qū)動運(yùn)動設(shè)備中，致使在精密微小運(yùn)行環(huán)境下，該種傳感裝置不能 使用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種精密位移傳感裝置，其結(jié)構(gòu) 緊湊、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，無需電源驅(qū)動的情況下可方便獲得傳感電信號，該信號與被檢測機(jī)構(gòu)的 直線位移具有直接對應(yīng)關(guān)系，傳感信號靈敏、精確。作為傳感部件，其結(jié)構(gòu)簡單，方便在現(xiàn)有 驅(qū)動系統(tǒng)或裝置中集成使用，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動和傳感功能一體化的驅(qū)動、位移裝置。特別適合 于與精密驅(qū)動器和精密電機(jī)的集成應(yīng)用。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本實(shí)用新型包括固定框架、一個或多個 受激勵變形體、一個或多個力變器、激勵體和約束導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，其中受激勵變形體與力變器 交錯設(shè)置且串聯(lián)連接于固定框架內(nèi)，約束導(dǎo)向機(jī)構(gòu)活動設(shè)置于固定框架內(nèi)且平行于受激勵 變形體與力變器，激勵體與約束導(dǎo)向機(jī)構(gòu)固定連接，受激勵變形體的變形方向與力變器受 力方向相一致。所述的固定框架為剛性材料體。所述的受激勵變形體為磁致伸縮材料體。所述的受激勵變形體和固定框架之間設(shè)有偏置激勵體。所述的力變器為壓電材料體或壓電傳感器。所述的激勵體為永磁激勵體、導(dǎo)磁激勵體或電磁激勵體。所述的受激勵變形體和力變器之間設(shè)有激勵導(dǎo)引機(jī)構(gòu)。
3[0012]當(dāng)激勵體為永磁激勵體時，所述的激勵導(dǎo)引機(jī)構(gòu)為兩塊分別設(shè)置于受激勵變形體 兩端的導(dǎo)磁體；當(dāng)激勵體為導(dǎo)磁激勵體時，所述的激勵導(dǎo)引機(jī)構(gòu)為分別設(shè)置于受激勵變形 體兩端的偏置永磁式激勵體和導(dǎo)磁體或兩塊分別設(shè)置于受激勵變形體兩端的偏置永磁式 激勵體。。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)包括1、實(shí)現(xiàn)了一種兼有位移和激勵強(qiáng)度傳感 的傳感器；2、傳感器結(jié)構(gòu)簡單，組成部件少，體積較小、并且安裝方便?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，本實(shí)用新型的精密位移傳感裝置，特別適合制成驅(qū)動和傳感一體 化智能驅(qū)動器或驅(qū)動位移傳感裝置。

圖1為實(shí)施例1示意圖；其中(a)為結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為工作狀態(tài)示意圖。圖2為實(shí)施例2示意圖。圖3為實(shí)施例3示意圖。圖4為實(shí)施例4示意圖。圖5為實(shí)施例5示意圖。其中(a)為具有導(dǎo)磁激勵體的傳感器示意圖，(b)為具有偏置永磁式激勵體對的 傳感器示意圖。圖6為實(shí)施例6示意圖。
具體實(shí)施方式
下面對本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前 提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限 于下述的實(shí)施例。如圖1(a)所示，本實(shí)施例包括固定框架1、受激勵變形體2、力變器3、激勵體4、 約束導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5，其中受激勵變形體2與力變器3交錯設(shè)置且串聯(lián)連接于固定框架1內(nèi)， 約束導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5活動設(shè)置于固定框架內(nèi)1內(nèi)且平行于受激勵變形體2與力變器3，激勵體4 與約束導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5固定連接，受激勵變形體2的變形方向與力變器3受力方向相一致。所述的固定框架1為剛性材料體；所述的受激勵變形體2可為磁致伸縮材料體；所述的力變器3為壓電材料體或壓電傳感器；所述的激勵體4為永磁體；所述的約束導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5為與激勵體4固連并依靠固定框架1導(dǎo)向的滑動或滾動或 彈性變形機(jī)構(gòu)。受激勵變形體2與力變器3 —同初始卡緊裝配在固定框架1中且激勵體4在受激 勵變形體2與力變器3的一側(cè)，可以在約束導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5的支持下，相對受激勵變形體2進(jìn)行 平穩(wěn)的靠近或遠(yuǎn)離運(yùn)動，如圖1(a)所示。當(dāng)激勵體4為永磁體，逐漸靠近受激勵變形體2時，由于受激勵變形體2為磁致伸 縮材料體，隨著永磁激勵體4的靠近，其感知永磁激勵體4的磁場強(qiáng)度越來越強(qiáng)，致使受激勵變形體2磁致伸長，但此時，受激勵變形體2被力變器3卡緊，其伸長變形做工被轉(zhuǎn)化為 壓在力變器上的壓力，壓于力變器3為壓電材料體/壓電傳感器上，如圖1(b)所示。由于 力變器3為壓電材料體/壓電傳感器，其受力所產(chǎn)生的電信號，隨著激勵體4的逐步靠近/ 遠(yuǎn)離，即受激勵變形體2所能感受到的激勵強(qiáng)度會逐步增強(qiáng)/減弱，而相應(yīng)增大/減小。因 此，激勵體4的位移與力變器3產(chǎn)生的電信號強(qiáng)弱具有對應(yīng)關(guān)系。所以通過檢測力變器3 產(chǎn)生的電信號的強(qiáng)度或強(qiáng)度變化量，可以檢測到激勵體4的位移變化量。所以相對激勵體 4的移動，所實(shí)用新型裝置是一種直線位移傳感器。實(shí)施例2如圖2所示，本實(shí)施例中包含多個受激勵變形體2以及力變器3，其位置關(guān)系為一 個力變器3介于兩個受激勵變形體2之間并卡緊在固定框架1中或兩個受激勵變形體2夾 于三個力變器3之間。這樣有利于產(chǎn)生更強(qiáng)的力變信號，如采用力變器3為壓電傳感器，受 激勵變形體2為磁致伸縮材料體，那么產(chǎn)生的磁致伸縮量更大以及所產(chǎn)生的壓電信號強(qiáng)度 更強(qiáng)，有利于傳感器的性能提高和方便使用。實(shí)施例3如圖3所示，本實(shí)施例中所述的受激勵變形體2和力變器3之間設(shè)有一對導(dǎo)磁體 對6，該導(dǎo)磁體6有助于防止激勵體4的激勵泄漏，如導(dǎo)磁體6有助于永磁材料激勵體4形 成閉合磁路，而使激勵體4激勵受激勵變形體2的強(qiáng)度更強(qiáng)，有助于如采用磁致伸縮材料的 受激勵變形體2產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度更高，使如壓電式力變器3的感應(yīng)更靈敏，從而提高本實(shí)用 新型傳感裝置的效果。實(shí)施例4如圖4所示，本實(shí)施例中所述的受激勵變形體2和固定框架1之間設(shè)有一個偏 置激勵體7。該偏置激勵體7與受激勵變形體2、力變器3串聯(lián)并一同初始卡緊裝配在固定 框架1中。由于偏置激勵體7的初始激勵作用在受激勵變形體2，如采用永磁偏置體7，其 磁場初始激勵磁致伸縮受激勵變形體2，可以使得受激勵變形體2的磁致伸縮初始磁偏置 應(yīng)變位于應(yīng)變線性變化區(qū)間。這樣，當(dāng)受激勵變形體2受到外部變化磁場激勵時，靈敏度更 高，致使力變器3產(chǎn)生的力變信號，如力變器3為壓電傳感器的壓電信號靈敏度更高，從而 使所實(shí)用新型的傳感裝置傳感更精確和靈敏。實(shí)施例5如圖5(a)所述，本實(shí)施例中所述的激勵體為導(dǎo)磁激勵體8，所述的受激勵變形體 2和力變器3之間設(shè)有一個導(dǎo)磁體6和一個偏置永磁式激勵體7。此種結(jié)構(gòu)下，當(dāng)導(dǎo)磁激勵 體8逐漸靠近受激勵變形體2時，偏置永磁式激勵體7、導(dǎo)磁激勵體8和導(dǎo)磁體對6中的一 個導(dǎo)磁體所形成磁回路中的空氣隙越來越小，漏磁越來越少，所以受激勵變形體2所感應(yīng) 到的由偏置永磁式激勵體7產(chǎn)生的在磁回路中的磁場強(qiáng)度，即受激勵變形體2所感應(yīng)到的 激勵強(qiáng)度越高，所以相應(yīng)的力變器3也能感應(yīng)到更強(qiáng)的力變信號。所以，采用導(dǎo)磁激勵體8， 其移動位移也可以被感知。同理，基于這種原理，將導(dǎo)磁體對6均更換為偏置永磁式激勵體 7，如圖5(b)所示。同樣可以實(shí)現(xiàn)位移傳感功能。實(shí)施例6如圖6所示，本實(shí)施例中所述的激勵體為電磁式激勵體9，具體為一個電磁線圈， 原理和實(shí)施過程同前面實(shí)施例，在電磁線圈通入固定電流時，即所產(chǎn)生的電磁場一定，那么與永磁體情況相同，電磁線圈的移動位移可以被感知，而制成一種位移傳感裝置。或者，電 磁線圈固定不動，其通入的電流強(qiáng)度變化，即加載的電磁場強(qiáng)度變化也可以被感知，所以本 實(shí)用新型的位移傳感裝置還可以是一種電流強(qiáng)度傳感器。以上實(shí)施例中所述的位移傳感機(jī)構(gòu)，其中受激勵變形體是一種當(dāng)受到外部磁場激 勵，或外部熱激勵，或外部電場激勵，或外部光照激勵，或外部液體或氣體流動擾動激勵的 情況下可以產(chǎn)生變形，并且該變形的程度隨外部激勵強(qiáng)度的增強(qiáng)而增加。同時，所采用的力 變器是一種可以將壓力轉(zhuǎn)換為電、磁、色或光變化的變換器，并且力變換為電、磁、色或光的 信號的強(qiáng)度與所受力的大小成正比。另外，激勵體是一種可以產(chǎn)生磁、或熱、或電、或光、或 流體激勵的物體。因此，當(dāng)受激勵變形體與力變器卡緊裝配在固定框架中時，當(dāng)激勵體沿約 束導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由遠(yuǎn)靠近受激勵變形體，雖然激勵體的自身激勵強(qiáng)度不變，但隨著激勵體的逐 步靠近，受激勵變形體所能感受到的激勵強(qiáng)度會越來越強(qiáng)，從而其可能的伸長量越來越大， 但此伸長量會受到被卡緊的力變器的阻止，致使受激勵變形體對力變器做工而產(chǎn)生壓力， 基于力變器的工作原理，該壓力將會產(chǎn)生一個電、磁、色或光的信號，并且該信號的大小與 受激勵變形體感受到的外部激勵強(qiáng)度，即激勵體靠近受激勵變形體的程度，也就是激勵體 的位移成對應(yīng)關(guān)系。所以通過檢測力變器產(chǎn)生的電、或磁、或色、或光的信號的強(qiáng)度或強(qiáng)度 變化量，可以檢測到激勵體的位移變化量。所以相對激勵體的移動，以上裝置能夠?qū)崿F(xiàn)直線 位移傳感測量；同理，當(dāng)激勵體與受激勵變形體的相對位置不變，但是激勵體自身的激勵強(qiáng)度發(fā) 生變化時，也可使受激勵變形體對力變器產(chǎn)生壓力，該壓力將會產(chǎn)生對應(yīng)的電、或磁、或色、 或光的信號，并且該信號的大小與激勵體內(nèi)部產(chǎn)生的激勵強(qiáng)度成對應(yīng)關(guān)系。所以通過檢測 力變器產(chǎn)生的電、或磁、或色、或光的信號的強(qiáng)度(強(qiáng)度變化量)，可以檢測到激勵體施加激 勵強(qiáng)度的變化量。所以相對激勵體施加激勵，以上裝置也能夠?qū)崿F(xiàn)激勵強(qiáng)度傳感測量。
權(quán)利要求1.一種精密位移傳感裝置，其特征在于，包括固定框架、一個或多個受激勵變形體、 一個或多個力變器、激勵體和約束導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，其中受激勵變形體與力變器交錯設(shè)置且串 聯(lián)連接于固定框架內(nèi)，約束導(dǎo)向機(jī)構(gòu)活動設(shè)置于固定框架內(nèi)且平行于受激勵變形體與力變 器，激勵體與約束導(dǎo)向機(jī)構(gòu)固定連接，受激勵變形體的變形方向與力變器受力方向相一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密位移傳感裝置，其特征是，所述的力變器為壓電材料體 或壓電傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密位移傳感裝置，其特征是，所述的受激勵變形體和固定 框架之間設(shè)有偏置激勵體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密位移傳感裝置，其特征是，所述的激勵體為永磁激勵體、 導(dǎo)磁激勵體或電磁激勵體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密位移傳感裝置，其特征是，所述的受激勵變形體和力變 器之間設(shè)有激勵導(dǎo)引機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的精密位移傳感裝置，其特征是，當(dāng)激勵體為永磁激勵體 時，所述的激勵導(dǎo)引機(jī)構(gòu)為兩塊分別設(shè)置于受激勵變形體兩端的導(dǎo)磁體；當(dāng)激勵體為導(dǎo)磁 激勵體時，所述的激勵導(dǎo)引機(jī)構(gòu)為分別設(shè)置于受激勵變形體兩端的偏置永磁式激勵體和導(dǎo) 磁體或兩塊分別設(shè)置于受激勵變形體兩端的偏置永磁式激勵體。
專利摘要一種精密檢測技術(shù)領(lǐng)域的精密位移傳感裝置，包括固定框架、一個或多個受激勵變形體、一個或多個力變器、激勵體和約束導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，受激勵變形體與力變器交錯設(shè)置且串聯(lián)連接于固定框架內(nèi)，約束導(dǎo)向機(jī)構(gòu)活動設(shè)置于固定框架內(nèi)且平行于受激勵變形體與力變器，激勵體與約束導(dǎo)向機(jī)構(gòu)固定連接，受激勵變形體的變形方向與力變器受力方向相一致。本實(shí)用新型兼有位移和激勵強(qiáng)度傳感功能且結(jié)構(gòu)簡單，組成部件少，體積較小、并且安裝方便。
文檔編號G01B7/02GK201885680SQ201020650890
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者楊斌堂 申請人:上海交通大學(xué)