本實用新型涉及傳感器測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種一體化結(jié)構(gòu)智能總線電渦流位移傳感器。

背景技術(shù)：

位移信號主要用于反映被測對象相對參考基準(zhǔn)面的位移變化，也可用于反映機械設(shè)備的低頻振動。位移測量在工業(yè)、民用領(lǐng)域中應(yīng)用比較廣泛，是一種較為常用的測量手段。

位移傳感器按工作方式不同通?？煞譃榻佑|式、非接觸式兩種類型。接觸式位移傳感器包括電感式位移傳感器、拉繩式位移傳感器等，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、性價比較高，缺點是工作壽命較短、測量精度易受工作環(huán)境中油污等因素的影響；非接觸式位移傳感器包括激光位移傳感器、電渦流位移傳感器等。激光位移傳感器的優(yōu)點是測量距離遠(yuǎn)、精度高，缺點是激光發(fā)射器工作壽命短、環(huán)境適應(yīng)性差。電渦流位移傳感器的優(yōu)點是工作壽命長、測量精度高、環(huán)境適應(yīng)性好，缺點是量程通常較小(一般在30mm以內(nèi))。在位移變化較小的測量應(yīng)用領(lǐng)域，選用電渦流位移傳感器比較適宜。

一般的商用電渦流位移傳感器通常主要由探頭、前置器、射頻連接電纜等部件組成，其缺點主要體現(xiàn)在以下方面：探頭、前置器、射頻連接電纜需配對使用，不同傳感器的上述部件之間缺乏互換性；使用過程較為繁瑣，通常需設(shè)置傳感器的特征斜率、截矩參數(shù)才能進(jìn)行位移測量，傳感器不具備在線非線性誤差修正及故障自診斷等智能化功能；由于探頭輸出的模擬信號比較微弱，測量現(xiàn)場探頭與前置器之間的射頻連接電纜長度通常要求小于15m，測量信號遠(yuǎn)距離傳輸時易受干擾；分離式的傳感器結(jié)構(gòu)既不利于傳感器的抗沖擊防護，無法應(yīng)用于工作環(huán)境惡劣的場合，也造成工程應(yīng)用時安裝及維護較為復(fù)雜。

例如，CN203489834包括探頭和前置器，所述探頭與所述前置器電連接，所述探頭包括主探頭線圈和金屬外殼，所述主探頭線圈位于所述金屬外殼圍成的空腔內(nèi)，用于感測被測金屬體的位移變化，其特征在于：所述探頭還包括補償探頭線圈、金屬擋板和屏 蔽金屬體，所述屏蔽金屬體位于所述補償探頭線圈和所述主探頭線圈之間；所述補償探頭線圈位于由所述金屬外殼、屏蔽金屬體以及金屬擋板形成的封閉空間內(nèi)，與所述金屬擋板的相對位置固定；所述補償探頭線圈和所述主探頭線圈采用相同的材料和繞制方式，并且具有相同的電學(xué)參數(shù)；所述前置器包括差分減法電路，所述差分減法電路用于處理所述主探頭線圈的輸出信號和所述補償探頭線圈的輸出信號。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是針對上述現(xiàn)狀，旨在提供一種集成度高、測量精度高、智能化程度高、抗干擾能力強、防護性能好；可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的高精度、高可靠位移信號測量及監(jiān)測，能在線補償環(huán)境溫度變化引起的傳感器測量誤差以及傳感器的非線性誤差，并具備故障自診斷能力的一體化結(jié)構(gòu)智能總線電渦流位移傳感器。

本實用新型目的的實現(xiàn)方式為，一體化結(jié)構(gòu)智能總線電渦流位移傳感器，智能總線模塊、信號調(diào)理電路板裝在殼體內(nèi)；電連接器裝在殼體兩側(cè)，在殼體外的連接端接總線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；導(dǎo)電橡膠電磁屏蔽罩安裝于傳感器本體與探測板之間，傳感器探頭置于導(dǎo)電橡膠電磁屏蔽罩內(nèi)；智能總線模塊裝在殼體內(nèi)部上層，信號調(diào)理電路板裝在殼體內(nèi)部下層；所述傳感器探頭內(nèi)封裝有電磁線圈，電磁線圈與信號調(diào)理電路板連接；

所述智能總線模塊上集成安裝的電源模塊分接信號調(diào)理電路板、A/D轉(zhuǎn)換芯片、傳感器探頭、溫度傳感器、DSP運算模塊、CAN總線收發(fā)器；信號調(diào)理電路板分接傳感器探頭、A/D轉(zhuǎn)換芯片；CAN總線收發(fā)器分接DSP運算模塊、電連接器；DSP運算模塊接溫度傳感器。

采用本實用新型，A/D轉(zhuǎn)換芯片將信號調(diào)理電路板輸出的4～20mA傳感器信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸至DSP運算模塊，DSP運算模塊內(nèi)置軟件根據(jù)溫度傳感器輸出的溫度測量信號，對傳感器測量值進(jìn)行溫度漂移誤差補償，并根據(jù)預(yù)設(shè)的非線性誤差特性參數(shù)對傳感器測量值進(jìn)行分段非線性誤差修正，經(jīng)過溫度漂移誤差補償、分段非線性誤差修正后的傳感器測量值信號傳輸至CAN總線收發(fā)器，CAN總線收發(fā)器將該測量值信號轉(zhuǎn)換為CAN總線數(shù)據(jù)格式，然后通過電連接器傳輸至總線網(wǎng)絡(luò)。

本實用新型的技術(shù)效果如下：

1、傳感器探頭、電連接器、智能總線模塊、信號調(diào)理電路集成安裝為一體化結(jié)構(gòu)，集成化程度高，便于安裝及更換，傳感器的可維護性好；

2、采用智能總線模塊，將傳感器輸出信號調(diào)理為數(shù)字信號，具有傳感器輸出信號抗 干擾能力強、傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點，同時傳感器可“即插即用”且不需輸入工作特性參數(shù)，使用較為便捷，另外傳感器具備故障自診斷功能，智能化程度較高；

3、DSP運算模塊存儲有傳感器的非線性誤差特性參數(shù)，傳感器工作過程中，DSP運算模塊預(yù)置的控制軟件可進(jìn)行在線非線性誤差修正，提高了傳感器測量精度；

4、溫度測量模塊集成到傳感器中，可在線補償由于環(huán)境溫度變化導(dǎo)致的傳感器溫度漂移誤差，提高了傳感器的測量精度；

5、電磁屏蔽罩可有效隔離工作環(huán)境電磁干擾對傳感器測量精度的影響，屏蔽罩采用增強簾線骨架材料，可有效防護工作環(huán)境的沖擊、碰撞對傳感器的損傷，具有良好的防護性能；

6、采用防腐蝕塑料涂層的探測體，有效避免了傳感器長期工作過程中，探測體銹蝕影響造成的傳感器測量誤差。

本實用新型集成度高、測量精度高、智能化程度高、抗干擾能力強、防護性能好；可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的高精度、高可靠位移信號測量及監(jiān)測，可為工業(yè)、民用、船舶領(lǐng)域的位移測量提供新的解決途徑。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型的智能總線模塊原理圖；

圖3為本實用新型的智能總線模塊電原理圖。

具體實施方式

下面參照附圖詳述本實用新型。

參照圖1，智能總線模塊6、信號調(diào)理電路板7裝在殼體4內(nèi)，電連接器5裝在殼體兩側(cè)，在殼體外的連接端接總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。導(dǎo)電橡膠電磁屏蔽罩2安裝于傳感器本體1與探測板3之間，傳感器探頭8置于導(dǎo)電橡膠電磁屏蔽罩內(nèi)。所述傳感器探頭內(nèi)封裝有電磁線圈，電磁線圈與信號調(diào)理電路板連接。

智能總線模塊6在殼體4內(nèi)部上層，通過明膠固定；信號調(diào)理電路板7在殼體內(nèi)部下層，通過環(huán)氧樹脂固定。

傳感器探頭8、電連接器5、智能總線模塊6、信號調(diào)理電路7集成安裝在傳感器殼體4上，實現(xiàn)了傳感器的一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，傳感器安裝、更換較為便捷。

所述導(dǎo)電橡膠電磁屏蔽罩2為有增強簾線骨架結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電橡膠材料罩，可有效屏蔽 環(huán)境電磁干擾信號提高傳感器的抗干擾能力，有效防止工程應(yīng)用環(huán)境外來物體碰撞導(dǎo)致的傳感器損壞，同時具備防水、防油污等功能，可提高傳感器的工作壽命。

所述探測板3有非金屬防腐蝕涂層?？捎行岣咛綔y體的防腐蝕性能，避免傳感器長期使用過程中由于被測體銹蝕原因?qū)е碌膫鞲衅鳒y量誤差。

參照圖2、3，智能總線模塊6上集成安裝的電源模塊9分接信號調(diào)理電路板7、A/D轉(zhuǎn)換芯片10、傳感器探頭8、溫度傳感器11、DSP運算模塊12、CAN總線收發(fā)器13；信號調(diào)理電路板7分接傳感器探頭8、A/D轉(zhuǎn)換芯片10；CAN總線收發(fā)器13分接DSP運算模塊12、電連接器5；DSP運算模塊12接溫度傳感器11。

參照圖1、2、3，CAN總線收發(fā)器13有兩路相互獨立的CAN總線通訊通道，并同時通過電連接器一5.1及電連接器二5.2連接至總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，當(dāng)電連接器一5.1或電連接器二5.2中的任意一個產(chǎn)生斷線故障時，傳感器對外數(shù)據(jù)傳輸功能不受影響。

電源模塊9分別為傳感器探頭8、信號調(diào)理電路板7、A/D轉(zhuǎn)換芯片10、溫度傳感器11、DSP運算模塊12、CAN總線收發(fā)器13供電。

信號調(diào)理板將傳感器探頭輸出的微弱電壓信號調(diào)理為4～20mA電流信號，然后傳輸至智能總線模塊，A/D轉(zhuǎn)換芯片10將調(diào)理電路板7輸出的4～20mA電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳輸至DSP運算模塊12。溫度傳感器11實時測量傳感器的工作環(huán)境溫度并將信號傳輸至DSP運算模塊12，CAN總線收發(fā)器13將DSP運算模塊12處理得到傳感器測量值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CAN總線格式的數(shù)據(jù)并通過電連接器5傳輸至總線網(wǎng)絡(luò)。

所述DSP運算模塊高速采集位移傳感器測量數(shù)據(jù)并進(jìn)行濾波處理，并對處理后的傳感器輸出信號進(jìn)行溫度漂移誤差補償，以減小環(huán)境溫度變化引起的傳感器測量誤差；根據(jù)預(yù)設(shè)傳感器非線性誤差特性進(jìn)行分段非線性誤差修正，減小傳感器非線性誤差導(dǎo)致的測量誤差，使得傳感器輸出數(shù)字量形式的位移測量值。該DSP運算模塊還具備傳感器故障自診斷功能，能夠?qū)鞲衅鲾嗑€、測量值異常等故障進(jìn)行精確診斷。

本實用新型的溫度補償方法如下：

如果

式中，ε₁為溫度漂移影響補償量；ζ_i為分段線性溫度漂移影響補償系數(shù)，i＝1,2...10為位移傳感器工作溫度范圍的線性分段區(qū)間編號；t為當(dāng)前傳感器工作環(huán)境溫度；為第i個分段區(qū)間的起始點溫度坐標(biāo)。

非線性誤差修正方法如下：

如果

式中，ε₂為非線性誤差修正量；η_j為線性分段非線性誤差修正系數(shù)，j＝1,2...10為位移傳感器量程的線性分段區(qū)間編號；l為當(dāng)前未經(jīng)非線性誤差修正的傳感器位移測量值；為第j個分段區(qū)間的起始點位移值。

上述技術(shù)方案中，CAN總線收發(fā)器13包括兩路相互獨立的CAN總線通訊通道，并同時通過電連接器5.1及電連接器5.2連接至總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，當(dāng)電連接器5.1或電連接器5.2中的任意一個產(chǎn)生斷線故障時，傳感器對外數(shù)據(jù)傳輸功能不受影響。

本實用新型的工作原理為：

本實用新型采用了將傳感器探頭8、電連接器5、智能總線模塊6、信號調(diào)理電路7集成安裝在傳感器殼體4上的一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，傳感器安裝、更換較為便捷。

本實用新型傳感器探頭8輸出的電壓信號給信號調(diào)理電路板7，信號調(diào)理電路板7將該電壓信號調(diào)理為4～20mA模擬信號傳輸至智能總線模塊6，智能總線模塊6將4～20mA模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸至DSP運算模塊12，DSP運算模塊12根據(jù)溫度傳感器11測量的溫度數(shù)據(jù)及預(yù)置的線性誤差特性參數(shù)，對傳感器數(shù)字信號測量值分別進(jìn)行溫度漂移補償及非線性誤差補償，補償后的數(shù)字信號經(jīng)CAN總線收發(fā)器13轉(zhuǎn)換為CAN總線格式的數(shù)字信號數(shù)據(jù)傳輸至總線網(wǎng)絡(luò)，供上位機查詢使用。

智能總線模塊6集成了傳感器溫度漂移補償、非線性誤差補償、故障自診斷功能，具有傳感器測量精度高、智能化程度高等優(yōu)點。

本實用新型傳感器具有不需要輸入傳感器特性參數(shù)“即插即用”的優(yōu)點，可以直接輸出CAN總線格式的數(shù)字量位移測量值，有效提高了傳感器信號遠(yuǎn)距離傳輸能力及抗干擾性能。

說明書未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。