專利名稱:電感應(yīng)變片的制作方法
本發(fā)明系非電量電測(cè)技術(shù)領(lǐng)域：
中一種測(cè)量應(yīng)變的傳感器-電感應(yīng)變片。
目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)變片均為電阻式，稱為電阻應(yīng)變片。它的缺點(diǎn)有靈敏度低，需要有放大倍數(shù)很大的放大器，二次儀表的成本高，再者由于放大倍數(shù)高，也就帶來(lái)了二次儀表穩(wěn)定性的困難;應(yīng)變的量程范圍較小，對(duì)變形很大的試件(例如瀝青磚)不能測(cè)量;要求電阻絲對(duì)連接電纜外皮的絕緣電阻很高，在100MΩ以上，因此不適宜在潮濕環(huán)境中使用，用途受到限制;連接的電纜較短，一般為10米左右，在100米以上時(shí)易受50周工頻電干擾，不穩(wěn)定，影響使用;供給應(yīng)變片的交流供電(載波)頻率不高，一般在10KHZ左右，被測(cè)振動(dòng)的頻響不寬;由于電阻片的靈敏度很低及要求電阻片的絕緣電阻要很高，因此要將電阻片緊密牢靠地粘貼在試件上，要求受過(guò)專門(mén)技術(shù)訓(xùn)練的人員粘貼，以保證電阻應(yīng)變計(jì)的靈敏度和絕緣電阻，使用不方便。
經(jīng)查閱專利、技術(shù)資料及產(chǎn)品目錄，參觀了1986年4月在北京舉行的多國(guó)儀器展覽會(huì)，目前國(guó)內(nèi)外都是電阻應(yīng)變片，沒(méi)有電感應(yīng)變片。
目前電阻應(yīng)變片的改進(jìn)型是將電阻片事先粘貼在金屬基片上并用金屬薄膜密封，總厚度2mm.，用特制的鉻鐵將電阻應(yīng)變片的金屬基片焊接在被測(cè)的金屬試件上，例如美國(guó)EATON公司的產(chǎn)品。
本發(fā)明提供了一種微型結(jié)構(gòu)電感應(yīng)變片，它的靈敏度高、所需的放大器的放大倍數(shù)較小、量程范圍大、穩(wěn)定性好、頻響寬、連接電纜長(zhǎng)、抗50周工頻電干擾及使用方便，用作靜態(tài)及動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所提供的電感應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)實(shí)施例見(jiàn)圖1。
1、本電感應(yīng)變片由微形扁平形狀電感線圈L1、L2(見(jiàn)圖1中的(1))、扁筒形線圈骨架(2)、扁平狀單磁芯片(3)、扁平狀連桿片(4)、絕緣基片薄膜(5)構(gòu)成;電感線圈厚度0.4mm.-1mm.;扁平狀單磁芯片(3)，厚度為0.08-0.2mm.，裝在絕緣材料制成的連桿片(4)的一端，放入扁筒形線圈骨架的空洞中，并能在扁筒形線圈骨架的空洞中自由移動(dòng);電感線圈L1、L2均為單層，匝與匝之間緊靠平繞;磁芯片與電感線圈L1、L2的長(zhǎng)度的比例為0.3-0.7;扁筒形線圈骨架的彎曲終端(7)用絕緣膠粘牢固定在由聚酰亞胺制成的絕緣基片薄膜(5)的一端;連桿片的終端彎曲端(8)用絕緣膠粘牢固定在絕緣基片薄膜(5)的另一端，以致在件(7)與件(8)之間形成應(yīng)變(變形)測(cè)量用的基距L;當(dāng)電感應(yīng)變片粘貼在被測(cè)物上產(chǎn)生變形±ΔL時(shí)，則基距產(chǎn)生變形±ΔL，磁芯片對(duì)兩個(gè)線圈的中心位置(零點(diǎn))也隨之產(chǎn)生ΔL的偏移，應(yīng)變?chǔ)庞上率奖硎尽捆牛?(±ΔL)/(L)
經(jīng)過(guò)電測(cè)線路即可得到應(yīng)變?chǔ)诺拇笮〖罢?、?fù)方向;用聚酰亞胺薄膜(6)將電感線圈覆蓋，此薄膜兩側(cè)用絕緣膠粘牢固定在絕緣基片(5)上;圖2、(a)為圖1中的A-A剖面圖，圖2、(B)為圖1中的B-B剖面圖;電感線圈L1.L2的供電勵(lì)磁頻率為100KHZ-2MHZ.它能粘貼在被測(cè)物(金屬或非金屬)上測(cè)量應(yīng)變。
2、電感線圈L1、L2的匝數(shù)相等，用φ0.05-φ0.29mm.漆包銅導(dǎo)線繞在扁筒形線圈骨架(2)上制成;在一般量測(cè)范圍匝數(shù)分別為20-200匝，在大量測(cè)范圍時(shí)分別為200-800匝;制成的電感應(yīng)變片，總厚度為0.6-1.2mm.，寬4mm.，長(zhǎng)6mm.(根據(jù)測(cè)量范圍可加寬及加長(zhǎng))。
3、電感線圈L1、L2的纏繞方向相同，為串接，即L1的尾端與L2的始端相連接，共有三根引出線①、②、③，見(jiàn)圖3，此三根引出線穿過(guò)絕緣薄膜(6)的三個(gè)孔洞引出到絕緣基片薄膜(5)的一端，并用絕緣膠粘牢固定在絕緣基片薄膜上;電感線圈繞成后，外層涂絕緣膠密封;用聚酰亞胺薄膜(6)將電感線圈覆蓋，此薄膜兩側(cè)用絕緣膠粘牢固定在絕緣基片薄膜(5)上。
4、線圈骨架及連桿片均用絕緣材料聚酰亞胺制成;磁芯片的材料是，當(dāng)電感線圈的勵(lì)磁頻率為100KHZ-200KHZ時(shí)為玻莫合金薄片，在200KHZ-500KHZ時(shí)為壓制的鐵淦氧磁芯薄片，在500KHZ-2MHZ時(shí)為銅箔制成;繞制電感線圈的漆包銅導(dǎo)線，當(dāng)使用環(huán)境溫度為-70℃-+100℃時(shí)用高強(qiáng)度漆包銅導(dǎo)線，-70℃-+300℃時(shí)用聚酰亞胺漆包銅導(dǎo)線。
5、電感應(yīng)變片在制造時(shí)預(yù)先調(diào)零，即將電感L1、L2的三根引出線與電測(cè)線路相連接，用手移動(dòng)連桿片(4)，使磁芯片處于電感線圈L1、L2的中心部分，此時(shí)儀表讀數(shù)為零，再將連桿片的終端彎曲端(8)用絕緣膠固定在絕緣基片薄膜(5)上。
6、電感應(yīng)變片(計(jì))的電測(cè)線路如圖4，它不同于傳統(tǒng)的電橋電路，它的線路簡(jiǎn)單，靈敏度較高，能接長(zhǎng)電纜。電纜(c)為雙芯屏蔽電纜;變壓器T1及T2的磁芯尺寸和初級(jí)、次級(jí)的匝數(shù)都分別相等，為升壓變壓器;T1及T2的初級(jí)與次級(jí)繞組都分別串接，它們的中心點(diǎn)接“⊥”，并與電纜的屏蔽層相連接;振蕩器的輸出變壓器T3的次級(jí)在(a)、(b)兩點(diǎn)與變壓器T1、T2的初級(jí)兩端并聯(lián)，經(jīng)電纜(c)供給電感線圈L1、L2的勵(lì)磁電壓;電纜兩端在所用的勵(lì)磁頻率下進(jìn)行阻抗匹配。磁芯片(1)偏離電感線圈L1、L2的中心位置時(shí)，在電感線圈L1、L2的兩端①、③產(chǎn)生電壓差值，此電壓差值與磁芯片的位移在一定范圍內(nèi)成線性關(guān)系;此電壓差值在變壓器T1、T2的次級(jí)端④、⑤取出，送至差動(dòng)放大或平衡對(duì)稱整流電路以供測(cè)量。電感線圈L1、L2的殘余(零點(diǎn))電壓由差動(dòng)放大(或?qū)ΨQ平衡整流)電路中的平衡電位器來(lái)調(diào)節(jié)及抵消。它的工作原理是由振蕩器的輸出變壓器T3供給電感應(yīng)變片L1、L2的勵(lì)磁電壓，當(dāng)磁芯片處于電感線圈(L1、L2)的中心部分時(shí)，L1與L2的端電壓彼此相等(U1＝U2)，由于放大器的輸入變壓器T1、T2初級(jí)與次級(jí)的匝數(shù)都分別相等，因此T1、T2次級(jí)輸出端④與⑤之間的電壓等于零。(U′1-U′2＝O)，儀表的讀數(shù)為零。如讀數(shù)不為零，則可調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器(或平衡對(duì)稱整流)中的電位器使儀表讀數(shù)為零。當(dāng)磁芯片向上端移動(dòng)時(shí)，磁芯偏離中心(零點(diǎn))位置+ΔL，則電感線圈L1的電感量增加，即它的阻抗增加，L1的兩端電壓U1增加(U′1亦隨之增加);而電感線圈L2的電感量減小，它的兩端電壓U2減小(U′2亦隨之減小)，則在電感線圈L1與L2的兩端〔(1)與(3)〕出現(xiàn)差值電壓ΔU(ΔU＝U1-U2)，因此在變壓器T1、T2的次級(jí)輸出端(4)與(5)出現(xiàn)差值電壓ΔU′(ΔU′＝U1′-U2′)此差值電壓與磁芯片的位移+ΔL在一定范圍內(nèi)成線性關(guān)系，于是將磁芯片的位移量轉(zhuǎn)換成電量，以供測(cè)量。在磁芯偏離中心(零點(diǎn))-ΔL時(shí)，同理，在T1、T2的次級(jí)亦有差值電壓ΔU′，它是交流，經(jīng)過(guò)差動(dòng)放大(或平衡對(duì)稱整流)、相敏解調(diào)和低通濾波，即可取出此位移(變形)訊號(hào)電壓，因?yàn)榻?jīng)過(guò)了相敏解調(diào)，因此能定出位移的“正”(+)及“負(fù)”(-)的方向。由于被測(cè)振動(dòng)頻率響應(yīng)的高端是取載頻的十分之一，當(dāng)勵(lì)磁頻率為100KHZ-2MHZ時(shí)，故電感應(yīng)變片的測(cè)振頻響為10KHZ-200KHZ。
由于電纜的波阻抗為50-200Ω，是低阻抗，因此對(duì)電感應(yīng)變片的絕緣電阻的要求不高，將電感線圈密封后即可在潮濕環(huán)境中使用。
本電感應(yīng)變片連接電纜的長(zhǎng)度可達(dá)500米。
7、本項(xiàng)電感應(yīng)變片比電阻應(yīng)變片的靈敏度要高150倍，例如電阻應(yīng)變片的放大器的放大倍數(shù)要15000倍，在相同靈敏度時(shí)，電感應(yīng)變片的放大倍數(shù)只需100倍，這樣就簡(jiǎn)化了電測(cè)放大器的線路，提高了穩(wěn)定性，降低了生產(chǎn)成本，提高了測(cè)量靈敏度。
本電感應(yīng)變片的量程范圍寬，連接導(dǎo)線長(zhǎng)，能防潮，靈敏度高，分辨力可達(dá)0.1με(微應(yīng)變)，量測(cè)的最大應(yīng)變值可達(dá)5×105με，比電阻應(yīng)變片要大;線性為0.1%-0.5%;動(dòng)態(tài)幅頻特性為DC-10KHZ，DC-200KHZ。上述性能都優(yōu)于電阻應(yīng)變片。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量靜態(tài)及動(dòng)態(tài)應(yīng)變的傳感器，本發(fā)明的特征是它由微形扁片形狀電感線圈L1、L2(見(jiàn)圖1中的(1))、扁筒形線圈骨架(2)、扁平狀單磁芯片(3)、扁平狀連桿片(4)、絕緣基片薄膜(5)構(gòu)成電感應(yīng)變片；電感線圈厚度0.4mm-1mm；扁筒形線圈骨架厚度0.3-0.6mm，用絕緣材料制成；扁平狀單磁芯片(3)，厚度為0.08-0.2mm，裝在絕緣材料制成的連桿片(4)的一端，放入扁筒形線圈骨架的空洞中，并能在扁筒形線圈骨架的空洞中自由移動(dòng)；電感線圈L1、L2均為單層，匝與匝之間緊靠平繞；磁芯片與電感線圈L1、L2的長(zhǎng)度的比例為0.3-0.7；扁筒形線圈骨架的彎曲終端(7)用絕緣膠粘牢固定在由聚酰亞胺制成的絕緣基片薄膜(5)的一端；連桿片的終點(diǎn)彎曲端(8)用絕緣膠粘牢固定在絕緣基片薄膜(5)的另一端；以致在件(7)與件(8)之間形成應(yīng)變(變形)測(cè)量用的基距L；電感線圈L1、L2的供電勵(lì)磁頻率為100KHZ-2MHZ。
2.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的電感應(yīng)變片，其特征為電感線圈L1、L2的匝數(shù)相等，用φ0.05-φ0.29mm。漆包銅線繞在扁筒形線圈骨架(2)上制成;在一般量測(cè)范圍匝數(shù)分別為20-200匝，在大量測(cè)范圍時(shí)分別為200-800匝;制成的電感應(yīng)變片，總厚度為0.6-1.2mm.，寬4mm.，長(zhǎng)6mm.，根據(jù)測(cè)量范圍可加寬及加長(zhǎng)。
3.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的電感應(yīng)變片，電感線圈L1、L2的纏繞方向相同，為串連，即L1的尾端與L2的始端相連接，共有三根引出線，見(jiàn)圖3，此三根引出線穿過(guò)絕緣薄膜(6)的三個(gè)孔洞引出到絕緣基片薄膜(5)的一端，并用絕緣膠粘牢固定在絕緣基片薄膜上;電感線圈繞成后，外層涂絕緣膠密封;用聚酰亞胺薄膜(6)將電感線圈覆蓋，此薄膜兩側(cè)用絕緣膠粘牢固定在絕緣基片薄膜(5)上。
4.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的電感應(yīng)變片，其特征為線圈骨架及連桿片均用絕緣材料聚酰亞胺制成;磁芯片的材料是，當(dāng)電感線圈的勵(lì)磁頻率為100KHZ-200KHZ時(shí)為玻莫合金片，在200KHZ-500KHZ時(shí)為壓制的鐵淦氧磁芯片，在500KHZ-2MHZ時(shí)為銅箔制成;繞制電感線圈的漆包銅導(dǎo)線，當(dāng)使用環(huán)境濕度為-70℃-+100℃時(shí)用高強(qiáng)度漆包銅導(dǎo)線，-70℃-+300℃時(shí)用聚酰亞胺漆包銅導(dǎo)線。
5.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的電感應(yīng)變片在制造時(shí)預(yù)先調(diào)零，即將電感L1、L2的三根引出線與電測(cè)線路相連接，用手移動(dòng)連桿片(4)，使磁芯片處于電感線圈L1、L2的中心部分，此時(shí)儀表讀數(shù)為零，再將連桿片的終點(diǎn)彎曲端(8)用絕緣膠固定在絕緣基片薄膜(5)上。
6.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所述的電感應(yīng)變片，電測(cè)線路如圖4。變壓器T1及T2的磁芯尺寸和初級(jí)、次級(jí)的匝數(shù)都分別相等，為升壓變壓器;T1及T2的初級(jí)與次級(jí)繞組都分別串接，它們的中心點(diǎn)接“⊥”，并與電纜的屏蔽層相連接;振蕩器的輸出變壓器T3的次級(jí)在(a)、(b)兩點(diǎn)與變壓器T1、T2的初級(jí)兩端點(diǎn)并聯(lián)，經(jīng)電纜(c)供給電感線圈L1L2的勵(lì)磁電壓;在所用的勵(lì)磁頻率下電纜兩端進(jìn)行阻抗匹配。
專利摘要
一種測(cè)量靜態(tài)及動(dòng)態(tài)應(yīng)變的電感應(yīng)變片，本發(fā)明特征是，兩個(gè)電感線圈為微形扁片形狀，用高強(qiáng)度漆包銅導(dǎo)線繞在扁筒形線圈骨架上制成；磁芯為扁平狀單片，裝在扁平狀連桿片的一端，放入線圈骨架的空洞中，能自由移動(dòng)；扁形線圈骨架的彎曲終端及連桿片的終點(diǎn)彎曲端分別固定在絕緣基片薄膜的兩端，形成應(yīng)變測(cè)量的基距L。它比傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變片的靈敏度高、所需的放大器的放大倍數(shù)小、穩(wěn)定性好、量程范圍大、抗干擾、頻響寬、連接電纜長(zhǎng)，能粘貼在金屬或非金屬試件上進(jìn)行測(cè)量。
文檔編號(hào)G01D5/12GK86107872SQ86107872
公開(kāi)日1988年9月7日 申請(qǐng)日期1986年11月15日
發(fā)明者李楚 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan