一種大量程電感調(diào)頻式位移測(cè)量裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大量程電感調(diào)頻式位移測(cè)量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電感調(diào)頻式位移傳感器是一種由電感式敏感元件、集成電路與諧振電容一起構(gòu)成LC振蕩電路，輸出頻率信號(hào)。當(dāng)磁芯在線圈中位移時(shí)，改變磁路磁阻和線圈電感，因而就改變了振蕩電路的輸出信號(hào)頻率。磁芯進(jìn)入螺旋線圈時(shí)，磁阻減少，電感增加，頻率下降，反之則反。只要磁芯材料、螺旋線圈結(jié)構(gòu)工藝、電容及電路選配得當(dāng)，則鐵芯在線圈內(nèi)移動(dòng)的一定范圍，其輸出信號(hào)頻率的變化，恰與移動(dòng)距離呈良好的線性關(guān)系?；谏鲜鲈韲?guó)內(nèi)外相關(guān)廠家開(kāi)發(fā)了一系列電感調(diào)頻式位移傳感器，在鐵路、公路、地鐵、橋梁、隧道、礦井、建筑、水利水壩等土木工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但現(xiàn)有電感調(diào)頻式位移傳感器存在如下缺點(diǎn):
[0003]現(xiàn)有電感調(diào)頻式位移傳感器加大量程的方法是通過(guò)增加金屬螺旋線圈長(zhǎng)度的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。且受線圈繞線工藝的限制，難以按傳感器測(cè)量精度要求的加工生產(chǎn)，另外金屬螺旋線圈增長(zhǎng)后，必然增大了生產(chǎn)成本，因此局限了采用電感調(diào)頻式原理的位移傳感器量程不能太大。
[0004]目前，電感調(diào)頻式位移傳感器已廣泛應(yīng)用于土木工程、地質(zhì)災(zāi)害和工業(yè)等領(lǐng)域，但現(xiàn)有的電感調(diào)頻式位移傳感器測(cè)量量程有限，最大量程一般不超過(guò)500_。對(duì)于高填方工程、采空區(qū)和塌陷沉降、滑坡位移等具有較大位移變形測(cè)量要求的情況，現(xiàn)有電感調(diào)頻式位移傳感器的量程難以滿(mǎn)足工程監(jiān)測(cè)需求。如通過(guò)多支串聯(lián)的方法來(lái)增大量程，不但增加了現(xiàn)場(chǎng)安裝、埋設(shè)和測(cè)試難度，還會(huì)增加成本。
[0005]經(jīng)檢索，公開(kāi)號(hào)為203587040U的一種防水頂針式位移傳感器，米用可以自由伸縮的加長(zhǎng)測(cè)桿，實(shí)現(xiàn)了傳感器的另一種安裝固定方式，該專(zhuān)利未對(duì)電感調(diào)頻式位移傳感器測(cè)桿部分和螺旋線圈部分進(jìn)行改進(jìn)，且沒(méi)有解決傳感器量程較小的技術(shù)問(wèn)題。
[0006]因此，有必要設(shè)計(jì)一種大量程電感調(diào)頻式位移測(cè)量裝置及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種大量程電感調(diào)頻式位移測(cè)量裝置及方法，該大量程電感調(diào)頻式位移測(cè)量裝置及方法通過(guò)多段式測(cè)桿和延長(zhǎng)的管體在保障精度的同時(shí)能實(shí)現(xiàn)量程的增大，易于實(shí)施。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]一種大量程電感調(diào)頻式位移測(cè)量裝置，包括殼體(111)、螺旋線圈(112)、測(cè)桿、管體以及數(shù)據(jù)處理模塊；螺旋線圈和管體均位于殼體內(nèi)，且螺旋線圈套裝在管體上；數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)置在殼體上；測(cè)桿能伸入到所述的管體中；
[0010]管體和測(cè)桿的長(zhǎng)度均大于螺紋線圈的長(zhǎng)度，螺旋線圈套裝在管體的后段；管體的前段為未套裝螺旋線圈的區(qū)段；
[0011]測(cè)桿上的前端部由η段磁芯對(duì)接而成；η為整數(shù)，且η彡2 ;且第i段磁芯的磁導(dǎo)率(單位是亨利每米(H/m))為第i+1段磁芯的磁導(dǎo)率的k倍；i = 1,2,…，n-1 ;k為磁導(dǎo)率倍率，取值為1.5到2倍之間；
[0012]每段磁芯的長(zhǎng)度均小于螺旋線圈長(zhǎng)度，確保單節(jié)磁芯在伸縮過(guò)程中不會(huì)兩端都伸出螺旋線圈。
[0013]管體由前段加長(zhǎng)管(102)和后段繞線管(110)兩段對(duì)接組成，管體的長(zhǎng)度不小于測(cè)桿的長(zhǎng)度，后段繞線管上套裝螺旋線圈，且固定封裝在殼體內(nèi)。管體由兩段對(duì)接的好處是:后段繞線管可以批量精密加工生產(chǎn)，前段管體長(zhǎng)度可以根據(jù)量程需求確定長(zhǎng)度，成本很低，直接通過(guò)焊接或螺紋對(duì)接的方式與后段繞線管對(duì)接；組合后管體是一個(gè)根整管。管體也可以是整體上一根，即不是由兩段對(duì)接而成。
[0014]殼體為圓筒形，殼體的前端設(shè)有靜錨固頭(101);測(cè)桿的后端設(shè)有活動(dòng)錨固頭(116)。
[0015]螺旋線圈的兩端與殼體之間均設(shè)有主堵頭(103);數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)置在方形外殼中；方形外殼的一端設(shè)有數(shù)據(jù)處理模塊堵頭(108);數(shù)據(jù)處理模塊電纜線從該數(shù)據(jù)處理模塊堵頭處引出。
[0016]所述的主堵頭處設(shè)有O型密封圈(113);殼體和方形外殼內(nèi)部灌膠密封。
[0017]數(shù)據(jù)處理模塊包括微處理器(105)、串行存儲(chǔ)芯片(106)和溫度傳感器(107);所述的溫度傳感器和串行存儲(chǔ)芯片均與微處理器相連。
[0018]η = 2 ;測(cè)桿上的前端部由第一磁芯(114)和第二磁芯(115)對(duì)接而成，第一磁芯的磁性強(qiáng)度為第二磁芯的磁性強(qiáng)度的2倍；單段磁芯長(zhǎng)度小于螺旋線圈長(zhǎng)度20mm。
[0019]一種大量程電感調(diào)頻式位移測(cè)量方法，在殼體內(nèi)設(shè)置螺旋線圈和管體，管體總長(zhǎng)和測(cè)桿總長(zhǎng)均大于螺旋線圈的長(zhǎng)度，單節(jié)磁芯長(zhǎng)度小于螺旋線圈的長(zhǎng)度。螺旋線圈套裝在管體的后段；管體的前段為未套裝螺旋線圈的區(qū)段；
[0020]測(cè)桿上的前端部由η段磁芯對(duì)接而成；η為整數(shù)，且η彡2 ;且第i段磁芯的磁性強(qiáng)度大于第i+Ι段磁芯的磁性強(qiáng)度= 1，2，…，η-1 ;
[0021]測(cè)桿能伸入到所述的管體中并能從螺紋線圈穿出以擴(kuò)展測(cè)桿的有效行程；
[0022]測(cè)桿在管體中位移造成螺紋線圈的電感值變化，從而引起振蕩電路的輸出信號(hào)的頻率變化，頻率值與位移值存在--對(duì)應(yīng)的關(guān)系，由此數(shù)據(jù)處理模塊通過(guò)振蕩電路的輸出信號(hào)頻率以確定測(cè)桿在管體中的位置。
[0023]測(cè)桿長(zhǎng)度大于螺旋線圈長(zhǎng)度，使用既有成熟技術(shù)長(zhǎng)度的螺旋線圈，來(lái)實(shí)現(xiàn)量程的增加，不改變電感調(diào)頻式位移測(cè)量裝置的精度，又大大節(jié)約成本。
[0024]數(shù)據(jù)處理模塊中還集成溫度傳感器，通過(guò)溫度測(cè)量完成測(cè)量值的溫度補(bǔ)償。
[0025]η = 2 ;測(cè)桿上的前端部由第一磁芯(114)和第二磁芯(115)對(duì)接而成，第一磁芯的磁性強(qiáng)度為第二磁芯的磁性強(qiáng)度的2倍；
[0026]并采取多項(xiàng)防水措施:
[0027]螺旋線圈的兩端與殼體之間均設(shè)有主堵頭(103);數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)置在方形外殼中；方形外殼的一端設(shè)有數(shù)據(jù)處理模塊堵頭(110);數(shù)據(jù)處理模塊電纜線從該數(shù)據(jù)處理模塊堵頭處引出；
[0028]所述的主堵頭處設(shè)有O型密封圈(113);殼體和方形外殼內(nèi)部灌膠密封；單段磁芯長(zhǎng)度小于螺旋線圈長(zhǎng)度20mm。
[0029]有益效果:
[0030]本發(fā)明的大量程電感調(diào)頻式位移測(cè)量裝置中，當(dāng)若干段不同磁性的磁芯進(jìn)入并穿過(guò)螺旋線圈時(shí)，線圈電感量不同，頻率亦不同，反之則反。其輸出頻率的變化，恰與分段移動(dòng)距離呈線性關(guān)系，而且處理電路可以對(duì)線性關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定記錄和線性插值換算，本發(fā)明具有以下突出的技術(shù)效果:
[0031](I)量程顯著增大。
[0032]本發(fā)明通過(guò)多段磁芯式測(cè)桿和延長(zhǎng)的管體(即管體的長(zhǎng)度大于螺旋線圈的長(zhǎng)度)在保障精度的同時(shí)能實(shí)現(xiàn)量程的增大，構(gòu)思巧妙。由于多段磁芯通過(guò)螺旋線圈時(shí)，位移與頻率保持了單調(diào)線性關(guān)系。
[0033](2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)施。
[0034]與現(xiàn)有的電感調(diào)頻式位移測(cè)量裝置相比，本發(fā)明的大量程電感調(diào)頻式位移測(cè)量裝置的管體采用兩段對(duì)接，其優(yōu)點(diǎn)是:后段繞線管可采用現(xiàn)有成熟的工藝精密加工批量生產(chǎn)，前段管體長(zhǎng)度可以根據(jù)量程需求確定，直接通過(guò)焊接或螺紋對(duì)接的方式與后段繞線管對(duì)接組合后形成一整體結(jié)構(gòu)，從而可在一定程度上降低前段管體加工難度和精度要求，且降低生廣成本，提尚組裝效率。
[0035](3)易于擴(kuò)展，能顯著增加測(cè)量量程。
[0036]本發(fā)明一般測(cè)桿采用兩段或三段磁芯對(duì)接，利用既有穩(wěn)定成熟的螺旋線圈成熟工藝，既可滿(mǎn)足傳感器量程在500mm以上，精度也可以達(dá)到螺旋線圈長(zhǎng)度的±0.1%F.S級(jí)別。通過(guò)加大磁芯的對(duì)接數(shù)量，還可進(jìn)一步增加量程。
[0037](4)防水性能好。
[0038]本發(fā)明的防水結(jié)構(gòu)由堵頭，密封圈等部件組成，并采用灌膠密封工藝，在主堵頭處設(shè)有O型密封圈；殼體和方形外殼內(nèi)部灌膠密封，使得這種電感調(diào)頻式位移傳感器具備IP68等級(jí)耐水壓性能。
[0039]綜上所述，本發(fā)明在原有金屬螺旋線圈成熟工藝技術(shù)下，延長(zhǎng)磁芯運(yùn)動(dòng)空間和分段加長(zhǎng)不同磁性磁芯，數(shù)據(jù)線從側(cè)邊引出，其測(cè)量量程大幅提高，測(cè)量精度達(dá)到毫米級(jí)別，可保證長(zhǎng)期穩(wěn)定性，且該傳感器具有良好的防水性能。在高填方地基處理、軟土地基、地表塌陷、港口堤防等大量程沉降變形測(cè)量方面以及土土工程領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。
[0040]本發(fā)明的大量程電感調(diào)頻式位移測(cè)量裝置，使用既有工藝成熟穩(wěn)定的金屬螺旋線圈，通過(guò)多段式測(cè)桿接續(xù)測(cè)量的方式，在保障精度的同時(shí)能增大量程，成本低且易于實(shí)施，克服了單純靠增加金屬螺旋線圈長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)量程增加的技術(shù)缺陷，可廣泛應(yīng)用于土木工程、地質(zhì)災(zāi)害和工業(yè)等領(lǐng)域的大量程位移變形監(jiān)測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0041]圖1為大量程電感調(diào)頻式位移測(cè)量裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖2為大量程電感調(diào)頻式位移測(cè)量裝置的螺旋線圈段的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖3為2段式測(cè)桿通過(guò)螺旋線圈的示意圖。
[0044]圖4為2段式測(cè)桿通過(guò)螺旋線圈的過(guò)程中頻率與位移曲線；
[0045]圖5為電感調(diào)頻式位移測(cè)量裝置的內(nèi)部電路原理框圖。
[0046]標(biāo)號(hào)說(shuō)明:101-靜銷(xiāo)固頭；102_前段加長(zhǎng)管；103_主堵頭，104-長(zhǎng)方形外殼，105-微處理器，106-串行存儲(chǔ)芯片，107-溫度傳感器，108-數(shù)據(jù)處理模塊堵頭，109-電纜線，110-后段繞線管，111-殼體；112-螺旋線圈，113-0型密封圈，，114-第一磁芯，115-第—■磁心；116_活動(dòng)銷(xiāo)固