[发明专利]具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器的技术，具体涉及的是一种具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器的技术。

背景技术

磁致伸缩位移传感器是利用磁致伸缩材料的威德曼(Wiedeman)效应和威拉里(Villary)效应实现绝对位移的测量，它具有量程大、非接触、精度高、速度快、防护等级高、成本低等卓越特性，因而广泛应用于机械、建筑、机床等行业。

由于这种传感器是依靠电磁信号工作的，同时其直接测量量的感应信号的时候时间，所以在使用时会受到空间电磁场(包括移动磁铁组件)的电磁干扰的影响，导致测量线圈中引入各种不同规律的干扰信号(即电磁噪声)，从而直接降低传感器的精度。因此，降低噪声是磁致伸缩位移传感器必须解决的问题。

目前大多数技术是采用电路处理技术来减小噪声影响，提高测量精度和稳定性的。申请号200710063721.7的发明专利申请公开了一种磁致伸缩式位移传感器电路方案(公开日为2007年9月19日)，其中对磁致伸缩传感器的测量电路进行改进，提高传感器抗干扰能力。申请号200910272923.1的发明专利申请公开了一种磁致伸缩导波单方向检测方法(公开日为2010年5月19日)，其中对磁致伸缩传感器的激励方式进行了改进，达到提高精度的目的。申请号200880120636.2的发明专利申请公开了一种开关电源噪声受抑制的磁致伸缩位移换能器(公开日为2010年11月24日)，其中对磁致伸缩传感器开关电源的噪声进行抑制，已达到提高抗电源噪声干扰的目的。

由于这类方法是在后端的信号处理不仅进行改进，并没有从信号源头着手提高信噪比，因而降低噪声的效果大大削弱。而且电路变得很复杂，调整困难，很难进一步提高精度。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提出一种具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器新原理和结构，抗干扰性能好、信噪比高。

为了实现上述目的，本发明所提出的具有补偿功能的磁致伸缩位移传感器由磁铁组件和传感器本体两个部分组成。所述的磁铁组件活动于传感器本体外侧，保留一个固定的距离，并能沿传感器本体外壳的轴向方向移动。

所述的传感器本体内设有骨架、信号发生组件、测量电路、固定块以及外壳，所述的骨架和测量电路固定于插座上，固定块置于外壳内的远端，而信号发生组件固定于骨架上。所述的骨架上设有两个轴线相互平行的内孔，分别用于安装测量组件和补偿组件。

所述信号发生组件有两个，分别称为测量组件和补偿组件。测量组件包括测量波导丝、测量线圈，补偿组件包括补偿波导丝和补偿线圈，测量线圈与补偿线圈的参数完全相同，测量波导丝与补偿波导丝长度不同，其他参数完全相同。

所述测量波导丝和补偿波导丝的两端中，靠近线圈的一端称为近端，另一端称为远端。测量波导丝的近端安装于所述骨架一个内孔中，近端经过激励导线电气连接测量电路，测量波导丝的远端安装于固定块上，并经过返回导线连接到测量电路中。补偿波导丝的近端安装于骨架的另一内孔中，补偿波导丝的远端悬空。

本发明的测量波导丝具有足够的长度，按照传感器的测量量程来确定，具体长度应大于量程，并留有一定余量。具体余量大小可根据实验测定后确定。而补偿波导丝的长度可以等于骨架的长度。两根波导丝的轴线相互平行。

本发明的测量线圈和补偿线圈分别同轴绕设于骨架上与本组件相对应的内孔的外周，两个线圈直接通过连接导线直接相连，两个线圈的另一端并通过测量导线以反向串联形式接入测量电路。

进一步的，所述的测量波导丝的外周均套有保护套管，保护套管的一端与骨架固接，另一端与固定块固接。

进一步的，所述的外壳的外壁装有插座，所述插座电气连接测量电路。

本发明实施例工作时，由测量电路产生的激励脉冲通过激励导线加载到测量波导丝上，从而产生一个垂直于测量波导丝轴线的环形磁场。该环形磁场以光速沿测量波导丝的轴向传递，当该环形磁场到达磁铁组件所在位置时，与磁铁组件产生的固有磁场相遇，二者的磁场矢量相叠加形成一个螺旋磁场，由此产生瞬时扭力，并在测量波导丝上形成一个机械扭力波。该扭力波以超声速度沿测量波导丝传递，在测量波导丝的近端该扭力波由测量线圈拾取后，转换为对应的感应脉冲。测量电路通过测量出激励脉冲与扭力波返回产生的感应脉冲之间的时间差，就可以精确地计算出磁铁组件与测量线圈之间的绝对距离，从而可以实现定位磁铁组件的绝对位移大小的测量。