[发明专利]一种适用于强电磁场干扰的电涡流位移传感探头及电桥电路

说明书

本发明公开了一种适用于强电磁场干扰的电涡流位移传感探头及电桥电路设计，传感探头由探测线圈、石英垫片和平衡线圈构成，利用探测线圈和平衡线圈与目标导体的垂直距离差异，使两个线圈的特性参量变化对目标导体距离变化的灵敏度形成差异，利用探测线圈和平衡线圈的空间位置接近，使环境强电磁场干扰在两个线圈上形成的感应电动势接近，电桥电路由激励信号源、平衡电桥、高通滤波器和仪用放大器构成，利用平衡电桥抵消环境强电磁场干扰形成的感应电动势，利用高通滤波器进一步衰减在两个线圈上感应电动势的差值。本发明设计摈弃传统的电磁屏蔽方式，适合于在大型电机、开关设备等强电磁场干扰环境下实现高分辨率的位移及振动测量。

技术领域

本发明涉及位移及振动测量设备领域，具体是一种适用于强电磁场干扰的电 涡流位移传感探头及电桥电路。

背景技术

随着超精密加工制造技术的发展，对位移传感器的要求越来越高，测量精度 已经从微米量级提升到了纳米量级，非接触式传感器也逐渐成为工业应用的主 流。非接触式位移传感器主要包括电容式、感应式、电涡流式以及光学位移传感 器，其中电涡流位移传感器具有灵敏度高、可靠性好、成本低等诸多优点，广泛 应用于超精密加工制造的工业现场。

电涡流位移传感器的基本原理是电磁感应，利用探测线圈产生的高频电磁场 在目标导体表面形成的电涡流效应实现位移测量，因此，工业环境中大型电机、 开关设备存在的强电磁场干扰也极有可能耦合到探测线圈上并对位移测量产生 影响。目前，电涡流位移传感器在工业环境中主要采用电磁屏蔽的方法避免强电 磁场干扰的影响，即在传感器探头外部安装电磁屏蔽材料制作的外壳。不同频段 的电磁场一般需要不同物理特性的屏蔽材料，高频电磁场往往采用低电阻率的金 属材料屏蔽，低频电磁场往往采用高导磁率的导磁材料屏蔽，且屏蔽外壳越厚、 结构越复杂，对外界电磁场的屏蔽效果越好。在某些场合下，如要求传感探头对 环境中的高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果，这就需要采用不同屏蔽材料 组成的多层屏蔽体，同时对屏蔽体之间的连接方式还有一定的要求。

传统的电磁屏蔽技术不仅结构复杂，大大增加传感探头的尺寸和重量，而且 屏蔽层的存在还有可能严重降低传感器的灵敏度，导致安装空间、测量精度难以 满足工业现场的实际应用需求。因此，摒弃传统的屏蔽方法设计一种适用于强电 磁场干扰的电涡流位移传感器对于提升该类传感器在复杂环境中的综合应用能 力具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种适应于强电磁场干扰的电涡流位移传感探头及电 桥电路，以解决采用传统的电磁屏蔽技术消除强电磁场干扰存在的诸多问题，在 不增加传感探头和电桥电路设计复杂度和制作成本的前提下，提高电涡流位移传 感器在复杂工业环境中的综合应用能力。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种适用于强电磁场干扰的电涡流位移传感探头，其特征在于：包括有探测 线圈、平衡线圈、石英垫片、石英管座、石英薄管，探测线圈平行设置于目标导 体的下部，平衡线圈通过石英垫片平行设置于探测线圈的下部，探测线圈与平衡 线圈具有相同的绕向、线径和匝数，探测线圈和平衡线圈的外圈引线相连并通过 屏蔽电缆内的一根导线引出，探测线圈和平衡线圈的内圈引线分别通过屏蔽电缆 内的另外两根导线引出；探测线圈和平衡线圈之间的垂直距离为探测线圈和目标 导体之间的垂直距离的2～5倍；石英管座平行设置于平衡线圈的下部，屏蔽电 缆通过石英管座的内部向下引出，探测线圈、石英垫片、平衡线圈和石英管座之 间通过环氧胶水粘结，并通过石英薄管整体封装构成传感探头。