专利名称：一种电感式物理量传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电感式的角位移、线位移、角速度、加速度、高度、倾角、流速、液位等物理量传感器，更具体地说是将电感线圈口面和导电体的有效导电面近距离平行设置，其相互重叠部分的面积发生变化引起上述线圈的电感量变化，将上述线圈的电感量变化转换成和被测物理量变化成线性关系的电信号而输出的物理量传感器。
背景技术：
典型的现有电感方式物理量传感器中，如图9所示，是在中国实用新型专利申请号98212895.9的专利文件中公开的一种角度传感器；如图10所示，是在中国实用新型专利申请号98212193.8的专利文件中公开的一种位移传感器。图9所示的传感器是将被测物理量转换成转轴73的旋转角度，转轴73的旋转通过连杆74带动铁芯72旋转，铁芯72在电感线圈71里的体积的变化使线圈的电感量发生变化。在有效测量范围内，转轴73的旋转角度和电感变化量的关系要求是线性的。图10所示的传感器是将被测物理量转换成铁芯76的线位移，铁芯76在电感线圈75里的体积的变化使线圈的电感量发生变化。在有效测量范围内，电感线圈75的线位移量和电感变化量的关系要求是线性的。
以上这种现有的传感器，由于变形铁芯是以垂直于电感线圈口面的角度接近并进入和穿过电感线圈而使线圈的电感量发生变化，所以既要求电感线圈有较大的口面面积以保证变形铁芯不接触电感线圈而穿过电感线圈口面，又要求在垂直于电感线圈口面方向上保证铁芯的移动空间。所以这种传感器有体积较大的缺点。并且由于进入电感线圈内部的铁芯部分和电感线圈口面附近的铁芯部分都对电感线圈的电感量有很大影响，所以要设计线性精度要求高的传感器时，不容易调整铁芯的形状参数，难度很大。
发明内容
本实用新型的目的是克服了现有电感方式物理量传感器的上述缺点，提供一种体积小，线性精度高的电感式物理量传感器。
实现本实用新型目的的技术方案是一种电感式物理量传感器，包括电感线圈、塑料树脂框架、导电体、轴和电路单元，其中电感线圈围成的闭合的曲面领域称为电感线圈口面，导电体影响电感线圈电感量的部分称为有效导电面，其特征是电感线圈的口面的法线和电感线圈接通交流电流时形成的磁场磁力线同方向；塑料树脂框架用来固定所述电感线圈的形状；导电体的有效导电面和所述电感线圈口面近距离平行配置；轴和所述导电体固定成一体，轴的运动使所述导电体的有效导电面一边与所述电感线圈口面的垂直距离保持不变，一边沿所述电感线圈口面平行方向发生相对移动，使其相互重叠部分的面积发生变化，上述面积的变化引起所述电感线圈的电感量变化；电路单元，将电感的变化量转变成和轴的运动量成比例的电信号，并转换成待测的物理量输出。
其中电感线圈的形状为配置在平面上的长方形；也可以为配置在圆筒曲面上的长方形。
其中电感线圈可根据用途需要设计其口面的形状。
其中导电体可根据用途需要设计其有效导电面的曲面形状。
本实用新型所述的电感式物理量传感器通过导电体的有效导电面以平行于电感线圈口面的移动来影响线圈电感量的变化，而不要求传感器在垂直于电感线圈口面方向保留导电体的移动空间。并且因为只有和电感线圈口面平行的导电体的有效导电面影响线圈的电感量，可以明显地提高传感器的线性精度。
图1所示是本实用新型第一种基本构造的基本动作原理和方法示意图。
图2所示是本实用新型第二种基本构造的基本动作原理和方法示意图。
图3所示是图1和图2所示的本实用新型的基本构造所具有的电感线圈口面和导电体有效导电面相对重叠部分面积和电感量间的高精度线性关系曲线图。
图4所示是本实用新型优选实施例的角度传感器的剖面图。
图5所示是图4所示的角度传感器的电感线圈和导电体部分的分解透视图。
图6所示是图5所示的角度传感器的电感线圈口面和导电体有效导电面部分的等价平面展开图。
图7所示是图6所示等价平面展开图对应的位移一电感量关系图。
图8所示是角度传感器的输出特性曲线和直线性。
图9和图10所示是现有电感式物理量传感器的基本构造图。
具体实施方式
下面将参考附图以角度物理量传感器作为实施例，对本实用新型的要素和特性作详细说明。其优点更加清楚明了。尽管实施例只是一种角度传感器，但这仅为例子，本实用新型的范围不局限于此。
图1表示了本实用新型的基本动作原理和方法。图1显示了将电感线圈11的口面设计成平面，导电体12的有效导电面也设计为平面，电感线圈11的口面和导电体12的有效导电面相互平行，其平面相对重叠部分13是影响线圈电感量的最主要部分。图2显示了将电感线圈11的口面设计成曲面形状，导电体12的有效导电面也设计为同样的曲面形状。电感线圈11的口面各点的法线与对应的导电体12的有效导电面各点的法线相互平行，电感线圈11的口面各点的切线与对应的导电体12的有效导电面各点的切线相互平行，其曲面相对重叠部分16是影响线圈电感量的最主要部分。电感线圈口面和导电体有效导电面间的距离是固定的。根据具体设计中加给电感线圈的电流频率，在0.5mm-3mm之间进行最佳选择。电感线圈口面和导电体有效导电面间位置的相对变化，如图1、图2所示，只允许沿OK箭头所表示的与电感线圈口面的平行方向移动，不允许沿NO箭头所表示的与电感线圈口面的垂直方向移动。所以电感线圈口面和导电体有效导电面间的距离保持不变。
图3表明了采用上述构造时，电感线圈口面和导电体有效导电面的相对重叠部分的面积和电感量间有着高精度的线性关系。
图4所示是本实用新型优选实施例的角度传感器的剖面图。表示了角度传感器的基本构造和部件。基本部件由电感线圈11a和11b；塑料树脂框架14；导电体12；和导电体12固定成一体化的转轴15；被固定在塑料树脂框架14底部的处理电路PCB圆板17；角度传感器的外壳18和角度传感器的封盖19组成。塑料树脂框架14中用来固定电感线圈及其形状的部分为圆筒型。导电体中的有效导电面部分为半圆筒形。塑料树脂框架14和导电体12共同以转轴15为轴心。导电体12随转轴15转动而同步旋转。
图5所示是图4所示的角度传感器实施例的电感线圈和导电体部分的分解透视图。图5中电感线圈11a和11b被配置贴在塑料树脂框架14圆筒外側面上，电感线圈11a和11b形状和尺寸完全相同，在轴方向上呈直线形，在轴垂直面上呈半圆形，各占塑料树脂框架14圆筒外側面的一半。设置电感线圈11a和11b最外端距轴心的距离为R，设置导电体12中的有效导电面部分的半圆筒内侧面半径略大于R。
为了更清楚地说明本实用新型实施例的特点，将图5所示的导电体12中的半圆筒形导电面部分和被配置贴在塑料树脂框架14圆筒外側面上的电感线圈11a和11b的电感量之间的对应关系等价为图6所展开的平面导电面12和平面配置的电感线圈11a和11b的电感量之间的对应关系。电感线圈11a和11b的形状是各横边长为πR的长方形。图6所示的O’点、O”和图5的O’点、O”对应，图6所示的O点和图5所示的O点对应。图5所示导电体12的P点从塑料树脂框架14的O’点开始，按顺时针旋转经过塑料树脂框架14的O点回到O’点的动作，与图6所示的平面导电面的P点从电感线圈11b的O’点开始向右移动，经过电感线圈11b，11a的接点O到达11a的O”点的动作对应。从图6中可以看出由于平面导电面12和平面配置的电感线圈11a，11b的重叠部分也为长方形，而其长方形的纵边保持不变，所以平面导电面12和平面配置的电感线圈11a，11b的各重叠部分面积和电感线圈11a，11b的电感量变化的线性关系也是其重叠部分的长方形横边和电感线圈11a，11b的电感量变化的线性关系。
图7所示是图6所示等价平面展开图的位移一电感量关系图。由于图6所示等价平面展开图中电感线圈11a，11b长方形的横边位置和图5中转轴15的角位移是一一对应的线性关系，图7所示也是图5所示角度传感器的角位移—电感量关系图。图7也表明实施例的结构在180度范围内，传感器的角位移和电感量呈现单一的线性关系。
图8给出了实施例的角度传感器的实测输出特性曲线和直线性。很清楚地表明了利用本实用新型所设计的物理量传感器可以得到高精度的直线性。
而且线圈口面可以设计为非平面，提供给传感器机构设计更大的自由度。
权利要求1.一种电感式物理量传感器，包括电感线圈(11)、塑料树脂框架(14)、导电体(12)、轴(15)和电路单元，其中电感线圈围成的闭合的曲面领域称为电感线圈口面，导电体影响电感线圈电感量的部分称为有效导电面，其特征是电感线圈(11)的口面的法线和电感线圈接通交流电流时形成的磁场磁力线同方向；塑料树脂框架(14)用来固定所述电感线圈(11)的形状；导电体(12)的有效导电面和所述电感线圈口面近距离平行配置；轴(15)和所述导电体(12)固定成一体，轴(15)的运动使所述导电体(12)的有效导电面一边与所述电感线圈(11)口面的垂直距离保持不变，一边沿所述电感线圈(11)口面平行方向发生相对移动，使其相互重叠部分的面积发生变化，上述面积的变化引起所述电感线圈(11)的电感量变化；电路单元将电感的变化量转变成和轴的运动量成比例的电信号，并转换成待测的物理量输出。
2.根据权利要求1所述的电感式物理量传感器，其中电感线圈(11)形状为配置在平面上的长方形。
3.根据权利要求1所述的电感式物理量传感器，其中电感线圈(11)形状为配置在圆筒曲面上的长方形。
专利摘要一种电感式物理量传感器，包括电感线圈和引起电感线圈的电感量发生变化的导电体，其中线圈围成的闭合电感线圈口面可以为非平面，导电体设有有效导电面。此有效导电面和电感线圈口面近距离平行配置，彼此之间垂直方向距离保持不变，平行方向发生相对移动，使其相互重叠部分的面积发生变化，而引起线圈的电感量变化。本实用新型的优点是体积小，可以明显地提高传感器的线性精度。
文档编号G01D5/12GK2831048SQ20052007901
公开日2006年10月25日 申请日期2005年7月5日 优先权日2005年7月5日
发明者程倍勇 申请人:程倍勇