专利名称:电感应变片的制作方法
本发明系非电量电测技术领域：
中一种测量应变的传感器-电感应变片。
目前国内外应变片均为电阻式，称为电阻应变片。它的缺点有灵敏度低，需要有放大倍数很大的放大器，二次仪表的成本高，再者由于放大倍数高，也就带来了二次仪表稳定性的困难;应变的量程范围较小，对变形很大的试件(例如沥青砖)不能测量;要求电阻丝对连接电缆外皮的绝缘电阻很高，在100MΩ以上，因此不适宜在潮湿环境中使用，用途受到限制;连接的电缆较短，一般为10米左右，在100米以上时易受50周工频电干扰，不稳定，影响使用;供给应变片的交流供电(载波)频率不高，一般在10KHZ左右，被测振动的频响不宽;由于电阻片的灵敏度很低及要求电阻片的绝缘电阻要很高，因此要将电阻片紧密牢靠地粘贴在试件上，要求受过专门技术训练的人员粘贴，以保证电阻应变计的灵敏度和绝缘电阻，使用不方便。
经查阅专利、技术资料及产品目录，参观了1986年4月在北京举行的多国仪器展览会，目前国内外都是电阻应变片，没有电感应变片。
目前电阻应变片的改进型是将电阻片事先粘贴在金属基片上并用金属薄膜密封，总厚度2mm.，用特制的铬铁将电阻应变片的金属基片焊接在被测的金属试件上，例如美国EATON公司的产品。
本发明提供了一种微型结构电感应变片，它的灵敏度高、所需的放大器的放大倍数较小、量程范围大、稳定性好、频响宽、连接电缆长、抗50周工频电干扰及使用方便，用作静态及动态应变测量。
实现本发明所提供的电感应变片的结构实施例见图1。
1、本电感应变片由微形扁平形状电感线圈L1、L2(见图1中的(1))、扁筒形线圈骨架(2)、扁平状单磁芯片(3)、扁平状连杆片(4)、绝缘基片薄膜(5)构成;电感线圈厚度0.4mm.-1mm.;扁平状单磁芯片(3)，厚度为0.08-0.2mm.，装在绝缘材料制成的连杆片(4)的一端，放入扁筒形线圈骨架的空洞中，并能在扁筒形线圈骨架的空洞中自由移动;电感线圈L1、L2均为单层，匝与匝之间紧靠平绕;磁芯片与电感线圈L1、L2的长度的比例为0.3-0.7;扁筒形线圈骨架的弯曲终端(7)用绝缘胶粘牢固定在由聚酰亚胺制成的绝缘基片薄膜(5)的一端;连杆片的终端弯曲端(8)用绝缘胶粘牢固定在绝缘基片薄膜(5)的另一端，以致在件(7)与件(8)之间形成应变(变形)测量用的基距L;当电感应变片粘贴在被测物上产生变形±ΔL时，则基距产生变形±ΔL，磁芯片对两个线圈的中心位置(零点)也随之产生ΔL的偏移，应变ε由下式表示±ε＝ (±ΔL)/(L)
经过电测线路即可得到应变ε的大小及正、负方向;用聚酰亚胺薄膜(6)将电感线圈覆盖，此薄膜两侧用绝缘胶粘牢固定在绝缘基片(5)上;图2、(a)为图1中的A-A剖面图，图2、(B)为图1中的B-B剖面图;电感线圈L1.L2的供电励磁频率为100KHZ-2MHZ.它能粘贴在被测物(金属或非金属)上测量应变。
2、电感线圈L1、L2的匝数相等，用φ0.05-φ0.29mm.漆包铜导线绕在扁筒形线圈骨架(2)上制成;在一般量测范围匝数分别为20-200匝，在大量测范围时分别为200-800匝;制成的电感应变片，总厚度为0.6-1.2mm.，宽4mm.，长6mm.(根据测量范围可加宽及加长)。
3、电感线圈L1、L2的缠绕方向相同，为串接，即L1的尾端与L2的始端相连接，共有三根引出线①、②、③，见图3，此三根引出线穿过绝缘薄膜(6)的三个孔洞引出到绝缘基片薄膜(5)的一端，并用绝缘胶粘牢固定在绝缘基片薄膜上;电感线圈绕成后，外层涂绝缘胶密封;用聚酰亚胺薄膜(6)将电感线圈覆盖，此薄膜两侧用绝缘胶粘牢固定在绝缘基片薄膜(5)上。
4、线圈骨架及连杆片均用绝缘材料聚酰亚胺制成;磁芯片的材料是，当电感线圈的励磁频率为100KHZ-200KHZ时为玻莫合金薄片，在200KHZ-500KHZ时为压制的铁淦氧磁芯薄片，在500KHZ-2MHZ时为铜箔制成;绕制电感线圈的漆包铜导线，当使用环境温度为-70℃-+100℃时用高强度漆包铜导线，-70℃-+300℃时用聚酰亚胺漆包铜导线。
5、电感应变片在制造时预先调零，即将电感L1、L2的三根引出线与电测线路相连接，用手移动连杆片(4)，使磁芯片处于电感线圈L1、L2的中心部分，此时仪表读数为零，再将连杆片的终端弯曲端(8)用绝缘胶固定在绝缘基片薄膜(5)上。
6、电感应变片(计)的电测线路如图4，它不同于传统的电桥电路，它的线路简单，灵敏度较高，能接长电缆。电缆(c)为双芯屏蔽电缆;变压器T1及T2的磁芯尺寸和初级、次级的匝数都分别相等，为升压变压器;T1及T2的初级与次级绕组都分别串接，它们的中心点接“⊥”，并与电缆的屏蔽层相连接;振荡器的输出变压器T3的次级在(a)、(b)两点与变压器T1、T2的初级两端并联，经电缆(c)供给电感线圈L1、L2的励磁电压;电缆两端在所用的励磁频率下进行阻抗匹配。磁芯片(1)偏离电感线圈L1、L2的中心位置时，在电感线圈L1、L2的两端①、③产生电压差值，此电压差值与磁芯片的位移在一定范围内成线性关系;此电压差值在变压器T1、T2的次级端④、⑤取出，送至差动放大或平衡对称整流电路以供测量。电感线圈L1、L2的残余(零点)电压由差动放大(或对称平衡整流)电路中的平衡电位器来调节及抵消。它的工作原理是由振荡器的输出变压器T3供给电感应变片L1、L2的励磁电压，当磁芯片处于电感线圈(L1、L2)的中心部分时，L1与L2的端电压彼此相等(U1＝U2)，由于放大器的输入变压器T1、T2初级与次级的匝数都分别相等，因此T1、T2次级输出端④与⑤之间的电压等于零。(U′1-U′2＝O)，仪表的读数为零。如读数不为零，则可调节差动放大器(或平衡对称整流)中的电位器使仪表读数为零。当磁芯片向上端移动时，磁芯偏离中心(零点)位置+ΔL，则电感线圈L1的电感量增加，即它的阻抗增加，L1的两端电压U1增加(U′1亦随之增加);而电感线圈L2的电感量减小，它的两端电压U2减小(U′2亦随之减小)，则在电感线圈L1与L2的两端〔(1)与(3)〕出现差值电压ΔU(ΔU＝U1-U2)，因此在变压器T1、T2的次级输出端(4)与(5)出现差值电压ΔU′(ΔU′＝U1′-U2′)此差值电压与磁芯片的位移+ΔL在一定范围内成线性关系，于是将磁芯片的位移量转换成电量，以供测量。在磁芯偏离中心(零点)-ΔL时，同理，在T1、T2的次级亦有差值电压ΔU′，它是交流，经过差动放大(或平衡对称整流)、相敏解调和低通滤波，即可取出此位移(变形)讯号电压，因为经过了相敏解调，因此能定出位移的“正”(+)及“负”(-)的方向。由于被测振动频率响应的高端是取载频的十分之一，当励磁频率为100KHZ-2MHZ时，故电感应变片的测振频响为10KHZ-200KHZ。
由于电缆的波阻抗为50-200Ω，是低阻抗，因此对电感应变片的绝缘电阻的要求不高，将电感线圈密封后即可在潮湿环境中使用。
本电感应变片连接电缆的长度可达500米。
7、本项电感应变片比电阻应变片的灵敏度要高150倍，例如电阻应变片的放大器的放大倍数要15000倍，在相同灵敏度时，电感应变片的放大倍数只需100倍，这样就简化了电测放大器的线路，提高了稳定性，降低了生产成本，提高了测量灵敏度。
本电感应变片的量程范围宽，连接导线长，能防潮，灵敏度高，分辨力可达0.1με(微应变)，量测的最大应变值可达5×105με，比电阻应变片要大;线性为0.1%-0.5%;动态幅频特性为DC-10KHZ，DC-200KHZ。上述性能都优于电阻应变片。
权利要求
1.一种测量静态及动态应变的传感器，本发明的特征是它由微形扁片形状电感线圈L1、L2(见图1中的(1))、扁筒形线圈骨架(2)、扁平状单磁芯片(3)、扁平状连杆片(4)、绝缘基片薄膜(5)构成电感应变片；电感线圈厚度0.4mm-1mm；扁筒形线圈骨架厚度0.3-0.6mm，用绝缘材料制成；扁平状单磁芯片(3)，厚度为0.08-0.2mm，装在绝缘材料制成的连杆片(4)的一端，放入扁筒形线圈骨架的空洞中，并能在扁筒形线圈骨架的空洞中自由移动；电感线圈L1、L2均为单层，匝与匝之间紧靠平绕；磁芯片与电感线圈L1、L2的长度的比例为0.3-0.7；扁筒形线圈骨架的弯曲终端(7)用绝缘胶粘牢固定在由聚酰亚胺制成的绝缘基片薄膜(5)的一端；连杆片的终点弯曲端(8)用绝缘胶粘牢固定在绝缘基片薄膜(5)的另一端；以致在件(7)与件(8)之间形成应变(变形)测量用的基距L；电感线圈L1、L2的供电励磁频率为100KHZ-2MHZ。
2.根据权项1所述的电感应变片，其特征为电感线圈L1、L2的匝数相等，用φ0.05-φ0.29mm。漆包铜线绕在扁筒形线圈骨架(2)上制成;在一般量测范围匝数分别为20-200匝，在大量测范围时分别为200-800匝;制成的电感应变片，总厚度为0.6-1.2mm.，宽4mm.，长6mm.，根据测量范围可加宽及加长。
3.根据权项1所述的电感应变片，电感线圈L1、L2的缠绕方向相同，为串连，即L1的尾端与L2的始端相连接，共有三根引出线，见图3，此三根引出线穿过绝缘薄膜(6)的三个孔洞引出到绝缘基片薄膜(5)的一端，并用绝缘胶粘牢固定在绝缘基片薄膜上;电感线圈绕成后，外层涂绝缘胶密封;用聚酰亚胺薄膜(6)将电感线圈覆盖，此薄膜两侧用绝缘胶粘牢固定在绝缘基片薄膜(5)上。
4.根据权项1所述的电感应变片，其特征为线圈骨架及连杆片均用绝缘材料聚酰亚胺制成;磁芯片的材料是，当电感线圈的励磁频率为100KHZ-200KHZ时为玻莫合金片，在200KHZ-500KHZ时为压制的铁淦氧磁芯片，在500KHZ-2MHZ时为铜箔制成;绕制电感线圈的漆包铜导线，当使用环境湿度为-70℃-+100℃时用高强度漆包铜导线，-70℃-+300℃时用聚酰亚胺漆包铜导线。
5.根据权项1所述的电感应变片在制造时预先调零，即将电感L1、L2的三根引出线与电测线路相连接，用手移动连杆片(4)，使磁芯片处于电感线圈L1、L2的中心部分，此时仪表读数为零，再将连杆片的终点弯曲端(8)用绝缘胶固定在绝缘基片薄膜(5)上。
6.根据权项1所述的电感应变片，电测线路如图4。变压器T1及T2的磁芯尺寸和初级、次级的匝数都分别相等，为升压变压器;T1及T2的初级与次级绕组都分别串接，它们的中心点接“⊥”，并与电缆的屏蔽层相连接;振荡器的输出变压器T3的次级在(a)、(b)两点与变压器T1、T2的初级两端点并联，经电缆(c)供给电感线圈L1L2的励磁电压;在所用的励磁频率下电缆两端进行阻抗匹配。
专利摘要
一种测量静态及动态应变的电感应变片，本发明特征是，两个电感线圈为微形扁片形状，用高强度漆包铜导线绕在扁筒形线圈骨架上制成；磁芯为扁平状单片，装在扁平状连杆片的一端，放入线圈骨架的空洞中，能自由移动；扁形线圈骨架的弯曲终端及连杆片的终点弯曲端分别固定在绝缘基片薄膜的两端，形成应变测量的基距L。它比传统的电阻应变片的灵敏度高、所需的放大器的放大倍数小、稳定性好、量程范围大、抗干扰、频响宽、连接电缆长，能粘贴在金属或非金属试件上进行测量。
文档编号G01D5/12GK86107872SQ86107872
公开日1988年9月7日 申请日期1986年11月15日
发明者李楚 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan