基于磁感应传感器的高精度直线位移检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及直线位移检测领域，特别是涉及一种基于磁感应传感器的高精度直线位移检测装置。
【背景技术】
[0002]应用领域
[0003]机械制造应用简介
[0004]直线位移传感器在机械制造行业广泛应用于测量产品尺寸和机械运动位移，正是有了这些位移传感器，才能够对被测的长度与位置信息进行准确可靠的捕获和转换，一切准确的测试与控制才能实现。
[0005]石油应用简介
[0006]石油化工行业，不仅应用了大量的流量、压力、温度等传感器，也应用了大量的直线位移传感器。直线位移传感器能测量机械位移，液压油缸活塞与汽缸活塞的位置，还能测量化工容器、油罐液位。
[0007]交通应用简介
[0008]应用高精度的直线位移传感器，为轧制钢轨提供自动化量测器具。在轨道列车运行的过程中，应用直线位移传感器可以精确定位列车的停靠点。船舶上的船用锅炉水位检测、燃油油位检测、舱底污水检测、以及特殊船舶如散装化学品运输船的液舱液位遥测与溢流控制、油船的油位检测与溢流控制等均需应用位移传感器。在航空工业，也应用了多种位移传感器，如飞机燃油油位测量，机翼角度与位置测量，起落架位置测量等。
[0009]水利水电应用简介
[0010]水利水电行业闸门用以调节流量，控制上、下游水位、泄放洪水、排除泥沙或漂浮物等。闸门开度大小是闸门自动控制的关键数据之一，闸门开度的大小将直接影响水资源的调配与计量，其闸门行程由直线位移传感器测量得到，测量方式有测量油缸行程转换为闸门行程的间接测量方式和直接测量闸门行程等。位移传感器安装形式有油缸内置式、油缸外置式、闸门门沿布置方式和支臂间接测量安装方式等。
[0011]目前高精度直线位移检测领域各种技术产品与安装方法
[0012](I)光栅尺位移传感器及安装结构
[0013]光栅尺位移传感器经常应用于机床与现代加工中心以及测量仪器等方面，可用作直线位移或者角位移的测量。其输出测量信号为数字脉冲。在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀轨迹，以完成按设计图样自动精确加工目标工件的目的，常用于数控铣床、数控车床和CNC数控加工中心。
[0014]光栅尺由标尺光栅与光栅读数头两部分组成。标尺光栅一般固定在活动部件上，光栅读数头安装在固定部件上，指示光栅配装在光栅读数头中。光栅尺位移传感器用于铣床上安装结构参见图1、图2和图3，其中，图1是铣床正视图，图2是铣床侧视图，图3是光栅安装在工作台的局部放大图。铣床工作台在x、y、z轴方向都可移动，故在x、y、z轴方向上都装有位移检测光栅尺。标尺光栅4(三轴方向各有一标尺)固定在工作台5或移动导轨上，光栅读数头3固定在相对标尺光栅不可移动的导轨支座2上。以工作台5在X轴上移动为例，工作台5在导轨支座2上方，通过丝杆运动，使得标尺光栅4与光栅读数头3也相对移动，从而光栅读数头3解析得到工作台5的位移量，该位移量在光栅控制仪表8上显示并参与工作台5在X轴上位移控制。同样y轴和z轴的位移量也是分别通过在I轴和z轴方向的光栅尺解析得到。以得到的位移量作为控制基础就能自动调配合理切削量以加工出高精度的零件。
[0015](2)超声波、雷达液位传感器及安装结构
[0016]超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波脉冲以声波速度传播，从发射到接收到超声波脉冲所需时间间隔与换能器到被测介质表面的距离成正比。雷达液位传感器与超声波传感器的工作原理极其相似。超声波、雷达液位传感器常用于各种常压储罐，小型储罐和小型容器，泵提升站，废水储槽等。
[0017]以常压油储罐为例，用超声波、雷达液位传感器来探测油位的高低，图4是大型储罐的主视图，超声波、雷达液位传感器13安装于大型储罐11的顶部，探测器垂直于储罐底部安装。将超声波、雷达液位传感器输出信号接入显示仪表，就可以准确知道油位的高低。
[0018](3)磁致伸缩传感器及安装结构
[0019]磁致伸缩位移传感器的电子室和波导管相对固定，被测部件带动套装在波导管上的磁环移动，测量过程是由传感器的电子室内产生超声波脉冲，该超声波脉冲在波导管内按固定速度传输，当该脉冲波束与磁场相交时，波导管产生局部磁致伸缩效应，一束应变机械波脉冲信号回传电子室，由于这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比，通过测量时间，就可以高度精确地确定磁环与电子室的距离。磁致伸缩位移传感器应用于液压油缸、汽缸、闸门、工程机械、液位等位移测量。
[0020]图5为磁致伸缩位移传感器内置安装液压油缸结构图，磁致伸缩位移传感器分为感应尺16与环形磁钢15组成。感应尺16密封安装在油缸缸体14内部，环形磁钢15安装在油缸活塞上，环形磁钢15套装于感应尺16上。当油缸活塞17运动时，会带动环形磁钢15运动，环形磁钢15与感应尺16相对运动，通过磁致伸缩感应原理，就会解析出油缸活塞17的运动位移。
[0021 ] 高精度直线位移传感器目前应用比较多的就是以上三种，并还有其它如电感式高精度位移传感器、电容式高精度位移传感器、电阻式高精度位移传感器、激光高精度位移传感器、LVDT差动变压器式位移传感器等。电阻式位移传感器是触点式位移传感器，容易造成机械磨损，机械寿命短，不适合长时间的使用。电感式、电容式和LVDT差动变压器式传感器是无触点式传感器，无机械磨损，但测量大范围时精度不高，只适合小范围的测量，不适用于大范围的高精度测量，并且对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高，不适用于高频动态测量。
[0022]而如前所述的光栅、磁栅位移传感器虽然可以测量大范围的高精度的直线位移，但是对环境的使用要求比较高，不能用在有水蒸气和有水浸泡的环境，不能剧烈震动，不能用在腐蚀强烈的地方。另外，光栅、磁栅位移传感器运用非绝对式编码检测原理，掉电后移位数据无法保存，会造成数据误差，使用环境受限。超声波、雷达位移传感器大量用于液位测量，超声波测量有盲区，盲区大概0.5米，在测量大范围时，分辨率在毫米级，不能测量高精度微米级的液位。磁致伸缩位移(液位)传感器也是运用时间精确计数的方法测量高精度的位移，在测量长量程的位移时，由于量程越长会造成整体的线性误差越大，只适合用于三米以下的量程，而三米以上的量程会由于误差过大造成测量精度下降。
【发明内容】
[0023]本发明的目的是为了克服上述【背景技术】的不足，提供一种基于磁感应传感器的高精度直线位移检测装置，具有安装方便、高精度、高稳定性、高可靠性、使用寿命长、结构精巧、环境适应性强、隔离防爆的特点。
[0024]本发明提供的一种基于磁感应传感器的高精度直线位移检测装置，包括分别固定于具有相对位移功能的第一结构和第二结构上的静磁栅源和静磁栅尺，所述静磁栅源和静磁栅尺相对设置，所述静磁栅源设有永磁体，所述静磁栅尺上设有多个与永磁体相感应的磁感应元件、且磁感应元件和永磁体之间隔有一段距离，所述静磁栅尺与计算机相连。
[0025]在上述技术方案中，所述装置采用差分算法原理进行测量物体相对某一基准位移量的计算，具体公式如下:S = Ua1+...+8^)/111+03+..+1^2)/112+((^+-+(^3)/113+((^+...+dn4) /n4+…+ (ki+...+knk) /nk) /k*L，其中，S为不同状态下基于磁感应传感器的高精度直线位移检测装置的位移数据，k为静磁栅源中永磁体的数量，nl、n2…nk分别为每个永磁体感应对应的静磁栅尺上的磁感应元件的数量，aP a^anl分别表示永磁体一感应对应的各个磁感应元件，bp Ivbn2分别表示永磁体二感应对应的各个磁感应元件，c P (V..cn3分别表示永磁体三感应对应的各个磁感应元件，dP (V..dn4分别表示永磁体四感应对应的各个磁感应元件，…，k0 lv..knk分别表示第K个永磁体感应对应的各个磁感应元件，L为各个磁感应元件之间的距离。
[0026]在上述技术方案中，k为大于I的自然数。
[0027]在上述技术方案中，所述装置采用差分算法原理进行测量物体相对某一基准位移量的计算，具体公式如下:S =