气动式位移传感器结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种气动式位移传感器结构，包括外管和小型气缸组件，外管的外径小于或等于20mm，小型气缸的进气端和圆测头分别位于外管的两端，小型气缸组件还包括定位组件、铁芯、轴芯、长轴和轨道，进气端与轨道接通，长轴的一端固定有圆测头，另一端固定有铁芯，长轴在轨道中做往复伸缩运动，轴芯自由容置在轨道内，并与铁芯活动性接触，长轴通过定位组件的定位销固定方向。本发明只需对轨道提供一个0.15MPa?0.7MPa的工作气压，即可带动长轴进行往复运动，从而通过测量位移的变化来测量物体表面的平整性；且本发明体积小，通过设置定位组件来固定长轴，避免其产生偏移，从而更使测量更精确。
【专利说明】
气动式位移传感器结构
技术领域
[0001]本发明涉及传感器及其应用领域，尤其涉及一种基于LVDT技术的气动式位移传感器的结构。
【背景技术】
[0002]LVDTCLinear Variable Differential Transformer)是线性可变差动变压器缩写，属于直线位移传感器。工作原理简单地说是铁芯可动变压器。它由一个初级线圈，两个次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部件组成。初级线圈、次级线圈分布在线圈骨架上，线圈内部有一个可自由移动的杆状铁芯。当铁芯处于中间位置时，两个次级线圈产生的感应电动势相等，这样输出电压为零；当铁芯在线圈内部移动并偏离中心位置时，两个线圈产生的感应电动势不等，有电压输出，其电压大小取决于位移量的大小。为了提高传感器的灵敏度，改善传感器的线性度、增大传感器的线性范围，设计时将两个线圈反串相接、两个次级线圈的电压极性相反，LVDT输出的电压是两个次级线圈的电压之差，这个输出的电压值与铁芯的位移量成线性关系。
[0003]由于现有技术的线性可变差动变压器式位移传感器的轴承运动时，轴承在进行往复运动时，容易晃动，且轴承在轨道上运动时，阻力较大，从而影响了测量的精度，而对于一些对精密性要求较高的待测物，例如测量弧面结构平整性的物体，普通的线性可变差动位移传感器的精度远远达不到。
【发明内容】
[0004]针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种基于LVDT技术的气动式位移传感器，通过小型气缸组件结构，有效控制并测量长轴水平方向运动的距离，且本发明的结构稳固，大大提高了测量精度。
[0005]为了达到上述目的，本发明公开一种气动式位移传感器结构，包括外管、进气组件、运动组件、定位组件和感应组件;所述外管为圆柱形空心圆管，所述进气组件一端固定在外管一端的边缘，另一端容置在外管内，所述运动组件、定位组件和感应组件均容置在外管内，所述感应组件为感应线圈，感应线圈缠绕在运动组件上，且运动组件一端与进气组件连接，另一端固定有定位组件;所述运动组件包括轴芯、铁芯、轨道和长轴，所述铁芯与轴芯容置在轨道内，且铁芯一端与轴芯活动性接触，铁芯的另一端固定在长轴上，所述长轴一端与轨道连接，另一端从外管内穿出，所述长轴贯穿定位组件限制运动方向。
[0006]其中，所述定位组件包括第一轴承、第二轴承和定位环，所述定位环夹持在第一轴承和第二轴承之间，所述第一轴承与定位环之间和第二轴承与定位环之间都设置有垫圈。
[0007]其中，所述定位环侧边设置有开口结构，所述开口结构的两边缘均为圆弧形结构，所述长轴上设置固定有定位销，所述定位销在所述开口结构区域内运动，定位销与开口结构的两边缘接触。
[0008]其中，所述定位销为圆柱形结构，定位销与定位环开口结构的两边缘点对点接触，运动时做直线运动。
[0009]其中，所述进气组件包括进气嘴和气管，所述气管将进气嘴与轨道接通，所述进气嘴与轨道不在同一平面高度，所述气管为曲线结构，且为不容易变形的注塑硬管，所述气管分为外套管和通气管，所述外套管为曲线结构，所述通气管为直线结构，且所述通气管容置在外套管内；所述外套管上设有第一接口和第二接口，所述通气管无缝连接第一接口和第二接口，所述第一接口连接进气嘴，所述第二接口连接轨道。
[0010]其中，所述长轴与铁芯连接处设置有卡环，所述第二轴承上固定有弹簧座，所述弹簧座与卡环之间设置有复位弹簧，且所述复位弹簧缠绕在长轴上。
[0011]其中，所述外管使用防电磁干扰的高导磁材料，所述外管的两端分别设有前端盖与后端盖，所述后端盖上容置有气嘴，所述长轴穿过前端盖，所述后端盖上还设置有屏蔽线，所述屏蔽线为橡胶材料，并与外管接触连接。
[0012]其中，所述轴芯采用氧化陶瓷材料或有色金属材料。
[0013]其中，所述轨道为不锈钢直管，其为精密线割1um精度。
[0014]其中，所述进气嘴为锯齿状防退台结构，该结构呈台阶形状。
[0015]本发明的有益效果是:与现有技术相比，本发明采用LVDT技术进行精密测量，其工作原理为通过铁芯切割感应线圈的磁感线，当铁芯位置发生变化时，通过线圈产生的感应电动势的变化，得出位移量的大小。本发明只需对轨道提供一个0.15MPa-0.7MPa的工作气压，即可带动长轴进行往复运动，从而通过测量位移的变化来测量物体表面的平整性;本发明的位移传感器体积小，整个外管的外径小于或等于20_，长轴做往返运动时，容易产生偏移，通过设置定位组件来固定长轴，避免其产生偏移，从而更使测量更精确。
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例的气动式位移传感器整体结构示意图；
图2为本发明实施例的气动式位移传感器爆炸图；
图3为本发明实施例的气动式位移传感器内部截面图。
[0017]主要元器件说明:
1、外管2、进气组件
3、运动组件 4、定位组件
I1、前端盖12、后端盖 13、前端盖螺帽 14、装饰环 15、屏蔽线 21、进气嘴
22、气管 23、套筒 31、轴芯 32、铁芯 33、轨道 34、长轴
35、圆测头41、第一轴承
42、第二轴承43、定位环
44、定位销45、垫圈
51、复位弹簧52、弹簧座
53、卡环221、外套管 222、通气管231、铜针
232、骨架2211、第一接口。
【具体实施方式】
[0018]为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
[0019]请参阅图1-图3，本发明的气动式位移传感器包括外管1、进气组件2、运动组件3、定位组件4和感应组件(图未示)；外管I为圆柱形空心圆管，外管I的外径小于或等于20mm，外管的两端分别设置有前端盖11与后端盖12进行密封。进气组件2位于后端盖12—侧，进气组件2—端固定在外管I一端的边缘，另一端容置在外管I内，运动组件3、定位组件4和感应组件均容置在外管I内，感应组件为感应线圈，感应线圈缠绕在运动组件3上，且运动组件3一端与进气组件2连接，另一端固定有定位组件4;运动组件3包括轴芯31、铁芯32、轨道33、长轴34和圆测头35，铁芯32与轴芯31容置在轨道33内，且铁芯32—端与轴芯31活动性接触，铁芯32的另一端固定在长轴34上，长轴34贯穿定位组件4限制运动方向
在本实施例中，进气组件2包括进气嘴21和气管22，进气嘴21贯穿后端盖12，并与气管22的一端连接，气管22的另一端与轨道33接通，轨道33为不锈钢直管，为精密线割1um的精度，从而更好地保证了轨道内的气密性;轨道33内容置有轴芯31，轴芯31为自由状态，并在轨道33内前后自由运动，铁芯32与轴芯31活动性接触，而铁芯32是固定在长轴34上的，在本实施例中，轴芯31做为整个气动式位移传感器的活塞结构，轴芯31采用氧化陶瓷材料或有色金属材料，质量更硬，使用寿命长。自由状态的轴芯31结构，只需提供较小的工作气压，SP可驱动位移传感器的运动组件3运动，在本实施例中，工作气压为0.15MPA—0.7MPA，且由于其内部较小的摩擦力，使之测量精度达到um级别。
[0020]在本实施例中，前端盖11通过前端盖螺帽13与外管I旋紧连接，且前端盖11与外管I的连接处还设置有装饰环14，使外观更为美观时尚，前端盖螺帽13上同样设置有通孔，供长轴34穿过，其余地方密封。
[0021]在本实施例中，长轴34触碰到待测物后会进行自动恢复，其通过复位弹簧51来实现，复位弹簧51环绕在长轴34上，并由弹簧座52和卡环53进行限位，卡环53设置在长轴34与铁芯32连接固定的位置，当进气嘴21进入的气推动完长轴34向前运动后，在下一次气从进气嘴21进入之前，复位弹簧51会自动进行恢复，带动长轴34缩回到原来的位置。在本实施例中，由于长轴34的一端与铁芯32连接，另一端穿过前端盖11，与圆测头35固定连接，当圆测头35触碰到待测物后，复位弹簧51即对长轴34进行复位动作，在轨道上设置有感应线圈(图未示)，感应线圈感应铁芯32伸出与缩回过程中切割磁感线的强度，状变成电信号，并将这种信号通过铜针231导出到与之连接的外部控制电路中，从而得出测量结果。
[0022]在本实施例中，长轴34在进行往复运动的时候会产生晃动，这样会增大长轴34向前运动时的阻力，给测量精度带来一定的影响，故需要设置一个定位组件4在不影响长轴运动的情况下，对长轴34运动的方向进行一个定位。本实施例的定位组件4包括第一轴承41、第二轴承42和定位环43，弹簧座52固定在第二轴承41上，定位环43夹持在第一轴承41和第二轴承42之间，第一轴承41与定位环43之间和第二轴承41与定位环43之间都设置有垫圈45，该垫圈45为橡胶垫圈，主要为了防止冲击，防止定位销44因运动撞击第一轴承41和第二轴承42而损坏，从而能很好地提高产品的寿命。在本实施例中，定位销44为圆柱形结构，定位环43为一侧边开口的圆柱形结构，定位环43的开口端设置成圆弧形结构，定位销44设置在定位环43内，并与定位环43的开口端接触，在本实施例中，定位环43的开口结构与圆柱形的定位销44正好相切，这样的结构，有利于定位销44在运动时减小摩擦，且运动更为流畅。定位销44位于长轴34的两侧，给长轴34提供一个运动的支撑和方向，从而进一步限制了长轴34运动的方向，避免其在运动时产生旋转或者晃动，影响测量精度，也便于安装圆测头35，同时定位销44还起到固定长轴34运动长度的作用，即定位销44智能在定位环43的开口长度范围内运动，从而避免了长轴34的测量超量程范围。
[0023]在本实施例中，气管22将进气嘴21与轨道33接通，进气嘴21与轨道33不在同一平面高度，故将气管22设计成曲线结构，以方便气管22将轨道33与进气嘴21连通在一起，在本实施例中，气管22采用了不容易变形的注塑硬管，且气管22分为外套管221和通气管222，其中外套管221为曲线结构，而位于外套管221内部的通气管222为直线结构，在本实施例中，气管22和轨道33均容置在套筒23中，套筒23中设置有传输信号的铜针231，套筒23的前端为开口结构，套筒23的后端为直管结构，且该直管结构端上设置用于固定该套筒23的骨架232，套筒23内的气管22与轨道33通过灌胶方式固定。外套管221上设有第一接口 2211和第二接口(图未示)，通气管222与第一接口 2211和第二接口无缝连接，其中，第一接口 2211连接进气嘴21，第二接口连接轨道33。通过这样的结构，很好地解决了位于不同平面的两个物体间的导通关系，且通气管222与第一接口 2211和第二接口通过焊接方式固定在一起，使连接更为紧密，即使进气的压力过大时，也不至于将通气管222与第一接口 2211或者第二接口断开。
[0024]在本实施例中，进气嘴21为锯齿状防退台阶结构，该结构台阶形状，当外部气源(图未示)接入进气嘴21时，锯齿状防退台阶结构，有利于增大外部气源接入口与进气嘴21的摩擦力，从而使连接更为紧密。
[0025]在本实施例中，外管I使用防电磁干扰的高导磁材料，该高导磁材料耐磨损，硬度强，使用寿命长。后端盖12除了设置有进气嘴21，还贯穿有屏蔽线15，屏蔽线15为橡胶材料，该屏蔽线15穿过后端盖12与外管I接触连接，这样的设计能够避免外部磁场干扰内部零件的运动，以免降低测量的精确度。
[0026]本发明的优势在于:
1、通过小型气缸组件驱动长轴的位移来进行精密测量，设置有自由状态的轴芯结构作为活塞，只需对轨道提供一个0.15MPa-0.7MPa的工作气压，即可带动长轴进行往复运动，从而通过测量位移的变化来测量物体表面的平整性；
2、本发明的位移传感器体积小，整个外管的外径小于或等于20mm，设计小巧，也在一定程度上节约了成本；
3、长轴做往返运动时，容易产生偏移，通过设置定位组件来固定长轴，避免其产生偏移，从而更使测量更精确，使之测量精度达到um级别。
[0027]以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种气动式位移传感器结构，其特征在于，包括外管、进气组件、运动组件、定位组件和感应组件;所述外管为圆柱形空心圆管，所述进气组件一端固定在外管一端的边缘，另一端容置在外管内，所述运动组件、定位组件和感应组件均容置在外管内，所述感应组件为感应线圈，感应线圈缠绕在运动组件上，且运动组件一端与进气组件连接，另一端固定有定位组件;所述运动组件包括轴芯、铁芯、轨道和长轴，所述铁芯与轴芯容置在轨道内，且铁芯一端与轴芯活动性接触，铁芯的另一端固定在长轴上，所述长轴一端与轨道连接，另一端从外管内穿出，所述长轴贯穿定位组件限制运动方向。2.根据权利要求1所述的气动式位移传感器结构，其特征在于，所述定位组件包括第一轴承、第二轴承和定位环，所述定位环夹持在第一轴承和第二轴承之间，所述第一轴承与定位环之间和第二轴承与定位环之间都设置有垫圈。3.根据权利要求2所述的气动式位移传感器结构，其特征在于，所述定位环侧边设置有开口结构，所述开口结构的两边缘均为圆弧形结构，所述长轴上设置固定有定位销，所述定位销在所述开口结构区域内运动，定位销与开口结构的两边缘接触。4.根据权利要求3所述的气动式位移传感器结构，其特征在于，所述定位销为圆柱形结构，定位销与定位环开口结构的两边缘点对点接触，运动时做直线运动。5.根据权利要求1所述的气动式位移传感器结构，其特征在于，所述进气组件包括进气嘴和气管，所述气管将进气嘴与轨道接通，所述进气嘴与轨道不在同一平面高度，所述气管为曲线结构，且为不容易变形的注塑硬管，所述气管分为外套管和通气管，所述外套管为曲线结构，所述通气管为直线结构，且所述通气管容置在外套管内；所述外套管上设有第一接口和第二接口，所述通气管无缝连接第一接口和第二接口，所述第一接口连接进气嘴，所述第二接口连接轨道。6.根据权利要求2所述的气动式位移传感器结构，其特征在于，所述长轴与铁芯连接处设置有卡环，所述第二轴承上固定有弹簧座，所述弹簧座与卡环之间设置有复位弹簧，且所述复位弹簧缠绕在长轴上。7.根据权利要求1所述的气动式位移传感器结构，其特征在于，所述外管使用防电磁干扰的高导磁材料，所述外管的两端分别设有前端盖与后端盖，所述后端盖上容置有气嘴，所述长轴穿过前端盖，所述后端盖上还设置有屏蔽线，所述屏蔽线为橡胶材料，并与外管接触连接。8.根据权利要求1所述的气动式位移传感器结构，其特征在于，所述轴芯采用氧化陶瓷材料或有色金属材料。9.根据权利要求1所述的气动式位移传感器结构，其特征在于，所述轨道为具有精密线割I Oum精度的不锈钢直管。10.根据权利要求5所述的气动式位移传感器结构，其特征在于，所述进气嘴为锯齿状防退结构，该结构呈台阶形状。
【文档编号】G01B7/34GK105953717SQ201610496912
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】鲍亚子, 刘玉才, 鲍文博
【申请人】深圳市信为科技发展有限公司