专利名称：一种速度-位移传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种速度-位移传感器。
背景技术：
传感器是一种把非电量转变成电信号的器件。近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造，而且可导致建立新型工业，是21世纪新的经济增长点。但是，现有的磁电式速度传感器和差动变压器式线位移传感器的信号输出都是采用独立的速度传感器和位移传感器进行输出，必须分体安装，分体使用，占用空间较大。·此外，差动变压器式线位移传感器采用两段式或三段式结构，其励磁线圈(初级线圈)采用矩形分布，两个次级线圈采用矩形分布此两种结构均适合于小行程范围，同样的轴向长度下两段式结构的测量范围比三段式结构要大。采用上述两种结构的传感器虽然可以提高传感器的精度，但传感器的铁芯必须要有一定的长度，以增加其对线圈、磁路等部分不对称的均衡作用；因此在设计中总是把铁芯设计得长一些，这样就大大地增加了整个传感器的轴向长度和差动输出电压的线性误差。差动变压器式线位移传感器的铁芯质量较大，不利于提高传感器的灵敏度。磁电式速度传感器的次级线圈较重，且未考虑轴向运动阻力。磁电式速度传感器采用永久磁铁，使其重量和体积较大。速度传感器与位移传感器通电工作，容易产生相互干扰。因此，如何降低速度传感器和位移传感器的体积，使其结构紧凑，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种速度-位移传感器，以降低速度传感器和位移传感器的体积，使其结构紧凑。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种速度-位移传感器，包括速度传感器基座；设置于所述速度传感器基座的中心孔内的速度传感器励磁线圈底座，所述速度传感器励磁线圈底座上缠绕有速度传感器励磁线圈，所述速度传感器励磁线圈底座和所述速度传感器基座之间形成有间隙槽，所述速度传感器励磁线圈底座上开设有引线孔及中心导向孔；一端由所述间隙槽插入所述速度传感器励磁线圈外侧的速度传感器次级线圈座，所述速度传感器次级线圈座上缠绕有速度传感器次级线圈；与所述速度传感器次级线圈座的外端连接的连接法兰，所述连接法兰的外端设有连接杆；
与所述连接法兰相连，且套设于所述速度传感器次级线圈座外侧的位移传感器软铁管，所述位移传感器软铁管外侧通过铆钉与连接法兰相连；设置于所述位移传感器软铁管外侧的位移传感器励磁线圈座，所述传感器外套的一端具有出线端盖；所述速度传感器励磁线圈、速度传感器次级线圈位移传感器励磁线圈和位移传感器次级线圈的引线由所述出线端盖弓I出。优选地，在上述速度-位移传感器中，还包括
螺纹安装于所述传感器外套内的接线过渡板；螺纹安装在所述出线端盖上，通过接线过渡板与所述位移传感器次级线圈连接的位移传感器次级线圈四芯插座；螺纹安装在所述出线端盖上，通过接线过渡板与所述速度传感器励磁线圈连接的速度传感器励磁线圈插座；螺纹安装在所述出线端盖上，通过接线过渡板与所述速度传感器次级线圈连接的速度传感器次级线圈插座；安装在所述出线端盖上，且与所述接线过渡板相连的速度传感器调零旋扭。优选地，在上述速度-位移传感器中，所述出线端盖通过沉头螺钉设置于所述传感器外套上。优选地，在上述速度-位移传感器中，所述速度传感器基座的中心孔内设置有内螺纹，所述速度传感器励磁线圈底座通过螺母和垫圈设置于所述速度传感器基座的中心孔内。优选地，在上述速度-位移传感器中，所述速度传感器励磁线圈底座的法兰端一侧通过螺母定位，另一侧通过所述速度传感器基座中心孔的台阶定位。优选地，在上述速度-位移传感器中，所述速度传感器励磁线圈的外侧包覆有绝缘纸。优选地，在上述速度-位移传感器中，所述速度传感器基座开设有导向孔，所述连接法兰上设有插入所述导向孔内的第一导向柱。优选地，在上述速度-位移传感器中，所述位移传感器软铁管通过铆钉铆在所述连接法兰上。优选地，在上述速度-位移传感器中，所述位移传感器次级线圈具体包括均匀缠绕于所述位移传感器励磁线圈座上的位移传感器励磁线圈，外侧呈锥形的缠绕于所述位移传感器励磁线圈外侧的一级次级线圈；呈锥形的绕线于所述一级次级线圈外侧的二级次级线圈，且所述一级次级线圈和二级次级线圈形成圆筒形的位移传感器次级线圈。优选地，在上述速度-位移传感器中，所述一级次级线圈靠近所述出线端盖一端的直径较大，所述二级次级线圈远离所述出线端盖一端的直径较大。优选地，在上述速度-位移传感器中，圆筒形的所述位移传感器次级线圈设置于传感器外套内，一端由传感器外套台阶定位，另一端由速度传感器基座法兰端定位。优选地，在上述速度-位移传感器中，所述传感器外套内靠近所述出线端盖有内螺纹，所述接线过渡板通过锁紧螺母和胶木垫设置于所述速度传感器基座的法兰端和所述出线端盖之间；
所述接线过渡板外围有O形圈,端面有O形圈；所述接线过渡板通过其接线端柱分别与速度传感器励磁线圈、速度传感器次级线圈、位移传感器励磁线圈和位移传感器次级线圈相连；所述接线过渡板靠近所述出线端盖，分别与所述位移传感器励磁线圈两芯插座、速度传感器励磁线圈插座、速度传感器次级线圈插座、位移传感器次级线圈四芯插座和所述速度传感器调零旋扭连接。从上述的技术方案可以看出，本发明提供的速度-位移传感器，通过在速度传感器励磁线圈底座和速度传感器基座之间形成有间隙槽，以为速度传感器次级线圈座提供插配空间；通过连接法兰和速度传感器基座，实现位移传感器软铁管的安装定位，从而为位移传感器励磁线圈和位移传感器次级线圈提供安装基础。本发明通过相互嵌套的方式，将度传感器和位移传感器集成在了一起，结构紧凑，体积较小。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图I为本发明实施例提供的速度-位移传感器的装配结构示意图；图2为本发明实施例提供的出线端盖的结构示意图；图3为图2的侧视图；图4为本发明实施例提供的速度传感器基座的装配结构示意图；图5为本发明实施例提供的速度传感器基座的剖视图；图6为本发明实施例提供的位移传感器次级线圈组及软铁装配示意图；图7为本发明实施例提供的位移传感器次级线圈组及软铁装配剖视图；图8为本发明实施例提供的差动变压器等效电路图；图9为本发明实施例提供的动态缸测控部分原理框图；图10为本发明实施例提供的位移传感器电气原理图。
具体实施例方式本发明公开了一种速度-位移传感器，以降低速度传感器和位移传感器的体积，使其结构紧凑。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。请参阅图I-图7，图I为本发明实施例提供的速度-位移传感器的装配结构示意图，图2为本发明实施例提供的出线端盖的结构示意图；图3为图2的侧视图；图4为本发明实施例提供的速度传感器基座的装配结构示意图；图5为本发明实施例提供的速度传感器基座的剖视图；图6为本发明实施例提供的速度传感器次级线圈组及位移传感器软铁装配示意图；图7为本发明实施例提供的速度传感器次级线圈组及位移传感器软铁装配剖视图。本发明实施例提供的速度-位移传感器，包括速度传感器基座22、速度传感器励磁线圈底座20、速度传感器次级线圈座38、连接法兰16、位移传感器软铁管19、接线过渡板
10、出线端盖5、位移传感器线圈座14和传感器外套26。其中，速度传感器励磁线圈底座20设置于速度传感器基座22的中心孔内，速度传感器励磁线圈底座20上缠绕有速度传感器励磁线圈21，速度传感器励磁线圈底座20和速度传感器基座22之间形成有间隙槽28，速度传感器励磁线圈底座20上开设有中心孔30。中心孔30用于实现导杆36的插入，间隙槽28用于实现速度传感器次级线圈座38的插入。速度传感器次级线圈座38 —端由间隙槽28插入速度传感器励磁线圈21的外侧，速度传感器次级线圈座38上缠绕有速度传感器次级线圈18。
连接法兰16与速度传感器次级线圈座38的外端连接，连接法兰16的外端设有连接杆15，内端设有导杆36。位移传感器软铁管19与连接法兰16通过铆钉34铆定相连，且套设于速度传感器次级线圈座38的外侧。位移传感器线圈座14设置于所述速度传感器基座22和所述位移传感器软铁管19外侧，所述位移传感器线圈座14外侧缠绕有位移传感器励磁线圈11和位移传感器次级线圈。传感器外套26设置于位移传感器线圈座14的外侧,传感器外套26的一端具有出线端盖5，速度传感器励磁线圈21、速度传感器次级线圈18位移传感器励磁线圈11和位移传感器次级线圈的引线通过接线过渡板10焊接(例如位移传感器次级线圈引线35，其它引线未标注标号)由出线端盖5引出。本发明提供的速度-位移传感器，通过在速度传感器励磁线圈底座20和速度传感器基座22之间形成有间隙槽28，以为速度传感器次级线圈座38提供插配空间；通过连接法兰16和速度传感器基座22，实现位移传感器软铁管19的安装定位，从而为位移传感器线圈座14、位移传感器励磁线圈11和位移传感器次级线圈12、13提供安装基础。本发明通过相互嵌套的方式，将度传感器和位移传感器集成在了一起，结构紧凑，体积较小。如图2和图3所示，为了进一步优化上述技术方案，本发明还包括位移传感器励磁线圈插座I、位移传感器次级线圈插座2、速度传感器励磁线圈插座27、速度传感器次级线圈插座4和速度传感器调零旋扭3。其中，位移传感器励磁线圈插座I (为两芯插座)通过螺纹安装在出线端盖5上，与位移传感器励磁线圈11通过接线过渡板10连接；位移传感器次级线圈插座2(为四芯插座)通过螺纹安装在出线端盖5上，与位移传感器次级线圈通过接线过渡板10连接；速度传感器励磁线圈插座27 (为两芯插座)通过螺纹安装在出线端盖5上，与速度传感器励磁线圈21通过接线过渡板10连接；速度传感器次级线圈插座4 (为一芯插座)通过螺纹安装在出线端盖5上，与速度传感器次级线圈18通过接线过渡板10连接；速度传感器调零旋扭3安装在出线端盖5上，通过接线过渡板10连接。本发明通过将速度传感器调零旋扭3安装在出线端盖5上，使得调零更加方便。出线端盖5通过沉头螺钉6设置于传感器外套26上，出线端盖5上外端周向上开有8个与沉头螺钉6配合的定位孔。
如图4和图5所示，在本实施例中，速度传感器基座22的中心孔内设置有内螺纹，速度传感器励磁线圈底座20通过螺母24和垫圈23设置于速度传感器基座22的中心孔内。速度传感器励磁线圈底座20的法兰端一侧通过螺母24定位，另一侧通过速度传感器基座22中心孔的台阶定位。速度传感器励磁线圈的引线端通过导引孔31，引入到速度传感器基座22的内腔。在本实施例中，速度传感器励磁线圈21的外侧包覆有绝缘纸32。速度传感器基座22开设有导向孔29,连接法兰16上设有插入导向孔29内的第一导向柱17,该第一导向柱17通过螺母33安装在连接法兰16上，导杆36位于连接法兰16的中心位置与连接杆15同轴，以实现位移传感器软铁管19的准确定位。如图6和图7所示，位移传感器软铁管19通过铆钉34铆在连接法兰16上。
在本实施例中，位移传感器次级线圈具体包括一级次级线圈12和二级次级线圈13。其中，一级次级线圈12呈锥形绕线于位移传感器励磁线圈11外侧，二级次级线圈13呈锥形绕线于一级次级线圈12的外侧，且一级次级线圈12和二级次级线圈13形成圆筒形的位移传感器次级线圈。一级次级线圈12靠近出线端盖5 —端的直径较大，二级次级线圈13远离出线端盖5 —端的直径较大。圆筒形的位移传感器次级线圈设置于传感器外套26内，一端由传感器外套26台阶定位，另一端由速度传感器基座22法兰端定位。差动变压器式线位移传感器采用一段式结构，其位移传感器励磁线圈11 (初级线圈)采用矩形分布，两个次级线圈(一级次级线圈12和二级次级线圈13)采用圆锥形结构(即截面三角形分布)，减少差动输出电压的线性误差，而不增加整个传感器的长度。差动变压器式线位移传感器具有寿命长、精度高、机械强度好、热漂移低等特点，理论上无量程限制。且位移传感器励磁线圈11 (初级线圈)采用矩形分布，两个次级线圈采用三角形分布。其优点是输出精度与铁芯的长度无关，其输出特性的线性误差小，线性度高，可以实现较为精确的测量和控制；输出电压与位移成线性关系，这样可以减少产品的体积，提高其线性度。差动变压器式线位移传感器的铁芯为薄筒体的位移传感器软铁管，减轻动件的质量，提高传感器的灵敏度。将集成式速度-位移传感器的引线焊接在接线过渡板10的焊接点上，对应接线过渡板10反面用同样颜色的线焊接，将O形圈25装在接线过渡板10的端面，实现接线过渡板10和速度传感器基座22之间的密封，O形圈9装在接线过渡板10的圆周上，实现接线过渡板10和传感器外套26之间的密封，再将接线过渡板10装入传感器外套26内。将锁紧螺母7通过胶木垫8将速度传感器基座22锁紧。将接线过渡板10上的引出线，按要求焊接在出线端盖5的插座端子上。将接好线的出线端盖5通过沉头螺钉16 (8个)，固定安装在传感器外套26上。电气部分(I)速度传感器的工作原理当线圈作切割磁力线运动时，由电磁感应定律得e0=NBlv(4-1)式(4-1)中
e0一输出端电压(V);N—线圈的匝数；B—磁感应强度(T);I一每匝线圈的平均长度(m);V一线圈相对磁场的运动速度(m/s)。由式(4-1)可知对确定的线圈和磁场来说,输出端电压θ。是运动速度V的比例函数，满足传感器的线性要求。(2)位移传感器的工作原理请参阅图8，图8为本发明实施例提供的差动变压器等效电路图。 当忽略差动变压器的涡流损耗、磁滞损耗和分布电容的影响后，差动变压器可以看成一个理想的模型，其等效电路见图8。图中( 一初级线圈励磁电压况一初级线圈有效电阻；U—初级线圈电感;Mi、M2一初级线圈和次级线圈之间的互感；行21、U22一一级次级线圈和二级次级线圈的感应电动势一初级线圈激励电流；R21、R22—一级次级线圈和二级次级线圈的有效电阻。
gf=R^k .U2, = -ja,M'f -υ,Γ-^Μ,
9 ο于是有4 = & —1 = —■寧「Μ卢紅+JWU.
,有效值U =+( L/当铁芯向上移动时=M1 = M+ Δ M ；M2 = M- Δ Μ;U =2 aM,u/# +c5l7
ο当铁芯向下移动时IL=-2<οδ鮮"Rf + ( L,r当铁芯处于中间位置时=M1 = M2=M ;11。=0。由此可见，随着铁芯的移动，其输出电压的大小发生变化。可通过测量输出电压的变化判断出铁芯位置的变化。(2)位移传感器的工作过程请参阅图9和图10。图9为本发明实施例提供的动态缸测控部分原理框图；图10为本发明实施例提供的位移传感器电气原理图。位移传感器的12VDC直流工作电源经7808三端稳压芯片的IN+和IN_两端输入，由7808芯片转换为+8VDC的VDD输出。VDD输入LMC7660IN芯片后，转换为-8VDC的-VDD输出。VDD、-VDD同时作为LM258P放大器的工作电源。VDD输入CD4069UBCN芯片后，产生交变电流信号signal，给差动变压器Tl励磁，Tl输出的交变信号经Df D8组成的两个桥式整流电路整流后，输入LM258P芯片构成的滤波、放大电路，然后输出(T5VDC的直流电压信号，即位移传感器的输出信号。Kl继电器控制速度传感器和位移传感器的励磁电源以及励磁线圈的接通和断开，从而实现两者的分时工作。I.本发明描述的位移传感器为差动变压器式线位移传感器，属于电感型的位移传感器，而速度传感器是磁电式的速度传感器，也属于电感型，为避免两个传感器同时工作而互相干扰，两个传感器可采用分时工作模式。
2.本发明可以采用电阻式位移传感器替代上实施例中的差动变压器式线位移传感器，而速度传感器仍然采用磁电式的速度传感器，两个传感器可以同步工作。3.因电阻式位移传感器的机械结构和电气原理与电气结构比差动变压器式线位移传感器简单，故在本发明中未作详细描述，但应作为本发明的保护对象。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些 实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种速度-位移传感器，其特征在于，包括 速度传感器基座(22)； 设置于所述速度传感器基座(22)的中心孔内的速度传感器励磁线圈底座(20)，所述速度传感器励磁线圈底座(20 )上缠绕有速度传感器励磁线圈(21)，所述速度传感器励磁线圈底座(20)和所述速度传感器基座(22)之间形成有间隙槽(28)，所述速度传感器励磁线圈底座(20)上开设有引线孔(29)及中心导向孔(30)； 一端由所述间隙槽(28 )插入所述速度传感器励磁线圈(21)外侧的速度传感器次级线圈座(38)，所述速度传感器次级线圈座(38)上缠绕有速度传感器次级线圈(18)； 与所述速度传感器次级线圈座(38)的外端连接的连接法兰(16)，所述连接法兰(16)的外端设有连接杆(15)；与所述连接法兰(16)相连，且套设于所述速度传感器次级线圈座(38)外侧的位移传感器软铁管(19)，所述位移传感器软铁管(19)外侧通过铆钉(34)与连接法兰(16)相连；设置于所述位移传感器软铁管(19)外侧的位移传感器励磁线圈座(14)，所述传感器外套(26)的一端具有出线端盖(5);所述速度传感器励磁线圈(21)、速度传感器次级线圈(18)位移传感器励磁线圈(11)和位移传感器次级线圈的引线由所述出线端盖(5)引出。
2.如权利要求I所述的速度-位移传感器，其特征在于，还包括 螺纹安装于所述传感器外套(26)内的接线过渡板(10)； 螺纹安装在所述出线端盖(5)上，通过接线过渡板(10)与所述位移传感器次级线圈连接的位移传感器次级线圈四芯插座(2)； 螺纹安装在所述出线端盖(5)上，通过接线过渡板(10)与所述速度传感器励磁线圈(21)连接的速度传感器励磁线圈插座(27)； 螺纹安装在所述出线端盖(5)上，通过接线过渡板(10)与所述速度传感器次级线圈(18)连接的速度传感器次级线圈插座(4)； 安装在所述出线端盖(5)上，且与所述接线过渡板(10)相连的速度传感器调零旋扭(3)。
3.如权利要求I所述的速度-位移传感器，其特征在于，所述出线端盖(5)通过沉头螺钉(6)设置于所述传感器外套(26)上。
4.如权利要求I所述的速度-位移传感器，其特征在于，所述速度传感器基座(22)的中心孔内设置有内螺纹，所述速度传感器励磁线圈底座(20)通过螺母(24)和垫圈(23)设置于所述速度传感器基座(22)的中心孔内。
5.如权利要求4所述的速度-位移传感器，其特征在于，所述速度传感器励磁线圈底座(20)的法兰端一侧通过螺母(24)定位，另一侧通过所述速度传感器基座(22)中心孔的台阶定位。
6.如权利要求I所述的速度-位移传感器，其特征在于，所述速度传感器基座(22)开设有导向孔(29)，所述连接法兰(16)上设有插入所述导向孔(29)内的第一导向柱(17)。
7.如权利I所述的速度-位移传感器，其特征在于，所述位移传感器次级线圈具体包括 均匀缠绕于所述位移传感器励磁线圈座(14)上的位移传感器励磁线圈(11)，外侧呈锥形的缠绕于所述位移传感器励磁线圈(11)外侧的一级次级线圈(12);呈锥形的绕线于所述一级次级线圈(12)外侧的二级次级线圈(13)，且所述一级次级线圈(12)和二级次级线圈(13)形成圆筒形的位移传感器次级线圈。
8.如权利要求7所述的速度-位移传感器，其特征在于，所述一级次级线圈(12)靠近所述出线端盖(5) —端的直径较大，所述二级次级线圈(13)远离所述出线端盖(5)—端的直径较大。
9.如权利要求8所述的速度-位移传感器，其特征在于，圆筒形的所述位移传感器次级线圈设置于传感器外套(26)内，一端由传感器外套(26)台阶定位，另一端由速度传感器基座(22)法兰端定位。
10.如权利要求2所述的速度-位移传感器，其特征在于，所述传感器外套(26)内靠近所述出线端盖(5)有内螺纹，所述接线过渡板(10)通过锁紧螺母(7)和胶木垫(8)设置于所述速度传感器基座(22)的法兰端和所述出线端盖(5)之间； 所述接线过渡板(10)外围有O形圈(9)，端面有O形圈(25)； 所述接线过渡板(10 )通过其接线端柱分别与速度传感器励磁线圈、速度传感器次级线圈、位移传感器励磁线圈和位移传感器次级线圈相连； 所述接线过渡板(10 )靠近所述出线端盖(5 )，分别与所述位移传感器励磁线圈两芯插座(I)、速度传感器励磁线圈插座(27)、速度传感器次级线圈插座(4)、位移传感器次级线圈四芯插座(2 )和所述速度传感器调零旋扭(3 )连接。
全文摘要
本发明公开了一种速度-位移传感器，包括速度传感器基座；速度传感器励磁线圈底座，速度传感器励磁线圈底座和速度传感器基座之间形成有间隙槽，速度传感器励磁线圈底座上开设有引线孔；一端由间隙槽插入速度传感器励磁线圈外侧的速度传感器次级线圈座；与速度传感器次级线圈座的外端连接的连接法兰，连接法兰的外端设有连接杆；与连接法兰相连，且套设于速度传感器次级线圈座外侧的位移传感器软铁管；设置于位移传感器软铁管外侧的传感器外套，传感器外套的一端具有出线端盖。本发明通过相互嵌套的方式，将度传感器和位移传感器集成在了一起，结构紧凑，体积较小。
文档编号G01D5/20GK102721428SQ201210229970
公开日2012年10月10日 申请日期2012年7月4日 优先权日2012年7月4日
发明者严伟, 邹宪军 申请人:湖南众航科技有限公司, 湖南大学