非芯片型电感式转数测量探头的制作方法

本发明关于主要用于转动对象转速前置数据转数测定的电感式转速测量探头，特别是测量范围为30r/min～3000r/min转速，且探头本体感应面与衔铁感应面最大间距为4mm左右，可在有一定中子辐射强度的环境中使用的非芯片型探头。

背景技术：

电感式传感器以其结构简单可靠、分辨率高、对环境要求不高、输出功率较大、抗干扰能力强等特点及优势，常用于测量位移、压力、流量、振动等非电量，可实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，在工业自动控制系统中被广泛应用于科研、工业生产的检测环节中。但存在交流零位信号，不宜于高频动态测量，其灵敏度、线性度和测量范围相互制约；传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量。电感式传感器总的来说分为三大类，一是利用自感原理的自感式传感器，二是根据互感原理的差动变压器式传感器，三是利用涡流原理的电涡流式传感器。电感式转速传感的原理与磁电式转速传感器的原理差不多。都是通过线圈、铁芯、磁铁构成，或直接集成为磁敏转速测量芯片。都是采用电磁感应原理实现测速的。把被测的机械量，如位移、压力等转换为电感或电压信号。它的敏感部分就是具有可变磁感应强度的电感器件。为做到测量功能，大都采用变气隙式结构，将气隙作为工作变量，通过工作气隙变化，引起磁路的磁阻发生变化，从而使电感器件的电感发生变化，所以它们均属于变磁阻式（或称变隙式）传感器。

现有技术中，国内已有许多产品，但它主要采用芯片型、发电机原理型（切割磁力线产生感应电势）或变压器原理型。芯片型传感器的测量探头，一般不考虑中子辐射的影响，应用在中子辐射的环境中很困难。采用芯片型转数测量探头如集成信号调理电路和△-Σ型AD转换器，还有磁敏电阻作感应元件，不适宜中子辐射较严重的地方。而后两种类型，输出频率和输出的电压模拟量幅值均受转速影响，有的产品为提高产品灵敏性，工作气隙设计得较小，会因转动轴的较大振动引起转动体感应面与探头本体感应面相互接触。而本发明探头，虽仍属变隙式电感传感器，但它只取气隙无穷大和定距离两种状态，被测转速只影响本体和衔铁会面次数，即转速只影响频率。而本体和衔铁之间每次等距离的会面不会影响本体最大电感量的大小，转速大小只影响最大电感量存在的时间长短，且该探头能承受较严重的中子辐射，并且，测试距离可达4mm左右，目前在国内尚未发现类似产品。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处。提供一种无磨损失效，具有寿命长，能承受较严重中子辐射、远距传输的非芯片型电感式转数测量探头。

本发明的目的可以通过以下措施来达到。一种非芯片型电感式转数测量探头，包括一个软磁材料作成的门形铁芯12及其衔铁组合5，外端面被作为探头本体的感应端面4的外壳和置于金属圆形外壳2内，并被填充物固定的敏感组件，其特征在于：门形铁芯12铁芯脚套入两个非圆形柱状螺管线圈组件11，线圈组件11圆铜漆包线呈螺旋状绕于非圆形的柱状空心绝缘骨架14的窗口中，线圈外围装有含铅金属的防辐射屏蔽层10和耐辐照的聚砜类填充物形成独立的敏感组件；构成电感串连的两线圈的两条引线7焊接于电连接器插座1的1脚和2脚,插座1的第3脚悬空，敏感组件的铁芯端面紧贴外壳2内端面，在测试中，测感应端面4与衔铁组合5的衔铁上表面6相互会面的次数即被测转动体转动的次数，也即转数。

本发明相比于现有技术具有如下效果：

1.本发明测感应端面4与衔铁组合5的衔铁上表面6相互会面的次能测试(30～3000)r/min转速内的转动体的转数，转动体感应面与探头本体感应面距离可达4mm左右,这样，就不会因转动轴的较大振动引起转动体感应面与探头本体感应面相互接触；

2.探头内无芯片类元器件，能经受较强中子等射线的辐照。软磁材料做成的长方形衔铁16，可提高衔铁16与探头本体3会面时的分辨率。本发明探头被测转速只影响探头本体和衔铁会面次数，即转速只影响频率。而探头本体和衔铁之间每次等距离的会面不会影响探头本体最大电感量的大小，转速大小只影响最大电感量存在的时间长短。且该探头能承受较严重的中子辐射；

3.线圈外围装有含铅金属的屏蔽层和耐辐照的聚砜类填充物，因此线圈能经受较强中子等射线的辐照。聚砜类耐辐射填料9可减小γ及中子等射线对敏感组件等的伤害并加强敏感组件固定位置的牢固性；

4. 本探头信号可不失真地远距传输。本发明线圈组件11圆铜漆包线呈螺旋状绕于非圆形的柱状空心绝缘骨架14的窗口中，在将探头接入双股屏蔽绞线的电缆100m长，不会引起探头本体电感的明显变化，保证了远距传输的不失真；

5.寿命长。本发明线圈组件11圆铜漆包线呈螺旋状绕于非圆形的柱状空心绝缘骨架14的窗口中，线圈外围装有含铅金属的防辐射屏蔽层10和耐辐照的聚砜类填充物形成独立的敏感组件；构成电感串连的两线圈的两条引线7焊接于电连接器插座1的1脚和2脚,插座1的第3脚悬空，敏感组件的铁芯端面紧贴外壳2内端面，属无接触式工作类产品，无磨损失效。

本发明采用非芯片型电感式转数测量探头规避了其他一些探头的弱点，实现了可在有一定中子辐射强度的环境中使用的非芯片型电感式转数测量探头。

附图说明

图1是本发明非芯片型电感式转数测量探头的外形示意图。

图2是图1的构造剖视图。

图3是图2敏感组件的结构图。

图4是图2线圈组件构造示意图。

图5是图2铁芯12的剖视图。

图6是本发明的基本原理图。

图中：1.插座，2.外壳，3.探头本体，4.探头本体感应端面，5.衔铁组合，6.衔铁上表面，7.引线，8.安装版，9.耐辐射填料，10.防辐射屏蔽，11.线圈组件，12.铁芯，13.锥端紧定螺钉，14.骨架，15.衔铁座，16衔铁，17磁力线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

参阅图1、图2。非芯片型电感式转数测量探头，包括一个软磁材料作成的门形铁芯12及其衔铁组合5，它由探头本体3和一个衔铁组合5组成。衔铁组合5由图4衔铁16及衔铁座15构成，条形状的衔铁16与衔铁座15点焊在一起。衔铁由软磁材料做成。探头本体感应面与衔铁感应面最大间距小于4mm。衔铁座由无导磁性的不锈钢做成；衔铁座上的螺柱是将衔铁组合安装、固定于转动体上使用的。螺管线圈组件11由圆铜漆包线绕制在绝缘骨架14上形成。为提高衔铁16与探头本体3会面时的分辨率，门形铁芯12的两个脚的开口端，均制有小台阶的伸出段。探头本体3有一个有S＝21的正六方形法兰盘的圆形外壳2，其头部内有由防辐射屏蔽10、线圈组件11、铁芯12等组成的敏感组件。它被锥端紧定螺钉13和聚砜类耐辐射填料9抵紧在外壳2端部的内表面。被焊于外壳内的安装板8，起支持锥端紧定螺钉13的作用。敏感组件的两条引线7分别与插座1的两个插针焊接好后，插座1与外壳2密封焊接在一起；而衔铁组合5由一个衔铁座15和厚为2.6mm-3mm、长10mm-11mm、宽为5mm的衔铁16焊接在一起组成。探头本体作为固定体，衔铁可作为转动对象，固定在被测转动体上。考虑到测试中，为防止探头本体与衔铁碰撞，设计衔铁上表面与探头本体的间隔距离可以为4mm左右。

探头本体它能在电流流经其体内线圈时，可以产生稳定的电感，且能在其感应端面4与衔铁上表面相距4mm时有5mH左右的电感，且能在衔铁以30r/min～3000r/min转速作定轴转动时，能准确地分辨出衔铁16与探头本体3会面时的次数。

探头本体它有一个插座1、一个带有六方形法兰盘的圆柱形外壳2、一个安装版8、一个锥端紧定螺钉13、一个固定于外壳内圆柱形的磁敏感应组件组成。磁敏感组件由一个软磁的导磁体做成门形铁芯12和分别套入铁芯脚的两个非圆形的柱状螺旋线圈组件11，以及线圈组件外围的防辐射屏蔽罩10和耐辐射填料9组成。两个线圈组件由引线相连，形成两线圈串连，再由另一端引线7引出与插座连接。线圈组件主要由一个骨架、一个线圈及相应的两条引线构成。当线圈通入电流后，会在线圈周围产生磁场，有导磁体的铁芯，会使该磁场的磁感应强度增加。该探头本体3的敏感组件端面4与衔铁组合中的衔铁上表面6，二者在相对静止时是定距离且近似于相互平行，因此，在整个会面过程中，电感幅值近似于水平直线。当二者进行相对旋转运动时，衔铁进入探头本体磁场影响范围内，探头本体线圈电感变大，反之，探头本体线圈的电感变小。探头本体线圈电感变大、变小的次数，确定感应端面与衔铁的会面次数，从而达到定轴旋转物体转数测量的目的。由于探头本体承担信号输出功能，所以，探头本体作为固定体较为适宜，衔铁可作为转动对象，固定在被测转动体上。考虑到测试中，为防止探头本体与衔铁碰撞，设计衔铁上表面与探头本体的间隔距离可以为4mm左右。

除去六方法兰盘外，其余均为圆柱状，外形工作段外径可以为14.5mm，连接螺纹为M18×1，插座段外径为19mm，其余均为圆柱状外形工作段，连接螺纹为细牙螺纹，插座段外径根据用户接口确定，它根据防辐射屏蔽的厚薄可适当改变外形直径，便于加工。同时，它与国内接近传感器产品形状相近，便于国内零件共用，减少制造成本。图中敏感组件是产品的核心之一，其敏感组件端面紧靠的底面之外表面是探头本体与衔铁安装距离的计量起点，也是与衔铁会面的感应点。敏感组件主要结构见图3。它由线圈组件11用胶固定于软磁材料的门形铁芯12上，线圈组件11为圆铜漆包线成螺旋状绕于非圆形的柱状空心绝缘骨架14的窗口中，如图4。两线圈的各其一条引线7焊接在一起，使两线圈的电感形成串连。余下的另一端两条引线7引出，备用；用金属铅板做成的防辐射屏蔽层10包裹住线圈组件外表面，用胶粘剂临时起作用将屏蔽层接口粘住，形成独立的敏感组件。将敏感组件装入外壳2中，铁芯端面抵紧探头本体感应端面的内表面。灌填耐辐射填料9将敏感组件固定住。将备用引线7穿出安装板8，将安装板放入外壳2内，用激光将安装板与外壳内壁焊在一起；用锥端紧定螺钉13抵紧铁芯12，胶固定螺钉。将引线4和备用的两条引线7焊在插座1相应的引脚上。将插座1相应部分的外表面与外壳2的外表面熔融密封焊接在一起。产品完成。

如图6所示，本发明的基本原理是：当电流流经线圈组件11中的线圈时，线圈周围会产生磁场，软磁铁芯12的磁阻最小，形成最佳磁路，用磁力线17表示最佳磁路，线圈通过铁芯，穿过空气隙（工作气隙）进入由软磁材料作成的衔铁16磁体，再穿过空气隙，进入线圈外缘的铁芯，与磁力线起点重合，形成磁力线闭合。其中的空气隙是工作气隙。当工作气隙变化时，线圈的电感将发生变化：衔铁16接近探头本体的端面4时，线圈的电感变大，反之，变小。根据这一规律，通过测试线圈电感或大或小的次数，可以知道衔铁16与探头本体3端面4的会面次数。据此，作成本发明。