专利名称：差动式位移传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种位移传感器，特别是用于测量变形的螺旋管式差动变压器位移传感器。
现有的差动变压器位移传感器是由一个沿轴向位移的衔铁和包围衔铁的初级线圈，套在初级线圈外的两个反极性连接的次级线圈组成。初级线圈接电源，利用衔铁位移改变初级与两个次级线圈间耦合磁路的磁阻，从而使两个次级线圈的感应电压一增一减，其电压差即反映了衔铁位移。这种传感器，因只有两个固定连接的次级线圈，无论量程多大，衔铁处于什么位置，都是如此。当量程扩大时，大致按比例将衔铁与线圈加长。因其耦合度在整个量程内线性变化，量程越大，变化越缓。所以，对于不同量程，只能保证相对精度大致不变，对满量程的相对灵敏度大致不变，加工要求也高。
鉴于上述，本实用新型的目的是提供一种在几十毫米至数米范围内，当量程扩大时，其绝对精度与灵敏度基本不变，相对精度与对满量程的灵敏度相应增加的差动式位移传感器，从而大大提高了大量程时的测量精度，并可降低加工难度。
本实用新型的要点是采用多个轴向排列的次级线圈，其感应电压单独引出，通过开关网络，进行动态跟踪来代替现有传感器固定连结的次级线圈。它是以如下方式实现的，在沿轴向移动的衔铁外包围了内、外二个螺旋管式线圈，其中一个为初级线圈与电源相连，另一个为次级线圈，它是由m段(m为大于2的正整数)沿轴向排列的空心管式线圈构成，各段线圈的输出引入模拟多路开关组合成两个次级，该两个次级的输出电压经信号处理器处理后分二路输出，其中一路输出为反映衔铁位移量的信号，另一路输出去控制改变线圈段组合的模拟多路开关，以实现动态跟踪。
上述内、外二个螺旋管线圈可以是内线圈为初级线圈，外线圈为次级线圈，或者也可以是内线圈为次级线圈，外线圈为初级线圈。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
图1是本实用新型传感器的一种具体结构示意图；图2是传感器原理框图；图3是传感器的工作特性分析图；图4是本实用新型的一种实施例；图5是本实用新型的另一种实施例。
在图1所示具体结构中，1为衔铁，2为初级线圈，3为含m段线圈的次级线圈，4为外壳。初级线圈与电源相连，而次级的各线圈的输出引入模拟多路开关组合成两个次级，各线圈并不同时投入工作，而是随着衔铁位置不同，投入工作的线圈也不同，如设衔铁在图示实线位置时，第i，i＋1段线圈和第i－1，i－2段线圈构成两个次级，当衔铁平移到图示虚线位置时，则第i＋2，i＋3段线圈与第i＋1，i段线圈构成两个次级，一般，每一个次级含2～3段线圈。因而，从小范围来看，可看成一个仅有这几段次级线圈组成的小量程传感器，只要保证此“小传感器”有足够的精度，当量程扩大时，它的绝对精度不变，而相对精度就大大提高了。衔铁的长度一般可取约1.5～3倍线圈段长。
对照图2原理图，由模拟多路开关5组合成的两个次级的输出电压经信号处理器6处理后分二路输出，其中一路输出即为反映衔铁位移大小的信号，另一路输出去控制模拟多路开关，以使各线圈的组合随衔铁位置的变化而变化。
差动式位移传感器的工作特性见图3，其中图3的(a)图为衔铁与线圈相对位置示意图，图3的(b)图为单个线圈输出特性(如E3为第三段线圈的输出)，图3的(c)图为相邻两线圈输出组合后的特性，图3的(d)图为组合特性“差动”后的输出特性。图中横坐标X表示以衔铁A点为基准之位移，纵坐标表示电压值。当衔铁A点在a，b之间时，投入工作的为第0，1，2，3，四段线圈，第0，1段线圈及2，3段线圈分别构成两个次级，其输出电压为V0＝(E3＋E2－E1－E0)，当衔铁A点移到b，c之间时，投入工作的为第1，2，3，4四段线圈，其1，2段线圈和3，4段线圈分别构成两个次级，这时的输出电压为V1＝(E4＋E3－E2－E1)，余类推。这种随衔铁位置变化而改变各线圈的输出组合关系，即为动态跟踪。由图可见，A点在从左越过切换点b时，E3从小于E1变成大于E1，信号处理器6对模拟多路开关5的控制就是根据这点来实现的。
在图4所示具体实例中，信号处理器由计数器J，逻辑控制器T，比较器P1，P2，P3，运算放大器S1，S2，触发器G1，G2，G3构成，假设每个次级含三段线圈，则投入工作的线圈有六段，用六组模拟多路开关5形成两个次级，投入工作的线圈随衔铁位置的变化而不同，是由计数器J的输出控制，当计数器输出为0时，设投入工作的线圈为第0，1，2，3，4，5这六段，其0，1，2，及3，4，5段线圈分别作为两个次级，模拟多路开关的输出电压由上到下分别为E0，E1，E2，E3，E4E5，这些输出经运算放大器S1综合为V0＝(E3＋E4＋E5)－(E0＋E1＋E2)在Sa点输出。它就是图3(d)图的一条实线，其值决定了相对小区间另点(相当于图中m1，m2，m3等点)的位移，而计数器的输出Sa，决定它在哪个区间，它们共同决定衔铁的总位移。当衔铁向右移动，达到E4>E2时，比较器P1输出为高电平，使触发器G1的Q0端为1，通过逻辑控制器T使计数器加1，这时投入工作的线圈为第1，2，3，4，5，6这六段，模拟多路开关的输出电压自上而下分别为E1，E2，E3，E4，E5，E6，此时运算放大器S1的输出变为V1＝(E4＋E5＋E6)－(E1＋E2＋E3)，反之，如此时衔铁向左移，达到E2>E4时，比较器P2输出为高电平，使触发器G2的Q1端为1，通过逻辑控制器使计数器减1，这时投入工作的线圈也相应发生变化。运算放大器S2，比较器P3，触发器G3的设置是用于起始搜索的。
在图5所示实例中，信号处理器是由A／D变换器，数字信号装置B(一般用计算机，也可以用单片机)，和译码器C构成，次级线圈有关各段的输出经模拟多路开关5接入A／D变换器，变换成数字信号，然后在数字信号装置中比较，组合，在0点输出数字位移值，在K点输出控制信号，该控制信号经译码器C输入模拟多路开关。这里，模拟多路开关可采用普通的模拟多路开关。
最好将模拟多路开关和信号处理器封装在传感器本体内，以减少引线，增加可靠性。
由于本实用新型的位移传感器采用了多段式次级线圈与动态跟踪技术，整个结构就象多个小传感器的串联，并实现了平滑衔接，所以达到了扩大量程而绝对精度仍保持在小量程时的值，极大的提高了测量精度，同时也扩展了它的应用领域，可用于大尺寸高精度机械加工，轧制过程测量控制，大变形测量等等，此外，因线圈分段，也简化了制造工艺。
权利要求1.一种差动式位移传感器，具有沿轴向位移的衔铁[1]和包围衔铁的内、外二个螺旋管式线圈，其中一个为初级线圈[2]与电源相连，另一个为次级线圈[3]，其特征在于次级线圈是由m段(m为大于2的正整数)沿轴向排列的空心管式线圈构成，各段线圈的输出引入模拟多路开关[5]组合成两个次级，该两个次级的输出电压经信号处理器[6]处理后分二路输出，其中一路输出为反映衔铁位移的信号，另一路输出去控制改变线圈段组合的模拟多路开关。
2.按权利要求1所述的位移传感器，其特征在于内、外二个螺旋管线圈是内线圈为初级线圈，外线圈为次级线圈，或者是内线圈为次级线圈，外线圈为初级线圈。
3.按权利要求1所述的位移传感器，其特征在于所说的信号处理器是由计数器［J］，逻辑控制器［T］，比较器［P1，P2，P3］，运算放大器［S1，S2］，触发器［G1，G2，G3］构成。
4.按权利要求1所述的位移传感器，其特征在于所说的信号处理器是由A／D变换器，数字信号装置［B］及译码器［C］构成。
5.按权利要求1所述的位移传感器，其特征在于将模拟多路开关［5］和信号处理器［6］封装在传感器本体内。
专利摘要“差动式位移传感器”是一种适于测量变形的传感器。它是由沿轴向位移的衔铁和包围衔铁的内、外二个螺旋管式的初、次级线圈组成，其特点是次级线圈采用多个轴向排列的空心管线圈构成，各线圈电压单独引出，通过开关网络实行动态跟踪来取代传统传感器固定连接的次级线圈。这种传感器其整个结构就象多个小传感器串联，从而保证了在几十毫米至数米范围内，均有高的测量精度，而扩展了它的应用领域，同时也简化了制造工艺。
文档编号G01B7/02GK2204994SQ93242210
公开日1995年8月9日 申请日期1993年10月14日 优先权日1993年10月14日
发明者章楠 申请人:杭州电子工业学院