磁致伸缩位移传感器及所适用的位移测量装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种磁致伸缩位移传感器及所适用的位移测量装置。其中，所述传感器包括：带有外接接口的外壳；其中，所述外接接口包括用于与波导丝电连接的电气接口；由所述外壳伸入壳内的波导丝管道；在所述外壳内且所述波导丝管道旁设有回波检出单元，用于通过感应伸入波导丝管道内的波导丝在磁致伸缩时对所述波导丝周围磁场的扰动，得到相应的回波脉冲信号；与所述回波检出单元电连接的位移测量单元，用于基于所述回波脉冲信号、与预先确定的产生所述机械波的发射脉冲信号之间的时间差，测量位移信息。本发明有效解决了磁致伸缩位移测量装置不便于模块化生产的问题。
【专利说明】
磁致伸缩位移传感器及所适用的位移测量装置
技术领域
[0001]本发明实施例涉及传感器技术，尤其涉及一种磁致伸缩位移传感器及所适用的位移测量装置。
【背景技术】
[0002]在工业测量技术领域，由于各种工况的需求，需要测量位移和液位。其中，基于磁致伸缩原理的位移测量装置具有:高精度、高可靠、大量程、多位置测量的特点。因此，该种位移测量装置在工业上应用颇多。
[0003]在实际生产时，受电路电连接要求，波导丝、机械波拾波器、位移测量电路等需要集成的生产。这使得生产位移测量装置在生产时需要提供大的生产线来承载半成品。各模块之前过度依赖电连接，导致生产工艺复杂等问题。
[0004]因此，需要对现有技术进行改进。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种磁致伸缩位移传感器及所适用的位移测量装置，以解决位移测量装置的生产工艺复杂、不便于模块化生产等问题。
[0006]第一方面，本发明实施例提供了一种磁致伸缩位移传感器，包括:带有外接接口的外壳;其中，所述外接接口包括用于与波导丝电连接的电气接口；由所述外壳伸入壳内的波导丝管道;在所述外壳内且所述波导丝管道旁设有回波检出单元，用于通过感应伸入波导丝管道内的波导丝在磁致伸缩时对所述波导丝周围磁场的扰动，得到相应的回波脉冲信号;与所述回波检出单元电连接的位移测量单元，用于基于所述回波脉冲信号、与预先确定的产生所述机械波的发射脉冲信号之间的时间差，测量位移信息。
[0007]第二方面，本发明实施例还提供了一种磁致伸缩位移测量装置，包括:如上所述的磁致伸缩位移传感器；回波阻尼套管;波导丝，一端通过所述波导丝衔接结构固定在波导丝管道内，另一端固定在所述回波阻尼套管内；以及套在所述波导丝上的磁性套件。
[0008]本发明通过在磁致伸缩位移传感器上设置波导丝衔接结构和回流线衔接结构，实现了磁致伸缩位移测量装置中的波导丝与磁致伸缩位移传感器从整体结构转为分离安装，实现了对磁致伸缩位移测量装置模块化生产的目的。
【附图说明】
[0009]图1是本发明实施例一中的磁致伸缩位移传感器；
[0010]图2是本发明实施例二中的磁致伸缩位移测量装置；
[0011]图3是本发明实施例二中的磁致伸缩位移测量装置在测量波导丝中传递的发射脉冲信号和回波脉冲信号的传递时间间隔示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0013]实施例一
[0014]图1为本发明实施例一提供的磁致伸缩位移传感器的结构示意图，本实施例可适用于多种工业测量场景中便携式装配位移测量单元的情况，所述磁致伸缩位移传感器为位移测量装置的一部分，且与位移测量装置中的其他部件可拆卸装配。
[0015]所述磁致伸缩位移传感器包括:外壳16、回波检出单元17、位移测量单元13。
[0016]所述外壳16带有外接接口11。所述外接接口 11包括电气接口，甚至还可以带有信息接口。其中，所述电气接口用于为波导丝提供电压及发射脉冲信号。所述信息接口可以是标准的串行接口，如:TTL232、RS485、或USB等。
[0017]所述电气接口还可以与外壳16相连，使得外壳16为内部电路提供电磁屏蔽，以减少外部磁场对电路中灵敏器件的干扰。对应的，所述外壳16包括:一侧开口的电磁屏蔽容器、和覆盖在所述开口的接口盖板。其中，所述回波检出单元17和位移测量单元13位于所述电磁屏蔽容器内。所述外接接口 11统一设置在所述接口盖板上。所述电气接口向电磁屏蔽容器提供稳定电压，以使放置在容器中的回波检出单元17和位移测量单元13处于与外界电磁场隔离的空间。
[0018]在所述外壳16上由壳外伸入壳内的波导丝管道12。所述外壳16上设有用于将波导丝固定在波导丝管道12内的波导丝衔接结构。所述电气接口与所述波导丝衔接结构电连接。
[0019]其中，所述波导丝管道12可为盲孔，在盲孔内壁和/或底部设有与所述电气接口导通的金属贴片。为了便于安装波导丝，所述波导丝管道12贯穿所述外壳16。所述波导丝管道12可位于所述外壳16的对称轴线上。所述波导丝衔接结构包括但不限于:卡固槽、螺旋固定件、和与电气接口相连的焊点等。例如，所述波导丝管道12贯穿所述外壳16的底部和接口盖板。所述波导丝衔接结构为设在电气接口旁边的焊盘。技术人员可将波导丝固定在焊盘上。
[0020]—种可选方案中，所述外壳上还设有用于固定回流丝的回流丝衔接结构14。所述波导丝衔接结构和回流丝衔接结构14分别与电气接口的各电流端相连。所述回流四衔接结构14举例设置在波导丝管道外壁上，且为金属材料。
[0021]所述回波检出单元17在所述外壳内、且设置在所述波导丝管道旁，用于通过感应伸入波导丝管道内的波导丝在磁致伸缩时对所述波导丝周围磁场的扰动，得到相应的回波脉冲信号。
[0022]具体地，对于磁致伸缩位移测量装置来说，当波导丝传递发射脉冲信号时，发射脉冲信号令波导丝周围形成第一磁场，并改变了套在波导丝上的磁性套件的第二磁场。变化的磁场令波导丝产生伸缩变化，伸缩变化形成机械波通过波导丝传输至波导丝孔内。波导丝的机械波对第一磁场产生了扰动，导致回波检出单元17通过电磁互感的方式，感应到第一磁场的变化，并将该磁场变化转换成电信号。
[0023]在此，所述回波检出单元17包括:电磁感应器、信号提取单元。
[0024]所述电磁感应器用于感应第一磁场的变化。
[0025]所述信号提取单元与所述电磁感应器的输出端相连，用于通过比较所感应电信号的电压值与预设电压参考值，确定所感应的电信号为回波脉冲信号。
[0026]例如，所述信号提取单元包括:比较器。所述比较器预设电压参考值，当所述电磁感应器将所感应的电压值高于电压参考值时，比较器输出是回波脉冲信号的电平信号(如高电平)；反之，比较器输出不是回波脉冲信号的电平信号(如低电平)。所述信号提取单元中在比较器之前还可以设有滤波器，以便为比较器提供低噪的回波脉冲信号。
[0027]所述位移测量单元13在所述外壳16内，用于基于所述回波脉冲信号、与预先确定的产生所述机械波的发射脉冲信号之间的时间差，测量位移信息。
[0028]所述位移测量单元13可以是包含CPU的数字电路。所述位移测量单元13可以通过印刷电路板与回波检出单元17电连接。所述位移测量单元13可通过信息接口与外部设备相连。其中，所述外部设备可控制发射脉冲信号的产生。所述外部设备包括但不限于:计算机设备、嵌入式设备等。所述外部设备可在发送发射脉冲信号的同时告知位移测量单元13。
[0029]在此，所述位移测量单元13包括处理器、计时器等。所述处理器在接收到外部设备的通知时，开始启动计时器。当接收到回波检出单元17的回波脉冲信号时，停止计时器计时，并利用机械波在波导丝中的传递速度，计时器计时的时长来计算位移信息。
[0030]为了将回波检出单元17和位移测量单元13固定在外壳16内，并适应磁致伸缩位移传感器的工业测量环境，所述外壳16内充满灌封胶15，所述位移测量单元13由灌封胶15固定在所述波导丝管道12旁。所述灌封胶15包括但不限于:硅胶。
[0031]本实施例利用波导丝在磁致伸缩期间所产生的机械波对电磁场的扰动，来检出测量位移的回波脉冲信号，实现了将回波检出单元17与波导丝之间的连接设置，有效解决了磁致伸缩位移测量装置无法模块化生产的问题。
[0032]实施例二
[0033]如图2所示，本发明实施例二还提供一种磁致伸缩位移测量装置。所述磁致伸缩位移测量装置包括:如实施例一中所述的磁致伸缩位移传感器1、回波阻尼套管34、波导丝31和磁性套件33。
[0034]波导丝31的一端通过所述波导丝衔接结构固定在波导丝管道内，另一端固定在所述回波阻尼套管34内。其中，所述回波阻尼套管34用于减小或消除回波在尾端的反射波。
[0035]在此，所述回波阻尼套管34可以设有接地电阻，使得该接地电阻与波导丝形成电流回路。
[0036]在一种可选方案中，如图2所示，所述波导丝31还可以通过回流线32连接到电气接口的电路回路上。所述回流线32的一端固定在所述回流线衔接结构，另一端与波导丝31相连并固定在上述回波阻尼套管34内。磁性套件33套在所述波导丝31上。
[0037]本实施例中，所述磁致伸缩位移测量单元还包括测杆35。所述测杆35将所述回波阻尼套管34、波导丝31、回流线32封装在一起。所述磁性套件33套装在所述测杆35上。
[0038]所述磁致伸缩位移测量装置的结构举例如下:
[0039]磁致伸缩位移传感器I包括:一侧开口的电磁屏蔽容器和覆盖在所述开口的接口盖板。
[0040]电磁屏蔽容器内的对称轴线处贯穿设有波导丝管道，且管道壁延伸到电磁屏蔽容器之外，以便与回流丝固定。在所述接口盖板上、所述波导丝管道旁边设有与电气接口相连的波导丝衔接结构。所述电气接口连接外接线缆2。在所述波导丝管道的管壁旁设有与波导丝31互感的回波检出单元。所述回波检出单元通过印刷电路板与位移测量单元电连接在一起。所述位移测量单元与信息接口，以供接收外部设备的指令和所测量的位移信息。
[0041]波导丝31的一端通过所述波导丝衔接结构与电气接口焊接在一起，另一端固定在回波阻尼套管34内。回流线32的一端焊接在所述管道壁延伸到电磁屏蔽容器之外的部分，另一端与波导丝31相连并固定在所述回波阻尼套管34内。所述回波阻尼套管34、波导丝31、回流线32封装在测杆35里。磁性套件33套在所述测杆35上。其中，所述磁性套件33在测杆35上的位置受其他位移控制装置控制，并随位移控制装置的控制而移动。
[0042]所述磁致伸缩位移测量装置的工作过程举例如下:
[0043]磁性套件33具有第二磁场。在测量时，如图3所示，外部设备通过电气接口向波导丝发出发射脉冲信号，使得波导丝31上产生第一磁场。当第一磁场与套在波导丝31上的磁性套件33所发出的第二磁场相交时，由于磁两个磁场的影响，波导丝31产生一个机械扭力振动。该振动通过波导丝31以机械波的形式回传，并扰动波导丝31所形成的第一磁场。回拨检测单元中的电磁感应器在感应到所述第一磁场的变化时，产生感应电信号，并交由所述回拨检测单元中的信号提取单元。所述信号提取单元通过比较所接收的感应电信号与预设的电压参考值确定所接收的感应信号为回波脉冲信号，并将所确定的回波脉冲信号交由位移测量单元。所述位移测量单元根据发出发射脉冲信号时与接收到回波脉冲信号时的时间差，以及预设的机械波传递速度，计算磁性套件33相距磁致伸缩位移传感器I的相对位移信息，并将该相对位移信息通过信息接口(如标准串行接口)发送给外接设备。
[0044]本实施例通过将波导丝、回流丝、回波阻尼套管和磁致伸缩位移传感器内部的模块化设置，有效实现了产品的模块化生产的目的。
[0045]另外，采用回波无线感应技术，将检出机构和波导丝彻底分离。这样回拨检测单元和波导丝之间就没有机械结构的联系，在后序的生产工序中，根据产品量程，再进行波导丝的裁剪和安装。使得产品的结构设计、备料和生产更为方便。
[0046]另外，回拨检测单元和位移测量单元均为独立结构，根据工业现场环境条件，在该回拨检测单元和位移测量单元均的基础上，可以设计出各种类型的产品结构，满足不同应用场合的需求。
[0047]注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
【主权项】
1.一种磁致伸缩位移传感器，其特征在于，包括: 带有外接接口的外壳;其中，所述外接接口包括用于与波导丝电连接的电气接口 ； 由所述外壳伸入壳内的波导丝管道； 在所述外壳内且所述波导丝管道旁设有回波检出单元，用于通过感应伸入波导丝管道内的波导丝在磁致伸缩时对所述波导丝周围磁场的扰动，得到相应的回波脉冲信号； 与所述回波检出单元电连接的位移测量单元，用于基于所述回波脉冲信号、与预先确定的产生所述机械波的发射脉冲信号之间的时间差，测量位移信息。2.根据权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，所述外壳包括: 一侧开口的电磁屏蔽容器，其中，所述回波检出单元和位移测量单元位于所述电磁屏蔽容器内； 覆盖在所述开口的接口盖板，包括所述外接接口，其中，所述外接接口中的电气接口向电磁屏蔽容器通电。3.根据权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，所述外壳内充满灌封胶，所述回波检出单元和位移测量单元由灌封胶固定在所述波导丝管道旁。4.根据权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，所述波导丝管道位于所述外壳的对称轴线上;和/或，所述波导丝管道贯穿所述外壳。5.根据权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，所述外壳上还设有回流丝衔接结构。6.根据权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，所述回波检出单元包括: 电磁感应器； 与所述电磁感应器的输出端相连的信号提取单元，用于通过比较所感应电信号的电压值与预设电压参考值的大小，确定所感应的电信号为回波脉冲信号。7.根据权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，所述外接接口包括:信息接口；对应的，所述位移测量单元的输出端与所述信息接口相连，并通过所述信息接口将所述位移信息予以输出。8.一种磁致伸缩位移测量装置，其特征在于，包括: 如权利要求1-7中任一所述的磁致伸缩位移传感器； 回波阻尼套管； 波导丝，一端通过所述波导丝衔接结构固定在波导丝管道内，另一端固定在所述回波阻尼套管内； 以及套在所述波导丝上的磁性套件。9.根据权利要求8所述的磁致伸缩位移测量装置，其特征在于，所述回波阻尼套管内设有与所述波导丝相连的回路电路； 或者，所述磁致伸缩位移测量装置还包括:回流线，一端固定在所述磁致伸缩位移传感器的电气接口处，另一端与波导丝相连并固定在所述回波阻尼套管内。10.根据权利要求8所述的磁致伸缩位移测量装置，其特征在于，测杆，将所述回波阻尼套管、波导丝、回流线封装在一起;所述磁性套件套装在所述测杆上。
【文档编号】G01B7/02GK105973135SQ201610581305
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月22日
【发明人】程言峰, 赵磊, 赵元宏
【申请人】上海兹亚智能科技有限公司