一种磁致伸缩微位移计制造技术

本实用新型专利技术涉及一种磁致伸缩微位移计，其特征在于该位移计包括位移计端部、位移计底座、测量杆、波导丝、直线导轨和活动端子，所述位移计端部为空腔结构，在空腔结构的内壁上安装有硬件电路系统，在空腔结构的腔体内设有前阻尼装置、检测装置和固定装置；位移计端部的右侧底部与位移计底座相连；在位移计端部的右侧中心设有螺纹孔，测量杆左端与位移计端部的螺纹孔进行螺纹连接；所述活动端子套在测量杆上，直线导轨沿长度方向固定在位移计底座上，直线导轨上装有滑块，滑块上端与活动端子的下端相连接，滑块与外部机械装置相连；所述活动端子内部的磁铁采用“halbach”磁铁阵列。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及微位移传感器
，具体涉及一种磁致伸缩微位移计。
技术介绍
随着现代信息产业技术的发展，位移传感器的应用范围日益广泛。工业控制不仅对大位移的测量需求较多，对微位移的测量也日渐增多。在微位移测量方面，利用不同的原理实现的位移传感器种类繁多，如电容式、电感式、雷达式、超声波式、多普勒激光式等。所依据的原理主要有磁效应、电容效应、光电效应、电磁辐射效应和机械效应等，虽然这些微位移传感器已经在工业中广泛的应用，但是他们的缺点也是相当多的。其中电容式微位移传感器安装后需要重新标定和定期维修，并且测量的重复性不高，寿命也不长；电感式微位移传感器的灵敏度、线性度和测量范围相互制约，传感器本身频率响应低，不易于高频动态测量，对传感器的线圈供电的电源的频率和振幅的稳定性要求较高；雷达式和超声波式微位移传感器的成本昂贵，且适用范围局限，安装复杂。而利用磁致伸缩原理制成的位移传感器大多数应用在液位测量领域。磁致伸缩液位传感器具有精度高、量程大、易维护、适应性强等特点。但是其应用领域狭窄，只能进行液位的测量；另外，由于结构和设计的不足，它是无法应用于微位移测量领域的。
技术实现思路
针对现有微位移传感器存在的问题，考虑到精密机械设备的位移测量，设计了一种磁致伸缩微位移计，该位移计的核心部件为波导丝、“halbach型”永磁体阵列、直线导轨以及位移计的硬件电路。其中波导丝放在测量杆内部，测量杆与位移计端部相连；直线导轨固定在位移计底座上，其上的滑块可以在直线导轨上来回的自由滑动；活动端子套在测量杆上且可以在测量杆上来回的移动，其下端与直线导轨上的滑块相连。另外，本技术的磁铁阵列采用新型的“halbach”磁铁阵列模型，采用这种模型可以增加波导丝内部轴向磁场的强度，使轴向磁场更加均匀，从而增加检测信号的灵敏度，提高检测信号的质量，检测精度更高。本技术经过大量实验，通过优化各部分的配置，将磁致伸缩Fe-Ga材料应用于微位移传感器领域，设计得到了 Fe-Ga材料的磁致伸缩式微位移计，该位移计可准确获得检测信号并且使检测信号最优，且该位移计体积小、精度高、量程较大、易维护和适应性更强。本技术采用的技术方案是:—种磁致伸缩微位移计，其特征在于该位移计包括位移计端部、位移计底座、测量杆、波导丝、直线导轨和活动端子，所述位移计端部为空腔结构，在空腔结构的内壁上安装有硬件电路系统，在空腔结构的腔体内设有前阻尼装置、检测装置和固定装置；位移计端部的右侧底部与位移计底座相连；在位移计端部的右侧中心设有螺纹孔，测量杆左端与位移计端部的螺纹孔进行螺纹连接；所述活动端子套在测量杆上，直线导轨沿长度方向固定在位移计底座上，直线导轨上装有滑块，滑块上端与活动端子的下端相连接，滑块与外部机械装置相连，直线导轨上的滑块随着外部机械装置的移动而移动，从而带动活动端子随着直线导轨上的滑块移动而移动；所述硬件电路系统包括电源模块、控制模块、功率放大与信号处理模块三部分，电源模块为控制模块和功率放大与信号处理模块供电，功率放大与信号处理模块包括功率放大电路和信号处理电路两部分；控制模块一方面与功率放大与信号处理模块中的功率放大电路的输入端相连，另一方面与功率放大与信号处理模块中的信号处理电路的输出端相连；控制模块用于生成驱动电压脉冲、处理计时数据并显示位移及采集外界温度，并经过控制模块的单片机分析和比较后，对波导丝的参数进行温度补偿；功率放大电路用于对控制模块生成的驱动电压脉冲进行功率放大；信号处理电路用于对检测装置检测的弹性波信号进行滤波、放大、比较处理，包括差分放大电路、比较电路和计时电路；所述波导丝的左端依次穿过位移计端部的螺纹孔、检测装置中心、前阻尼装置的中心和固定装置，波导丝的最左端与硬件电路系统的功率放大电路的输出端相连，在固定装置与波导丝连接处用螺栓进行固定；位于螺纹孔右侧的波导丝外部套有两端开口的塑料套管，塑料套管末端的波导丝穿过后阻尼装置的中心与返回导线相连接，波导丝通过返回导线穿过位移计端部的螺纹孔直接与硬件电路系统的功率放大与信号处理模块的功率放大电路的输出端连接；套有塑料套管的波导丝装于测量杆内，且后阻尼装置和返回导线均位于塑料套管的外部且在测量杆内部；驱动电压脉冲信号通过功率放大电路的输出端加在波导丝的两端；所述检测装置包括第一线圈、第二线圈、线圈骨架和公共端；第一线圈和第二线圈按照相同的绕制方向绕制在线圈骨架上，线圈骨架为空心柱体；第一线圈的末端和第二线圈的首端相连作为公共端，此公共端再与信号处理电路的差分放大电路输入端的模拟地端相连，第一线圈的首端为第一信号采集端，第二线圈的末端为第二信号采集端；第一信号采集端和第二信号采集端分别与硬件电路系统中的功率放大与信号处理模块中的信号处理电路的输入端相连接；所述活动端子内部的磁铁采用“halbach”磁铁阵列，该磁铁阵列由三个圆环磁铁组成，三个圆环磁铁的结构大小相同，其中两个磁铁的充磁方向为径向充磁，另外一个磁铁的充磁方向为轴向充磁；轴向充磁的磁铁放在中间，径向充磁的磁铁放在轴向充磁的磁铁的两边，且两个径向充磁的磁铁中心处的磁感线方向与轴向充磁的磁铁的磁感线方向相同。上述磁致伸缩微位移计，所述的波导丝为Fe-Ga合金。上述磁致伸缩微位移计，所述Fe-Ga合金中镓元素占合金总质量的17%，铁元素为 83%。上述磁致伸缩微位移计，所述活动端子设有圆筒形活动端子外壳，三个圆环磁铁放入活动端子外壳中，活动端子外壳的下端固定在直线导轨的滑块上。上述磁致伸缩微位移计，所述位移计端部为正方体空腔结构。本技术的有益效果为:磁致伸缩式微位移计采用磁场易于饱和、磁致伸缩系数大的Fe-Ga材料作为波导丝，在驱动脉冲电压较低的情况下，磁致伸缩Fe-Ga合金能够获得较大的弹性波，从而获得较大的检测电压；提高了检测信号的质量和微位移计的精度。另外，Fe-Ga材料的温度特性好，能在较恶劣的环境下稳定工作；检测装置采用线圈检测方式，成本低廉且方便绕制，并且线圈采用双组并行同向绕制的差分信号的检测线圈方式，提高了检测信号的幅值，克服了单组线圈检测中存在的信噪比较低的问题；活动端子内部的磁铁采用“halbach”磁铁阵列结构，即使用了三块相邻极性依次相差90度的圆环永磁体堆叠成磁体阵列，使得磁场极大程度地集中在磁体的内环，该阵列能够使内部波导丝的磁场比同等尺寸单个磁铁大两倍以上，而且在波导丝内部产生的磁场更均匀，可以为位移计提供稳定的轴向磁场，并且可以提高轴向磁场的磁感应强度，提高了磁场利用率，并且活动端子内部的三块磁铁总长度约为4.5mm，可以减少磁铁的长度对检测信号的影响；使用了直线导轨作为活动端子的运动部件，使运动摩擦力比较小。在实验中经测试，双组线圈中每组采用线径为0.06mm的漆包线绕制400匝得到的检测信号最优，能提供高达±0.1% F.S的测量精度。【附图说明】图1本技术磁致伸缩微位移计一种实施例的主视剖面结构示意图。图2本技术磁致伸缩微位移计一种实施例的活动端子10的剖面结构示意图。图3本技术磁致伸缩微位移计一种实施例的检测装置6的结构示意图。图4本技术磁致伸缩微位移计一种实施例的活动端子10内部磁铁的结构示意图。图5本技术磁致伸缩微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁致伸缩微位移计，其特征在于该位移计包括位移计端部、位移计底座、测量杆、波导丝、直线导轨和活动端子，所述位移计端部为空腔结构，在空腔结构的内壁上安装有硬件电路系统，在空腔结构的腔体内设有前阻尼装置、检测装置和固定装置；位移计端部的右侧底部与位移计底座相连；在位移计端部的右侧中心设有螺纹孔，测量杆左端与位移计端部的螺纹孔进行螺纹连接；所述活动端子套在测量杆上，直线导轨沿长度方向固定在位移计底座上，直线导轨上装有滑块，滑块上端与活动端子的下端相连接，滑块与外部机械装置相连，直线导轨上的滑块随着外部机械装置的移动而移动,从而带动活动端子随着直线导轨上的滑块移动而移动；所述硬件电路系统包括电源模块、控制模块、功率放大与信号处理模块三部分，电源模块为控制模块和功率放大与信号处理模块供电，功率放大与信号处理模块包括功率放大电路和信号处理电路两部分；控制模块一方面与功率放大与信号处理模块中的功率放大电路的输入端相连，另一方面与功率放大与信号处理模块中的信号处理电路的输出端相连；控制模块用于生成驱动电压脉冲、处理计时数据并显示位移及采集外界温度，并经过控制模块的单片机分析和比较后，对波导丝的参数进行温度补偿；功率放大电路用于对控制模块生成的驱动电压脉冲进行功率放大；信号处理电路用于对检测装置检测的弹性波信号进行滤波、放大、比较处理，包括差分放大电路、比较电路和计时电路；所述波导丝的左端依次穿过位移计端部的螺纹孔、检测装置中心、前阻尼装置的中心和固定装置，波导丝的最左端与硬件电路系统的功率放大电路的输出端相连，在固定装置与波导丝连接处用螺栓进行固定；位于螺纹孔右侧的波导丝外部套有两端开口的塑料套管，塑料套管末端的波导丝穿过后阻尼装置的中心与返回导线相连接，波导丝通过返回导线穿过位移计端部的螺纹孔直接与硬件电路系统的功率放大与信号处理模块的功率放大电路的输出端连接；套有塑料套管的波导丝装于测量杆内，且后阻尼装置和返回导线均位于塑料套管的外部且在测量杆内部；驱动电压脉冲信号通过功率放大电路的输出端加在波导丝的两端；所述检测装置包括第一线圈、第二线圈、线圈骨架和公共端；第一线圈和第二线圈按照相同的绕制方向绕制在线圈骨架上，线圈骨架为空心柱体；第一线圈的末端和第二线圈的首端相连作为公共端，此公共端再与信号处理电路的差分放大电路输入端的模拟地端相连，第一线圈的首端为第一信号采集端，第二线圈的末端为第二信号采集端；第一信号采集端和第二信号采集端分别与硬件电路系统中的功率放大与信号处理模块中的信号处理电路的输入端相连接；所述活动端子内部的磁铁采用“halbach”磁铁阵列，该磁铁阵列由三个圆环磁铁组成，三个圆环磁铁的结构大小相同，其中两个磁铁的充磁方向为径向充磁，另外一个磁铁的充磁方向为轴向充磁；轴向充磁的磁铁放在中间，径向充磁的磁铁放在轴向充磁的磁铁的两边，且两个径向充磁的磁铁中心处的磁感线方向与轴向充磁的磁铁的磁感线方向相同。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王博文，李恒，王鹏，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：天津;12