一种调频变面积电涡流位移传感器制造技术

一种调频变面积电涡流位移传感器，包括振荡线圈、振荡电路板、电涡流目标板；其特征是：还包括振荡频率读出、运算及非线性校正板；振荡电路板上设两套相同的调频振荡电路；振荡电路板的被测位移方向的每端粘固着同套调频振荡电路的两振荡线圈且位置平行相对；各振荡线圈的扁平面与电涡流目标板的板面平行，同套调频振荡电路的两振荡线圈的扁平面与电涡流目标板的板面的垂直接近度相互补偿；电涡流目标板在被测位移方向的长度为振荡线圈在该方向的外边长与两套振荡线圈两接近边间距之和；两套调频振荡电路输出端接振荡频率读出、运算、非线性校正板。它能同时进行温度和接近度补偿及用软件进行非线性校正，且结构简单、体积小、性能强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种位移传感器，具体是一种调频变面积电涡流位移传感器。
技术介绍
电涡流位移传感器按结构可分为变间隙型、变面积型、螺管型和低频透射型4类。变面积型传感器由扁平矩形线圈构成，它利用被测导体和传感器 扁平矩形线圈之间相对覆盖面积的变化所引起的电涡流效应强弱的变化来测 量位移。电涡流位移传感器采用的是感应电涡流原理。当带有高频电流的扁平线 圈靠近被测金属时，线圈上的高频电流在被探测金属表面上产生感应电涡流， 该感应电涡流又反过来影响扁平线圈的电感量，扁平线圈电感量的大小就与 扁平线圈和被测金属表面的重合面积、被测金属的几何尺寸、扁平线圈到被 测金属面的垂直距离、扁平线圈的几何形状、几何尺寸、圈数、电导率、磁 导率等参数相关。固定除重合面积外的后七个参数后，扁平线圈和被测金属 平行表面的重合面积就与线圈的电感量产生了单值函数关系，由于扁平线圈 和被测金属平行表面的重合面积与它们之间的相对平行位移大小单值相关， 从而位移值与线圈的电感量产生了单值函数关系。将线圈并联定值电容再连 接到振荡电路中，就建立了扁平线圈和被测金属表面的平行位移与振荡频率 的单值函数关系，就可用测得的振荡频率确定位移。线圈、振荡电路及被测 金属板就组成了调频变面积型电涡流位移传感器。调频变面积型电涡流位移 传感器以其结构简单、灵敏度高、线性测量范围大、抗干扰能力强、制造成 本低和测量的非接触性等优点得到了广泛应用。电涡流位移传感器的缺点是感应线圈受温度影响较大，降低了测量精 度，限制了其使用范围，需做温度补偿；变面积型电涡流位移传感器还有扁 平线圈到被测金属板的垂直距离(接近度)在二者平行位移中难于保持精确 恒定、影响测试精度的问题，需做接近度补偿。目前的温度补偿措施主要有:l.增加热敏元件，通过在桥路中串接热敏元 件感知温度的变化来进行温度补偿。这要求热敏元件的温度变化系数与感应 线圈的温度变化系数成比例，且二者所处温度场的变化应当相同，给电路处 理和器件选型带来很大不便；2.增加差动补偿线圈，实现与感应线圈的差动， 结构简单有效；3.使用无感补偿线圈接于桥路，定频定幅正弦波驱动，幅值 检波，差动补偿，电路复杂。4.采用多辫线减小线圈电阻，减小温度对线圈阻 抗的影响，但增加了线圈绕制的难度。这几项措施，在定频调幅型电涡流位 移传感器上得到了应用，效果较好，但也存在硬件较复杂的缺点。调频变面积型电涡流位移传感器目前常用的方案是差动线圈一双振荡器 一频率/电压变换解调一差动放大一硬件对数处理一A/D变换一单片机处理输 出，硬件较为复杂，体积较大、成本较高。调频变面积型电涡流位移传感器以其结构简单、直接数字化、线性范围 宽、灵敏度高、成本低见长，如果能设置差动补偿线圈并用软件直读频率， 再用运算的方法进行温度补偿，用接近度补偿线圈进行接近度补偿，就可构 成结构简单、体积小、性能强的调频变面积型电涡流位移传感器。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的缺点，本专利技术的目的在于提供一种调频变面积电涡流位移传感器，它同时进行温度和接近度补偿及用软件进行非线性校正，且结构简单、体积小、性能强。本专利技术的技术方案是 一种调频变面积电涡流位移传感器，包括矩形扁平的振荡线圈、与位移测量的非动参考件固定在一起的振荡电路板、与被测移动目标位置相对固定的电涡流目标板；还包括一振荡频率读出、运算及非 线性校正板；所述振荡电路板上设有两套电路元件相同的调频振荡电路，每 套调频振荡电路包括两个振荡线圈；振荡电路板的被测位移方向上的两端， 每端粘固着同套调频振荡电路的两个串联振荡线圈且位置平行相对；各振荡 线圈的扁平面与电涡流目标板的板面平行，且同套调频振荡电路的两个振荡 线圈的扁平面与电涡流目标板的板面之间的垂直接近度相互补偿；电涡流目 标板在被测位移方向上的长度为振荡线圈在被测位移方向上的外边长与两套 振荡线圈两接近边间的距离之和；两套调频振荡电路输出端接所述的振荡频 率读出、运算、非线性校正板。作为本专利技术的进一步的技术方案在该调频变面积电涡流位移传感器中，所述每套调频振荡电路中还包括 高稳定的振荡电容、集成二反向器；所述集成二反向器包括第一反向器和第 二反向器两个反向器；第一反向器的输出端与第二反向器的输入端相接后， 再接一电阻到第一反向器的输入端，由第一反向器的输入端接出一耦合电容， 再接串联的一耦合电阻、 一耦合电容耦合到第二反向器的输出端，由第二反 向器的输出端接一电源电阻到正电源端，由正电源端接一退耦电容到地；同 套调频振荡电路中的两个振荡线圈的同名端相串接，再并联一个振荡电容后 接于由第一反向器的输入端接出的耦合电容与耦合电阻的接点到地之间，决 定振荡频率的大小，调节振荡电容，可调节振荡频率；由第二反向器的输出 端输出振荡方波。在该调频变面积电涡流位移传感器中，所述振荡电路板为一块平板；同 套调频振荡电路的两振荡线圈分别固定在振荡电路板同端的正反面上，两振 荡线圈位置重叠；电涡流目标板为一用高电导率低磁导率材料制成的U形刚 性薄板，包括两个平行设置的边面板和一个垂直连接在两边面板之间的脊面 板，边面板、脊面板均为矩形；振荡电路板平行设置在电涡流目标板的两边面板之间。另一种技术方案在该调频变面积电涡流位移传感器中，所述振荡电路 板包括左振荡电路板、右振荡电路板；同套调频振荡电路的两振荡线圈分别 对应固定在左振荡电路板、右振荡电路板的同端，且两振荡线圈位置平行相 对；电涡流目标板为一用高电导率低磁导率材料制成的矩形平板，平行置于 左振荡电路板、右振荡电路板之间。在该调频变面积电涡流位移传感器中，所述振荡频率读出、运算、非线 性校正板包括两个模拟开关、两个分频器、 一存储有相关处理程序的单片计 算机；所述两模拟开关的输入端分别与两套调频振荡电路的输出端一一对应 相连；两模拟开关的输出端与两分频器的输入端一一对应相连，两分频器将 调频振荡电路输出振荡频率降低一定倍数后通过其输出口输送至单片计算机 的P0 口；所述两模拟开关的开与关由单片计算机的控制端控制。本专利技术的有益效果是-1. 电路元件少，布局简单，成本低；2. 采用频率读数，软件处理方法，实现调频数字化，省掉了通常方案的解 调、差动放大、A/D转换、硬件线性化等硬件，在传输时抗干扰能力强；3. 应用四个矩形扁平传感振荡线圈与电涡流目标板相对位置简单而特别 的设计，完成了温度和接近度补偿；4. 应用单片计算机上的多项式拟和非线性校正，使位移传感器的线性范围 更宽，精度更高。附图说明图1为本专利技术中的调频振荡电路图2为实施例一的结构示意图，图3为实施例一的右视截面图4为实施例二的振荡电路板的展开结构示意图，图5为实施例二的右视截面图； 图6为实施例二的电涡流目标板的结构示意图， 图7为振荡频率读出、运算、非线性校正板的方框图； 图8为振荡频率读出、运算、非线性校正板的硬件配置图。图中1振荡电路板，2电涡流目标板，21左边面板，22右边面板，23 脊面板，4U形非金属连接件，5左振荡电路板，6右振荡电路板，7电涡流 目标板，8非金属连接件，9振荡线圈L1与L2间的串联线，10振荡线圈L3 与L4间的串联线。具体实施例方式本专利技术的两个实施例实施例一是采用一块平面的振荡电路板、 一块U 形的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调频变面积电涡流位移传感器，包括矩形扁平的振荡线圈、与位移测量的非动参考件固定在一起的振荡电路板、与被测移动目标位置相对固定的电涡流目标板；其特征是：还包括一振荡频率读出、运算及非线性校正板；所述振荡电路板上设有两套电路元件相同的调频振荡电路，每套调频振荡电路包括两个振荡线圈；振荡电路板的被测位移方向上的两端，每端粘固着同套调频振荡电路的两个串联振荡线圈且位置平行相对；各振荡线圈的扁平面与电涡流目标板的板面平行，且同套调频振荡电路的两个振荡线圈的扁平面与电涡流目标板的板面之间的垂直接近度相互补偿；电涡流目标板在被测位移方向上的长度为振荡线圈在被测位移方向上的外边长与两套振荡线圈两接近边间的距离之和；两套调频振荡电路输出端接所述的振荡频率读出、运算、非线性校正板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈育青，
申请(专利权)人：济南铁路天龙高新技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]