电涡流位移传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电涡流位移传感器，包括探头和前置器，探头与前置器连接，探头包括主探头线圈和金属外壳，主探头线圈位于金属外壳围成的空腔内，探头还包括补偿探头线圈、金属挡板和屏蔽金属体，屏蔽金属体位于补偿探头线圈和主探头线圈之间；补偿探头线圈位于由金属外壳、屏蔽金属体以及金属挡板形成的封闭空间内，与金属挡板的相对位置固定；补偿探头线圈和主探头线圈采用相同的材料和绕制方式，并且具有相同的电学参数；前置器包括差分减法电路，差分减法电路用于处理主探头线圈的输出信号和补偿探头线圈的输出信号。其有效地抑制了在高精度磁悬浮系统中电涡流位移传感器探头的温漂问题。
【专利说明】电涡流位移传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及传感器，特别是涉及一种电涡流位移传感器。
【背景技术】
[0002]电涡流位移传感器是基于电涡流效应建立的，属于特殊的电感传感器。由于探头的金属特性，探头的阻抗会随温度的变化而变化，因此，在探测金属体时容易受到温度的影响，引起传感器的温度漂移问题，从而使得电涡流传感器的测量精度降低。
[0003]针对电涡流位移传感器的温漂特性，一般的解决方法包括:1.采用设置温度传感器的方法，实验得到传感器输出电压与温度变化的关系，从而通过软件或硬件的方法对传感器探头温漂进行补偿。2.探头线圈采用温漂漂移系数小的材料，从而来减少传感器探头的温漂。虽然这些方法能够起到一定的抑制温漂的效果，但是在一些高精度的磁悬浮系统中，仍然不能够满足要求。
实用新型内容
[0004]基于此，有必要针对在高精度磁悬浮系统中工作的电涡流位移传感器的温漂问题，提供一种有效降低温漂的电涡流位移传感器。
[0005]为实现本实用新型目的提供的一种电涡流位移传感器，包括探头和前置器，所述探头与所述前置器电连接，所述探头包括主探头线圈和金属外壳，所述主探头线圈位于所述金属外壳围成的空腔内，用于感测被测金属体的位移变化，所述探头还包括补偿探头线圈、金属挡板和屏蔽金属体，所述屏蔽金属体位于所述补偿探头线圈和所述主探头线圈之间；所述补偿探头线圈位于由所述金属外壳、屏蔽金属体以及金属挡板形成的封闭空间内，与所述金属挡板的相对位置固定；
[0006]所述补偿探头线圈和所述主探头线圈采用相同的材料和绕制方式，并且具有相同的电学参数；
[0007]所述前置器包括差分减法电路，所述差分减法电路用于处理所述主探头线圈的输出信号和所述补偿探头线圈的输出信号。
[0008]在其中一个实施例中，所述屏蔽金属体的材料为高效导热材料。
[0009]在其中一个实施例中，所述主探头线圈与所述金属外壳、所述屏蔽金属体之间的空隙采用高温绝缘胶填充。
[0010]在其中一个实施例中，所述补偿探头线圈与所述金属外壳、所述屏蔽金属体以及所述金属挡板之间的空隙采用高温绝缘胶填充。
[0011]在其中一个实施例中，所述前置器还包括激励发生电路、主振荡电路、补偿振荡电路、第一检波滤波放大电路以及第二检波滤波放大电路；
[0012]所述激励发生电路分别与所述主振荡电路的输入端和补偿振荡电路的输入端电连接；
[0013]所述主振荡电路的输出端与所述第一检波滤波放大电路的输入端电连接，所述补偿振荡电路的输出端与所述第二检波滤波放大电路的输入端电连接；
[0014]所述第一检波滤波放大电路的输出端以及第二检波滤波放大电路的输出端均与所述差分减法电路的输入端连接。
[0015]在其中一个实施例中，所述激励发生电路用于产生激励信号，所述激励信号为正弦波。
[0016]在其中一个实施例中，所述主振荡电路包括第一电容器，所述第一电容器与所述主探头线圈并联。
[0017]在其中一个实施例中，所述补偿振荡电路包括第二电容器，所述第二电容器与所述补偿探头线圈并联。
[0018]在其中一个实施例中，所述第一电容器和所述第二电容器均为可调电容器。
[0019]本实用新型公开的一种电涡流位移传感器，通过在探头增设一金属挡板及用于感测金属挡板位移变化的补偿探头线圈，在保证补偿探头线圈与金属挡板之间的距离一定时，采用前置器中的差分减法电路对补偿探头线圈所感测到的金属挡板位移变化的交变信号和主探头线圈所感测到的被测金属体位移变化的交变信号进行减法处理，由于补偿探头线圈和主探头线圈采用相同的材料和绕制方式，并且具有相同的电学参数，因而经差分减法电路处理后的交变信号排除了温度对测试结果的影响，只包含主探头线圈与被测金属体位移变化参数的交变信号，从而有效地减小了测量过程中的误差，更好地抑制了在高精度磁悬浮系统中电涡流位移传感器探头的温漂问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型电涡流位移传感器探头一具体实施例示意图；
[0021]图2为本实用新型电涡流位移传感器的前置器电路示意图。
【具体实施方式】
[0022]为使本实用新型更加清楚明白，以下结合具体实施例及附图对本实用新型作进一步的详细说明。
[0023]参见图1和图2，为实现本实用新型目的提供的一种电涡流位移传感器，包括探头100和前置器200，探头100与前置器200连接，探头100包括主探头线圈110和金属外壳120，主探头线圈110位于所述金属外壳120围成的空腔内，用于感测被测金属体300的位移变化，探头100还包括补偿探头线圈130、金属挡板140和屏蔽金属体150，屏蔽金属体150位于补偿探头线圈130和主探头线圈110之间；补偿探头线圈130位于由金属外壳120、屏蔽金属体150以及金属挡板140形成的封闭空间内，与金属挡板140的相对位置固定；
[0024]补偿探头线圈130和主探头线圈110采用相同的材料和绕制方式，并且具有相同的电学参数；
[0025]前置器200包括差分减法电路，差分减法电路用于处理主探头线圈110的输出信号和补偿探头线圈130的输出信号。
[0026]电涡流位移传感器所采用的是感应电涡流的原理，主探头线圈110有效阻抗的变化主要和被测金属体300的磁导率、电导率、主探头线圈110的几何尺寸，几何形状、圈数、以及主探头线圈110与被测金属体300之间的垂直距离S2有关，当主探头线圈110的材料、绕制方式及被测金属体300确定时，主探头线圈110有效阻抗的变化则只和主探头线圈110与被测金属体300之间的垂直距离S2有关，但是由于电涡流位移传感器很容易受到温度T的影响，因此，实际中，主探头线圈110的有效阻抗则为温度T和垂直距离S2的双值函数关系；同理，补偿探头线圈130的有效阻抗则与温度T和补偿探头线圈130与金属挡板140之间的垂直距离SI相关，又因为该垂直距离SI固定，所以，补偿探头线圈130有效阻抗的变化主要与温度T相关。
[0027]因此，将主探头线圈110有效阻抗的变化与补偿探头线圈130有效阻抗的变化通过前置器200中的差分减法电路进行减法处理，即可得到主探头线圈110所输出的信号随主探头线圈110与被测金属体300之间的垂直距离SI的变化关系，采用该方法所得到的结果精确度更高，误差更小，因而有效地抑制了在高精度磁悬浮系统中，温度对电涡流位移传感器输出信号的影响，克服了电涡流位移传感器探头的温漂问题。
[0028]较佳地，作为本实用新型的一种可实施方式，用于隔离主探头线圈110和补偿探头线圈130的屏蔽金属体150的材料为高效导热材料，这就使得主探头线圈110的周围环境温度与补偿探头线圈130的周围环境温度保持一致。从而使得主探头线圈110中影响其有效阻抗的温度参数与补偿探头线圈130中影响补偿探头线圈130有效阻抗的温度参数相同或相近。
[0029]较佳地，主探头线圈110与金属外壳120、屏蔽金属体150之间的空隙采用高温绝缘胶填充，有效的将主探头线圈110固定住，防止在测试过程中操作不当导致主探头线圈110位置发生变化，保证了测试结果的准确性。
[0030]较佳地，补偿探头线圈130与金属外壳120、屏蔽金属体150以及金属挡板140之间的空隙采用高温绝缘胶填充，有效地将补偿探头线圈130固定在金属外壳120、屏蔽金属体150以及金属挡板140所围成的封闭空间内，同时，还有效的避免了周围环境对补偿探头线圈120产生干扰，保证了测量结果的精确性。
[0031]参见图2，由于采用前述电涡流位移传感器克服探头温漂问题，需要将主探头线圈110输出的信号和补偿探头线圈130输出的信号进行减法处理，因此该前置器，包括差分减法电路，该差分减法电路用于处理电涡流位移传感器探头100的输出信号。
[0032]作为本实用新型的一种可实施方式，电涡流位移传感器探头100的输出信号包括主探头线圈110的输出信号和补偿探头线圈130的输出信号。通过该差分减法电路对主探头线圈110的输出信号和补偿探头线圈130的输出信号进行减法处理，从而消除了温度T对主探头线圈110输出信号的影响，输出只包含被测金属体位移变化参数的交变信号，步骤简单，易于实现。
[0033]较佳地，前置器还包括激励发生电路、主振荡电路、补偿振荡电路、第一检波滤波放大电路以及第二检波滤波放大电路；
[0034]激励发生电路分别与主振荡电路的输入端和补偿振荡电路的输入端电连接；
[0035]主振荡电路的输出端与第一检波滤波放大电路的输入端电连接，补偿振荡电路的输出端与第二检波滤波放大电路的输入端电连接；
[0036]第一检波滤波放大电路的输出端以及第二检波滤波放大电路的输出端均与差分减法电路的输入端电连接。
[0037]激励发生电路产生激励信号，并将激励信号输入到主振荡电路及补偿振荡电路，主振荡电路及补偿振荡电路在激励信号的作用下，分别产生交变磁场，所产生的交变磁场分别与被测金属体300和金属挡板140感应，产生交变信号，主振荡电路及补偿振荡电路将产生的交变信号分别输送给第一检波滤波放大电路和第二检波滤波放大电路，经检波、滤波及放大处理后，同时输送给差分减法电路进行减法处理，从而得到无干扰量的交变信号。
[0038]值的说明的是，激励发生电路所产生的激励信号为正弦波。
[0039]主振荡电路包括第一电容器Cz，第一电容器Cz与主探头线圈(Lz)110并联，因此，主振荡电路产生的交变信号的振幅Uz与主探头线圈(Lz)IlO的有效阻抗成正比，进而经第一检波滤波放大电路处理后的交变信号的振幅Uzo只包含垂直距离S2和温度T两个变量。
[0040]其中，需要说明的是主探头线圈110与图2中的Lz为同一部件。
[0041]补偿振荡电路包括第二电容器Cb，第二电容器Cb与补偿探头线圈(Lb)140并联，因而，补偿振荡电路产生的交变信号的振幅Ub与补偿探头线圈140的有效阻抗成正比，进而经第二检波滤波放大电路处理后的交变信号的振幅Ubo只包含温度T变量。
[0042]其中，需要说明的是补偿探头线圈140与图2中的Lb为同一部件。
[0043]较佳地，第一电容器Cz和第二电容器Cb均为可调电容器，因此，可通过调节第一电容器Cz和第二电容器Cb的大小来分别改变主振荡电路及补偿振荡电路的振荡频率。
[0044]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种电涡流位移传感器，包括探头和前置器，所述探头与所述前置器电连接，所述探头包括主探头线圈和金属外壳，所述主探头线圈位于所述金属外壳围成的空腔内，用于感测被测金属体的位移变化，其特征在于: 所述探头还包括补偿探头线圈、金属挡板和屏蔽金属体，所述屏蔽金属体位于所述补偿探头线圈和所述主探头线圈之间；所述补偿探头线圈位于由所述金属外壳、屏蔽金属体以及金属挡板形成的封闭空间内，与所述金属挡板的相对位置固定； 所述补偿探头线圈和所述主探头线圈采用相同的材料和绕制方式，并且具有相同的电学参数； 所述前置器包括差分减法电路，所述差分减法电路用于处理所述主探头线圈的输出信号和所述补偿探头线圈的输出信号。
2.根据权利要求1所述的电涡流位移传感器，其特征在于，所述屏蔽金属体的材料为高效导热材料。
3.根据权利要求1所述的电涡流位移传感器，其特征在于，所述主探头线圈与所述金属外壳、所述屏蔽金属体之间的空隙采用高温绝缘胶填充。
4.根据权利要求1所述的电涡流位移传感器，其特征在于，所述补偿探头线圈与所述金属外壳、所述屏蔽金属体以及所述金属挡板之间的空隙采用高温绝缘胶填充。
5.根据权利要求1所述的电涡流位移传感器，其特征在于，所述前置器还包括激励发生电路、主振荡电路、补偿振荡电路、第一检波滤波放大电路以及第二检波滤波放大电路； 所述激励发生电路分别与所述主振荡电路的输入端和补偿振荡电路的输入端电连接; 所述主振荡电路的输出端与所述第一检波滤波放大电路的输入端电连接，所述补偿振荡电路的输出端与所述第二检波滤波放大电路的输入端电连接； 所述第一检波滤波放大电路的输出端以及第二检波滤波放大电路的输出端均与所述差分减法电路的输入端电连接。
6.根据权利要求5所述的电涡流位移传感器，其特征在于，所述激励发生电路用于产生激励信号，所述激励信号为正弦波。
7.根据权利要求5所述的电涡流位移传感器，其特征在于，所述主振荡电路包括第一电容器，所述第一电容器与所述主探头线圈并联。
8.根据权利要求5所述的电涡流位移传感器，其特征在于，所述补偿振荡电路包括第二电容器，所述第二电容器与所述补偿探头线圈并联。
9.根据权利要求7或8所述的电涡流位移传感器，其特征在于，所述第一电容器和所述第二电容器均为可调电容器。
【文档编号】G01B7/02GK203489834SQ201320598884
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】黄辉, 胡余生, 陈东锁, 牛高产, 贺永玲, 郭伟林 申请人:珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司