二维电磁耦合位移传感器的制作方法

本发明涉及传感器领域，特别是涉及一种二维电磁耦合位移传感器。

背景技术：

传感器是一种检测仪器，它能感受到位置坐标的变化并通过电信号或其他形式的信息输出，在当今社会中的应用日益广泛，尤其应用在科学研究领域与工业应用领域中。

申请公布号为cn105783689a，申请公布日为2016.07.20的中国发明专利申请公开了一种非接触型磁力压电式位移传感器，该非接触型磁力压电式位移传感器包括永磁体组a、永磁体组b和压电元件，永磁体a固定在一被测量端，压电元件固定在另一被测量端，永磁体组b固定或连接在压电元件上，永磁体组a和永磁体组b安装时同极相对并保持一定距离。

上述的非接触型磁力压电式位移传感器在使用时，采用磁体同极排斥和压电元件的压电效应相结合的工作原理，永磁体组a和永磁体组b处于相应的距离上时产生相应的排斥力，排斥力作用于压电元件，所述压电元件输出相应的电压信号，根据距离、排斥力和电压信号之间的定量关系实现位移信号到电信号的转换。

光学位移传感器在位移采集过程中可能会由于自然原因如大气的折射率或大气密度变化等问题导致传出的信息不准确，且价格昂贵。磁生电的原理是闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，在导体上就会产生电流的现象叫电磁感应现象，产生的电流叫做感应电流，因此，基于电磁现象的位移传感器不受上述因素的影响。

申请公布号为cn106441062a的发明专利，公开的一种基于双层电磁超材料的线位移传感器，包括上层介质板和下层介质板，上层介质板与下层介质板之间设有空气层，上层介质板面向下层介质板的面上设有具有开口的环形金属线，下层介质板面向上层介质板的面上设有条形金属线。利用金属线间的电磁耦合产生线位移，从而实现对微小线位移变化传感检测。该基于双层电磁超材料的线位移传感器利用金属线间的电磁耦合产生线位移，从而实现对微小线位移变化传感检测。

上述两种位移传感器测量的是两个被测量端之间的间隔，通过间隔的变化确定两个被测量端之间的位移，但是这两种位移传感器只能测量物体一维位移。在工业检测中经常遇到被测物体发生双向位移需要检测，比如检测建筑物的双向地震位移等，如要测量物体的二维位移，需要在两个被测量端之间安装两个一维位移传感器，所需要的安装空间大且测量精度难以保证。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种二维电磁耦合位移传感器，以解决在两个被测量端之间安装两个位移传感器以检测二维位移，所需要的空间大、精度难于保证的问题。

本发明的二维电磁耦合位移传感器的技术方案为：

一种二维电磁耦合位移传感器，包括相互接触的测杆和位移测量板，测杆与位移测量板分别用于与两个被测量端固接；与位移测量板接触的测杆端部内设有永磁体，位移测量板内设有电势采集层；电势采集层包括相互垂直且绝缘隔离的横向金属条和纵向金属条；当两个被测量端发生相对运动时，横向金属条和纵向金属条用于切割永磁体所产生的磁场；横向金属条和纵向金属条分别为多条且交错呈网状布置。

该技术方案的有益效果在于，两个被测量端发生相对移动时，横向金属条和纵向金属条切割永磁体产生的磁场，从而在横向金属条与纵向金属条内产生感应电信号，该二维电磁耦合位移传感器根据各个横向与纵向金属条所产生感应电信号不同，可以确定某时刻永磁体的具体位置，从而确定两个被测量端在两个方向的相对位移，避免了安装两个位移传感器检测二维位移，本发明节省了安装空间，同时因为感应电信号产生的灵敏度高，位移检测精度高。

进一步地，多条横向金属条之间等距排列。便于计算两个被测量端的横向位移。

进一步地，多条纵向金属条之间等距排列。便于计算两个被测量端的纵向位移。

进一步地，所述电势采集层呈圆形布置，电势采集层的外周面上布置有环形挡板。挡板可以对测杆挡止，避免两个被测量端的相对位移超出合理范围。

进一步地，所述位移测量板还包括布置在所述电势采集层底部的导磁承压层，导磁承压层由高导磁的金属板或纤维复合材料板制成，所述位移测量板通过导磁承压层固定在所述被测量端。导磁承压层由高导磁的金属板或纤维复合材料板制成，可提高测杆内永磁体的磁场强度，并提供位移测量板对测杆的引力以保证测量时两者处于接触状态。

进一步地，所述导磁承压层上布置有气泡水平模块，所述气泡水平模块包括固定在导磁承压层上柱形的壳体，壳体内填充有液体和在液体内包含可浮动的气泡。气泡水平模块可以检测位移测量板的水平度。

进一步地，所述位移测量板还包括布置在所述电势采集层表面的耐磨层，所述耐磨层与所述测杆接触。耐磨层可以增强位移测量板的耐磨性，减少电势采集层的磨损，延长该位移传感器的使用寿命。

进一步地，所述测杆包括杆体、设置在杆体一端的接触板和设置在杆体另一端的固定板，接触板、固定板均与所述杆体的轴线垂直，所述永磁体固定在接触板内。固定板便于测杆与被测量端连接，接触板可以增大测杆与位移测量板的接触面积，接触平稳。

附图说明

图1是本发明的二维电磁耦合位移传感器的实施例1的结构示意图；

图2是图1的二维电磁耦合位移传感器的测杆的结构示意图；

图3是图1的二维电磁耦合位移传感器的位移测量板的分层示意图；

图4是图1的二维电磁耦合位移传感器的位移测量板的结构示意图。

其中，100-测杆，101-固定板，102-杆体，103-永磁体，104-接触板，105-螺栓孔，200-位移测量板，201-导磁承压层，202-气泡水平模块，203-螺栓孔，204-挡板，205-导线，211-耐磨层，212-电势采集层，213-横向金属条，214-纵向金属条。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的二维电磁耦合位移传感器的实施例1，如图1至图4所示，该二维电磁耦合位移传感器包括测杆100和与测杆100相对布置的位移测量板200，测杆100和位移测量板200用于分别安装在两个被测量端，测杆100的一端与位移测量板200接触。

测杆100包括杆体102，杆体102的轴向两端分别安装有接触板104和固定板101，接触板104与测杆100一体加工成型，接触板104为圆形板材，接触板104背离杆体102侧的板面与位移测量板200平行。接触板104的中心位置嵌设固定有永磁体103，永磁体103由强永磁合金、稀土永磁或复合永磁材料组成，在使用时，测杆100的接触板与位移测量板200接触。

测杆100通过固定板101与被测量端固定连接。固定板101的板面与杆体102的延伸方向垂直，杆体102与固定板101一体加工成型。固定板101上加工有用于与被测量端连接的螺栓孔105，固定板101与被测量端通过螺栓连接。

位移测量板200包括电势采集层212和分别位于电势采集层212两侧的耐磨层211和导磁承压层201，耐磨层211设置在电势采集层212的表面，耐磨层211可以增强位移测量板200的耐磨性，减少电势采集层212的磨损，延长位移传感器的使用寿命。

位移测量板200通过导磁承压层201与另一被测量端固定连接。导磁承压层201设置在电势采集层212的底部，导磁承压层201整体呈正方形结构，在导磁承压层201的四个角落处分别开设有螺栓孔203，导磁承压层201与另一被测量端通过螺栓固定连接，导磁承压层201使位移电势采集层212具有足够刚度满足测量精度要求。导磁承压层201由高导磁的金属板或纤维复合材料板制成，可提高测杆100内的永磁体103的磁场强度，并提供位移测量板200对测杆100的引力以保证测量时两者处于接触状态。

导磁承压层201的相邻的两个侧边上分别布置有气泡水平模块202，气泡水平模块202包括固定在导磁承压层201上的柱形的壳体，壳体内填充有液体，液体与壳体之间具有空间从而形成可在液体内浮动的气泡。观测两个气泡水平模块202的气泡在壳体内的位置可以检测导磁承压层201是否水平，进而通过转动螺栓调节使导磁承压层201保持水平。气泡水平模块202为现有技术，此处不做详细叙述。

电势采集层212包括相互垂直且绝缘隔离的横向金属条213和纵向金属条214，横向金属条213和纵向金属条214分别有多条，多条横向金属条213之间等距排列，多条纵向金属条214之间等距排列，横向金属条213和纵向金属条214之间相互交错呈网状布置，横向金属条213和纵向金属条214通过导线205与外部电源连接。横向金属条213和纵向金属条214采用铜、铝或银等导电率高的金属材料制成，以减小电阻，感应精度高。

位移测量板200的电势采集层212呈圆形布置，电势采集层212的外周面上布置有环形的挡板204，挡板204的顶面超出电势采集层212以及耐磨层211所在的平面，从而对测杆100进行挡止，避免两个被测量端的相对位移超出合理范围。在其他实施例中，电势采集层212也可以为呈多边形布置；也可以省略挡板204。

本发明的二维电磁耦合位移传感器在使用时，将测杆100的固定板101与一被测量端通过螺栓连接，将位移测量板200的导磁承压层201与另一被测量端通过螺栓连接，根据气泡水平模块202内的气泡位置调整螺栓的长度，并使测杆100的接触板104与位移测量板200的耐磨层211接触，将电势采集层212的横向金属条213和纵向金属条214通过导线205与外部电源连接。当出现外力而使两个被测量端之间发生相对滑移时，根据电磁感应原理，测杆100与位移测量板200的相对位置发生变化，电势采集层212的横向金属条213和纵向金属条214切割永磁体103所产生的磁场，从而在横向金属条213和纵向金属条214内产生感应电信号。根据各个横向金属条213与纵向金属条214产生感应电信号不同，可以确定测杆100上的永磁体103的具体位置，从而确定两个测量端在横向与纵向两个方向的相对位移，对两个被测量端进行定位，安装简单，使用方便，感应电信号产生的灵敏度高，位移检测精度高。

本发明的二维电磁耦合位移传感器的其他实施例中，相邻的横向金属条之间的间距也可以存在固定的差值；相邻的纵向金属条之间的间距也可以存在固定的差值；也可以省略挡板；也可以省略气泡水平模块。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。