专利名称：高性能位移传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属位移传感器件领域，尤其涉及一种具有高精度、低漂移等特点的高性能位移传感器。
背景技术：
位移传感器是应用最多的传感器之一，在自动检测技术中占有很重要的地位，在很多领域都得到了广泛的应用。用于位移测量的传感器的种类很多，电子原理的有电阻式、电容式、电位器式、电感式等，光学原理的有光栅式、光电式、光纤式等。上述原理的位移传感器，有些只能满足低精度要求的测量条件，有些只能应用在实验室条件下。然而在有些较为特殊的应用场合，不但要求位移传感器具有较高的测量精度，同时又要求传感器能够胜任恶劣的工作环境。一般模拟型位移传感器由于受线圈缠绕方式及模拟电路的局限，导致 传感器线性区间短、非线性误差偏大，难以满足宽量程、高精度的测量方式。
实用新型内容本实用新型旨在克服现有技术的不足之处而提供一种线性区间长，非线性误差小，环境适应性强，测量精度理想的高性能位移传感器。为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的一种高性能位移传感器，它包括模拟信号处理�？�、信号调理�？榧爸悄苁执砟？椋凰瞿Ｄ庑藕糯砟？榈男藕糯涠丝诰藕诺骼砟？橛胫悄苁执砟？榈男藕糯涠丝谙嘟印Ｗ魑恢钟叛》桨福臼涤眯滦退瞿Ｄ庑藕糯砟？榭刹捎肁D598模块。作为另一种优选方案，本实用新型所述智能数字处理�？椴捎肕CU处理�？椋远阅Ｄ獠饬啃藕沤蟹侄蜗咝曰ㄒ菩拚拔露炔钩�。进一步地，本实用新型所述信号调理�？榘ㄐ藕徘ㄒ撇糠�、信号放大部分及信号滤波部分；所述信号迁移部分的信号传输端口经信号放大部分与信号滤波部分的信号传输端口相接。与现有技术相比，本实用新型具有如下特点(1)量程宽与精度高模拟型位移传感器由于受线圈缠绕方式及模拟电路的局限，导致传感器线性区间短、非线性误差偏大，难以满足宽量程、高精度的测量方式。利用MCU单元对模拟测量信号进行分段线性化迁移修正，从而使整个量程线性化程度明显提升，整机线性度可由原来的O. 2%提高到O. 05%以上。线性区间范围也比模拟测量方式提高30%以上。(2)抗振动性能突出传感器的整体设计包括传感器的外壳、线圈骨架、线圈、电路板支架和拉杆部分。为满足抗振动(35g)冲击(IOOg)的要求，传感器的骨架及测量拉杆以及其它金属连接部件全部采用激光焊接方式，使整机具有优良的刚性强度，确保满足高可靠、抗振动、冲击要求。线路板上的元件全部采用耐高温、低漂移优质贴片元器件，电路板上没有可调电位器。线圈、信号引出线采用耐高温防火棉固定，整个电路板及电子线路采用耐高温硅橡胶固定防护。连接螺纹口全部加注螺纹胶紧固。[0010](3)宽温区与低漂移特性传感器的工作温度温度范围为-50°c 125°C，工作温度变化范围宽，由此带来的温度漂移量也很大。温度漂移主要来自传感器线圈部分及电子线路部分。如不采取妥善补偿措施，将会严重影响传感器输出的稳定性。模拟输出型位移传感器尽管已采取温度补偿网络进行温度漂移补偿，但由于传感器的工作温度范围过宽，无法做到分段精密补偿。本方案通过MCU测控单元对传感器的环境温度进行实时在线监测，计算出实测输出值与理想值之间的偏移量，以此偏移量对传感器的输出进行精密补偿，从而能达到十分理想的温度补偿效果，温度漂移指标由原来的O. 18%0 F. S /0C，可提高到O. 03% F. S /°C 以上。(4)密封防护特性为满足盐雾、稳态湿热、浸溃等环境试验的要求，首先在传感器的壳体材料上，选取耐腐蚀、抗盐雾的不锈钢材料，金属连接部件全部采用激光焊接方式全密封焊接。壳体的螺纹部分采取胶圈密封防护。在传感器的线圈、引出线、电路部分采用三防漆、耐温防水硅胶等加以封灌防护。
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以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。图I为差动变压器工作原理图。图2为差动变压器位移与输出特性关系图。图3为本实用新型的电路原理框图。图4为本实用新型信号调理�？榈缏吩砜蛲�。
具体实施方式
本实用新型系依据差动变压器原理制成。差动变压器是一种将机械位移转换为电信号的电磁感应式位移传感器，因为这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组都用差动形式连接，所以又叫差动变压器。它由一个初级线圈、两个次级线圈及铁芯构成。线圈中的铁芯是用来在线圈中连接磁力线构成磁路。当在初级线圈上施加激励交流电压Uin时，根据电磁原理，在次级线圈上就会产生感应电压，把两个次级线圈反极性串接，由于两个次级线圈输出电压Uoti和Uom2相位相反，将二者叠加后，在输出端就产生了电位差Utot，参见图I所示。当铁芯处于中心对称位置时，Uouti= U_，叠加后的输出电位Uot=O,而当铁芯随被测物移动产生位移时O。差动变压器位移与输出特性关系如图2所示，在一定的范围内，Uom的大小与铁芯距离中心对称位置的位移量成正比，可以将这段区间做为传感器的有效线性工作区间。据此，通过检测Uom.输出值的大�。憧烧鬯愠鱿喽杂Φ奈灰票浠浚饩褪遣疃溲蛊鹘滴灰屏孔怀傻缪故涑鲂藕诺墓ぷ髟�。本实用新型位移传感器硬件电路分为模拟信号处理电路和智能数字处理电路两部分。模拟信号处理电路的设计包括交流激励电路的设计、整流滤波电路设计、信号放大、迁移、滤波电路设计等；智能数字处理�？槭怯蒑CU、外围电路及通讯接口电路等组成。参见图3所示，高性能位移传感器，它包括模拟信号处理�？�、信号调理�？榧爸悄苁执砟？椋凰瞿Ｄ庑藕糯砟？榈男藕糯涠丝诰藕诺骼砟？橛胫悄苁执砟？榈男藕糯涠丝谙嘟�。[0021]本实用新型所述模拟信号处理�？椴捎肁D598模块。本实用新型所述智能数字处理�？椴捎肕CU处理模块，以对模拟测量信号进行分段线性化迁移修正及温度补偿。参见图4所示，本实用新型所述信号调理�？榘ㄐ藕徘ㄒ撇糠�、信号放大部分及信号滤波部分；所述信号迁移部分的信号传输端口经信号放大部分与信号滤波部分的信号传输端口相接。I、模拟信号处理�？榈淖槌杉肮δ鼙臼涤眯滦痛衅鞯哪Ｄ庑藕糯砟？樯杓瓢ˋD598专用电路设计以及外围辅助电路设计。其中AD598是模拟信号处理电路的关键部件，该部件集信号激励、整流滤波、稳压保护、放大迁移等功能于一体，可满足传感器高精度、高稳定性的技术要求。外围辅助电路主要由过压保护电路、滤波电路、温度补偿电路等部分组成。传感器的激励频率也是影响传感器性能的关键参数。为保证传感器整机具有良好的动态响应特性，同时又具有良好的抗干扰能力，将激励信号频率调整为5KHz。通过对元器件一致性的筛选以及阻容参数的合理搭配，确保了激励信号的波形质量，从而为提高传感器整机的综合性能奠定了基础。 2、信号放大部分、信号迁移部分及信号滤波部分设计该部分电路如图4所示，其作用是将AD598输出信号进行进一步的信号迁移、放大、滤波处理，使其输出满足本项目技术指标要求。为保证传感器的信号输出符合技术指标要求的IV 8V输出形式，需在信号的迁移、放大、滤波环节进行放大、迁移处理。通过周密设计、精心调试，确保了传感器处于最佳线性工作区间，信号输出形式符合技术指标要求，输出信号的交流噪声也控制在理想程度，以保证传感器输出信号的稳定性，提高整机的抗干扰能力。3、智能数字处理�？樯杓莆迪治灰拼衅鞲咦既范�、低漂移、可变量程等技术要求，本方案设计采用以高速C8051F12xCPU为核心配以相应外部电路组成的嵌入式硬件系统。位移位传感器充分发掘了嵌入式微处理器的资源，将数据更新速度提高到毫秒数量级。普通模拟型位移传感器由于受线圈缠绕方式及模拟电路的局限，导致传感器线性区间短、非线性误差偏大，难以满足宽量程、高精度的测量方式。利用MCU单元对模拟测量信号进行分段线性化迁移修正，从而使整个量程线性化程度明显提升，整机线性度可由原来的2%。提高到O. 5%。以上。线性区间范围也比模拟测量方式提高30%以上；传感器的工作温度范围为-50°C 125°C，由于传感器的工作温度变化范围宽，由此带来的温度漂移量也很大。模拟输出型位移传感器虽采取温度补偿网络进行温度漂移补偿，但由于传感器的工作温度范围过宽，无法做到分段精密补偿。本设计方案通过MCU测控单元对传感器的环境温度进行实时在线监测，计算出模拟输出值与理想输出值之间的偏移量，再进行温度补偿，从而极大改善了位移传感器在整个温度范围内的温度特性曲线，温度漂移指标由原来的O. 18% F. S /0C，可提高到O. 05%。F. S /°C以上；对于模拟型位移传感器，传感器的量程范围及输出值是固定不变的，从而影响了位移传感器的通用性。对于智能型位移传感器，可根据实际工况需要动态调整，其量程范围及上下限输出值可完全通过485通讯方式任意设定，因此，增强了传感器的适用范围。4、位移传感器结构设计传感器为满足传感器抗强振动、冲击以及承受盐雾、稳态湿热、浸溃等环境试验的要求，传感器外部壳体、骨架及其它连接部件全部采用316L不锈钢材料加工制作，所有金属连接部件均采用激光焊接方式全密封焊接，一方面保障传感器整机具有足够的连接强度，同时又保证整机具有良好的密封防护性能。传感器的探测拉杆采用3YC51不锈钢加工制作，并且采用高温蘸火加工工艺，从而进一步提高探测拉杆的耐磨强度。为保证传感器具有良好的线性特性，在结构设计上，经反复摸索试验，确定了最佳线圈骨架长度，同时将线圈封装在由纯铁加工而成的护管内，一方面保证了传感器具有足够线性区间，同时也进一步加强了传感器抗电磁干扰能力。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种高性能位移传感器，其特征在于，包括模拟信号处理�？�、信号调理模块及智能数字处理�？椋凰瞿Ｄ庑藕糯砟？榈男藕糯涠丝诰藕诺骼砟？橛胫悄苁执砟？榈男藕糯涠丝谙嘟�。
2.根据权利要求I所述的高性能位移传感器，其特征在于所述模拟信号处理�？椴捎肁D598�？�。
3.根据权利要求2所述的高性能位移传感器，其特征在于所述智能数字处理�？椴捎肕CU处理�？椋远阅Ｄ獠饬啃藕沤蟹侄蜗咝曰ㄒ菩拚拔露炔钩�。
4.根据权利要求3所述的高性能位移传感器，其特征在于所述信号调理�？榘ㄐ藕徘ㄒ撇糠�、信号放大部分及信号滤波部分；所述信号迁移部分的信号传输端口经信号放大部分与信号滤波部分的信号传输端口相接。
专利摘要本实用新型属于位移传感器件领域，尤其涉及一种具有高精度、低漂移等特点的高性能位移传感器，它包括模拟信号处理�？�、信号调理�？榧爸悄苁执砟？椋凰瞿Ｄ庑藕糯砟？榈男藕糯涠丝诰藕诺骼砟？橛胫悄苁执砟？榈男藕糯涠丝谙嘟樱凰瞿Ｄ庑藕糯砟？椴捎肁D598模块；所述智能数字处理�？椴捎肕CU处理�？椋远阅Ｄ獠饬啃藕沤蟹侄蜗咝曰ㄒ菩拚拔露炔钩ィ凰鲂藕诺骼砟？榘ㄐ藕徘ㄒ撇糠帧⑿藕欧糯蟛糠旨靶藕怕瞬ú糠郑凰鲂藕徘ㄒ撇糠值男藕糯涠丝诰藕欧糯蟛糠钟胄藕怕瞬ú糠值男藕糯涠丝谙嘟印１臼涤眯滦途哂邢咝郧涑ぃ窍咝晕蟛钚。肪呈视π郧浚饬烤壤硐氲忍氐�。
文档编号G01B7/02GK202614174SQ20122018303
公开日2012年12月19日 申请日期2012年4月27日 优先权日2012年4月27日
发明者李永清, 刘妍, 彭春文, 张建, 芦越栋, 胡竞, 刘玉梅, 孙宇辉, 金志东, 蒋伯华 申请人:沈阳仪表科学研究院, 沈阳汇博自动化仪表有限公司
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