基于磁感應傳感器的高精度直線位移檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及直線位移檢測領域，特別是涉及一種基于磁感應傳感器的高精度直線位移檢測裝置。
【背景技術】
[0002]應用領域
[0003]機械制造應用簡介
[0004]直線位移傳感器在機械制造行業(yè)廣泛應用于測量產(chǎn)品尺寸和機械運動位移，正是有了這些位移傳感器，才能夠?qū)Ρ粶y的長度與位置信息進行準確可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，一切準確的測試與控制才能實現(xiàn)。
[0005]石油應用簡介
[0006]石油化工行業(yè)，不僅應用了大量的流量、壓力、溫度等傳感器，也應用了大量的直線位移傳感器。直線位移傳感器能測量機械位移，液壓油缸活塞與汽缸活塞的位置，還能測量化工容器、油罐液位。
[0007]交通應用簡介
[0008]應用高精度的直線位移傳感器，為軋制鋼軌提供自動化量測器具。在軌道列車運行的過程中，應用直線位移傳感器可以精確定位列車的?？奎c。船舶上的船用鍋爐水位檢測、燃油油位檢測、艙底污水檢測、以及特殊船舶如散裝化學品運輸船的液艙液位遙測與溢流控制、油船的油位檢測與溢流控制等均需應用位移傳感器。在航空工業(yè)，也應用了多種位移傳感器，如飛機燃油油位測量，機翼角度與位置測量，起落架位置測量等。
[0009]水利水電應用簡介
[0010]水利水電行業(yè)閘門用以調(diào)節(jié)流量，控制上、下游水位、泄放洪水、排除泥沙或漂浮物等。閘門開度大小是閘門自動控制的關鍵數(shù)據(jù)之一，閘門開度的大小將直接影響水資源的調(diào)配與計量，其閘門行程由直線位移傳感器測量得到，測量方式有測量油缸行程轉(zhuǎn)換為閘門行程的間接測量方式和直接測量閘門行程等。位移傳感器安裝形式有油缸內(nèi)置式、油缸外置式、閘門門沿布置方式和支臂間接測量安裝方式等。
[0011]目前高精度直線位移檢測領域各種技術產(chǎn)品與安裝方法
[0012](I)光柵尺位移傳感器及安裝結(jié)構(gòu)
[0013]光柵尺位移傳感器經(jīng)常應用于機床與現(xiàn)代加工中心以及測量儀器等方面，可用作直線位移或者角位移的測量。其輸出測量信號為數(shù)字脈沖。在數(shù)控機床中常用于對刀具和工件的坐標進行檢測，來觀察和跟蹤走刀軌跡，以完成按設計圖樣自動精確加工目標工件的目的，常用于數(shù)控銑床、數(shù)控車床和CNC數(shù)控加工中心。
[0014]光柵尺由標尺光柵與光柵讀數(shù)頭兩部分組成。標尺光柵一般固定在活動部件上，光柵讀數(shù)頭安裝在固定部件上，指示光柵配裝在光柵讀數(shù)頭中。光柵尺位移傳感器用于銑床上安裝結(jié)構(gòu)參見圖1、圖2和圖3，其中，圖1是銑床正視圖，圖2是銑床側(cè)視圖，圖3是光柵安裝在工作臺的局部放大圖。銑床工作臺在x、y、z軸方向都可移動，故在x、y、z軸方向上都裝有位移檢測光柵尺。標尺光柵4(三軸方向各有一標尺)固定在工作臺5或移動導軌上，光柵讀數(shù)頭3固定在相對標尺光柵不可移動的導軌支座2上。以工作臺5在X軸上移動為例，工作臺5在導軌支座2上方，通過絲桿運動，使得標尺光柵4與光柵讀數(shù)頭3也相對移動，從而光柵讀數(shù)頭3解析得到工作臺5的位移量，該位移量在光柵控制儀表8上顯示并參與工作臺5在X軸上位移控制。同樣y軸和z軸的位移量也是分別通過在I軸和z軸方向的光柵尺解析得到。以得到的位移量作為控制基礎就能自動調(diào)配合理切削量以加工出高精度的零件。
[0015](2)超聲波、雷達液位傳感器及安裝結(jié)構(gòu)
[0016]超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波脈沖以聲波速度傳播，從發(fā)射到接收到超聲波脈沖所需時間間隔與換能器到被測介質(zhì)表面的距離成正比。雷達液位傳感器與超聲波傳感器的工作原理極其相似。超聲波、雷達液位傳感器常用于各種常壓儲罐，小型儲罐和小型容器，泵提升站，廢水儲槽等。
[0017]以常壓油儲罐為例，用超聲波、雷達液位傳感器來探測油位的高低，圖4是大型儲罐的主視圖，超聲波、雷達液位傳感器13安裝于大型儲罐11的頂部，探測器垂直于儲罐底部安裝。將超聲波、雷達液位傳感器輸出信號接入顯示儀表，就可以準確知道油位的高低。
[0018](3)磁致伸縮傳感器及安裝結(jié)構(gòu)
[0019]磁致伸縮位移傳感器的電子室和波導管相對固定，被測部件帶動套裝在波導管上的磁環(huán)移動，測量過程是由傳感器的電子室內(nèi)產(chǎn)生超聲波脈沖，該超聲波脈沖在波導管內(nèi)按固定速度傳輸，當該脈沖波束與磁場相交時，波導管產(chǎn)生局部磁致伸縮效應，一束應變機械波脈沖信號回傳電子室，由于這個應變機械波脈沖信號在波導管內(nèi)的傳輸時間和活動磁環(huán)與電子室之間的距離成正比，通過測量時間，就可以高度精確地確定磁環(huán)與電子室的距離。磁致伸縮位移傳感器應用于液壓油缸、汽缸、閘門、工程機械、液位等位移測量。
[0020]圖5為磁致伸縮位移傳感器內(nèi)置安裝液壓油缸結(jié)構(gòu)圖，磁致伸縮位移傳感器分為感應尺16與環(huán)形磁鋼15組成。感應尺16密封安裝在油缸缸體14內(nèi)部，環(huán)形磁鋼15安裝在油缸活塞上，環(huán)形磁鋼15套裝于感應尺16上。當油缸活塞17運動時，會帶動環(huán)形磁鋼15運動，環(huán)形磁鋼15與感應尺16相對運動，通過磁致伸縮感應原理，就會解析出油缸活塞17的運動位移。
[0021 ] 高精度直線位移傳感器目前應用比較多的就是以上三種，并還有其它如電感式高精度位移傳感器、電容式高精度位移傳感器、電阻式高精度位移傳感器、激光高精度位移傳感器、LVDT差動變壓器式位移傳感器等。電阻式位移傳感器是觸點式位移傳感器，容易造成機械磨損，機械壽命短，不適合長時間的使用。電感式、電容式和LVDT差動變壓器式傳感器是無觸點式傳感器，無機械磨損，但測量大范圍時精度不高，只適合小范圍的測量，不適用于大范圍的高精度測量，并且對激勵電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高，不適用于高頻動態(tài)測量。
[0022]而如前所述的光柵、磁柵位移傳感器雖然可以測量大范圍的高精度的直線位移，但是對環(huán)境的使用要求比較高，不能用在有水蒸氣和有水浸泡的環(huán)境，不能劇烈震動，不能用在腐蝕強烈的地方。另外，光柵、磁柵位移傳感器運用非絕對式編碼檢測原理，掉電后移位數(shù)據(jù)無法保存，會造成數(shù)據(jù)誤差，使用環(huán)境受限。超聲波、雷達位移傳感器大量用于液位測量，超聲波測量有盲區(qū)，盲區(qū)大概0.5米，在測量大范圍時，分辨率在毫米級，不能測量高精度微米級的液位。磁致伸縮位移(液位)傳感器也是運用時間精確計數(shù)的方法測量高精度的位移，在測量長量程的位移時，由于量程越長會造成整體的線性誤差越大，只適合用于三米以下的量程，而三米以上的量程會由于誤差過大造成測量精度下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]本發(fā)明的目的是為了克服上述【背景技術】的不足，提供一種基于磁感應傳感器的高精度直線位移檢測裝置，具有安裝方便、高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性、使用壽命長、結(jié)構(gòu)精巧、環(huán)境適應性強、隔離防爆的特點。
[0024]本發(fā)明提供的一種基于磁感應傳感器的高精度直線位移檢測裝置，包括分別固定于具有相對位移功能的第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)上的靜磁柵源和靜磁柵尺，所述靜磁柵源和靜磁柵尺相對設置，所述靜磁柵源設有永磁體，所述靜磁柵尺上設有多個與永磁體相感應的磁感應元件、且磁感應元件和永磁體之間隔有一段距離，所述靜磁柵尺與計算機相連。
[0025]在上述技術方案中，所述裝置采用差分算法原理進行測量物體相對某一基準位移量的計算，具體公式如下:S = Ua1+...+8^)/111+03+..+1^2)/112+((^+-+(^3)/113+((^+...+dn4) /n4+…+ (ki+...+knk) /nk) /k*L，其中，S為不同狀態(tài)下基于磁感應傳感器的高精度直線位移檢測裝置的位移數(shù)據(jù)，k為靜磁柵源中永磁體的數(shù)量，nl、n2…nk分別為每個永磁體感應對應的靜磁柵尺上的磁感應元件的數(shù)量，aP a^anl分別表示永磁體一感應對應的各個磁感應元件，bp Ivbn2分別表示永磁體二感應對應的各個磁感應元件，c P (V..cn3分別表示永磁體三感應對應的各個磁感應元件，dP (V..dn4分別表示永磁體四感應對應的各個磁感應元件，…，k0 lv..knk分別表示第K個永磁體感應對應的各個磁感應元件，L為各個磁感應元件之間的距離。
[0026]在上述技術方案中，k為大于I的自然數(shù)。
[0027]在上述技術方案中，所述裝置采用差分算法原理進行測量物體相對某一基準位移量的計算，具體公式如下:S =