磁致伸縮位移傳感器及所適用的位移測量裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁致伸縮位移傳感器及所適用的位移測量裝置。其中，所述傳感器包括：帶有外接接口的外殼；其中，所述外接接口包括用于與波導絲電連接的電氣接口；由所述外殼伸入殼內(nèi)的波導絲管道；在所述外殼內(nèi)且所述波導絲管道旁設有回波檢出單元，用于通過感應伸入波導絲管道內(nèi)的波導絲在磁致伸縮時對所述波導絲周圍磁場的擾動，得到相應的回波脈沖信號；與所述回波檢出單元電連接的位移測量單元，用于基于所述回波脈沖信號、與預先確定的產(chǎn)生所述機械波的發(fā)射脈沖信號之間的時間差，測量位移信息。本發(fā)明有效解決了磁致伸縮位移測量裝置不便于模塊化生產(chǎn)的問題。
【專利說明】
磁致伸縮位移傳感器及所適用的位移測量裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明實施例涉及傳感器技術，尤其涉及一種磁致伸縮位移傳感器及所適用的位移測量裝置。
【背景技術】
[0002]在工業(yè)測量技術領域，由于各種工況的需求，需要測量位移和液位。其中，基于磁致伸縮原理的位移測量裝置具有:高精度、高可靠、大量程、多位置測量的特點。因此，該種位移測量裝置在工業(yè)上應用頗多。
[0003]在實際生產(chǎn)時，受電路電連接要求，波導絲、機械波拾波器、位移測量電路等需要集成的生產(chǎn)。這使得生產(chǎn)位移測量裝置在生產(chǎn)時需要提供大的生產(chǎn)線來承載半成品。各模塊之前過度依賴電連接，導致生產(chǎn)工藝復雜等問題。
[0004]因此，需要對現(xiàn)有技術進行改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種磁致伸縮位移傳感器及所適用的位移測量裝置，以解決位移測量裝置的生產(chǎn)工藝復雜、不便于模塊化生產(chǎn)等問題。
[0006]第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種磁致伸縮位移傳感器，包括:帶有外接接口的外殼;其中，所述外接接口包括用于與波導絲電連接的電氣接口；由所述外殼伸入殼內(nèi)的波導絲管道;在所述外殼內(nèi)且所述波導絲管道旁設有回波檢出單元，用于通過感應伸入波導絲管道內(nèi)的波導絲在磁致伸縮時對所述波導絲周圍磁場的擾動，得到相應的回波脈沖信號;與所述回波檢出單元電連接的位移測量單元，用于基于所述回波脈沖信號、與預先確定的產(chǎn)生所述機械波的發(fā)射脈沖信號之間的時間差，測量位移信息。
[0007]第二方面，本發(fā)明實施例還提供了一種磁致伸縮位移測量裝置，包括:如上所述的磁致伸縮位移傳感器；回波阻尼套管;波導絲，一端通過所述波導絲銜接結構固定在波導絲管道內(nèi)，另一端固定在所述回波阻尼套管內(nèi)；以及套在所述波導絲上的磁性套件。
[0008]本發(fā)明通過在磁致伸縮位移傳感器上設置波導絲銜接結構和回流線銜接結構，實現(xiàn)了磁致伸縮位移測量裝置中的波導絲與磁致伸縮位移傳感器從整體結構轉為分離安裝，實現(xiàn)了對磁致伸縮位移測量裝置模塊化生產(chǎn)的目的。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明實施例一中的磁致伸縮位移傳感器；
[0010]圖2是本發(fā)明實施例二中的磁致伸縮位移測量裝置；
[0011]圖3是本發(fā)明實施例二中的磁致伸縮位移測量裝置在測量波導絲中傳遞的發(fā)射脈沖信號和回波脈沖信號的傳遞時間間隔示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關的部分而非全部結構。
[0013]實施例一
[0014]圖1為本發(fā)明實施例一提供的磁致伸縮位移傳感器的結構示意圖，本實施例可適用于多種工業(yè)測量場景中便攜式裝配位移測量單元的情況，所述磁致伸縮位移傳感器為位移測量裝置的一部分，且與位移測量裝置中的其他部件可拆卸裝配。
[0015]所述磁致伸縮位移傳感器包括:外殼16、回波檢出單元17、位移測量單元13。
[0016]所述外殼16帶有外接接口11。所述外接接口 11包括電氣接口，甚至還可以帶有信息接口。其中，所述電氣接口用于為波導絲提供電壓及發(fā)射脈沖信號。所述信息接口可以是標準的串行接口，如:TTL232、RS485、或USB等。
[0017]所述電氣接口還可以與外殼16相連，使得外殼16為內(nèi)部電路提供電磁屏蔽，以減少外部磁場對電路中靈敏器件的干擾。對應的，所述外殼16包括:一側開口的電磁屏蔽容器、和覆蓋在所述開口的接口蓋板。其中，所述回波檢出單元17和位移測量單元13位于所述電磁屏蔽容器內(nèi)。所述外接接口 11統(tǒng)一設置在所述接口蓋板上。所述電氣接口向電磁屏蔽容器提供穩(wěn)定電壓，以使放置在容器中的回波檢出單元17和位移測量單元13處于與外界電磁場隔離的空間。
[0018]在所述外殼16上由殼外伸入殼內(nèi)的波導絲管道12。所述外殼16上設有用于將波導絲固定在波導絲管道12內(nèi)的波導絲銜接結構。所述電氣接口與所述波導絲銜接結構電連接。
[0019]其中，所述波導絲管道12可為盲孔，在盲孔內(nèi)壁和/或底部設有與所述電氣接口導通的金屬貼片。為了便于安裝波導絲，所述波導絲管道12貫穿所述外殼16。所述波導絲管道12可位于所述外殼16的對稱軸線上。所述波導絲銜接結構包括但不限于:卡固槽、螺旋固定件、和與電氣接口相連的焊點等。例如，所述波導絲管道12貫穿所述外殼16的底部和接口蓋板。所述波導絲銜接結構為設在電氣接口旁邊的焊盤。技術人員可將波導絲固定在焊盤上。
[0020]—種可選方案中，所述外殼上還設有用于固定回流絲的回流絲銜接結構14。所述波導絲銜接結構和回流絲銜接結構14分別與電氣接口的各電流端相連。所述回流四銜接結構14舉例設置在波導絲管道外壁上，且為金屬材料。
[0021]所述回波檢出單元17在所述外殼內(nèi)、且設置在所述波導絲管道旁，用于通過感應伸入波導絲管道內(nèi)的波導絲在磁致伸縮時對所述波導絲周圍磁場的擾動，得到相應的回波脈沖信號。
[0022]具體地，對于磁致伸縮位移測量裝置來說，當波導絲傳遞發(fā)射脈沖信號時，發(fā)射脈沖信號令波導絲周圍形成第一磁場，并改變了套在波導絲上的磁性套件的第二磁場。變化的磁場令波導絲產(chǎn)生伸縮變化，伸縮變化形成機械波通過波導絲傳輸至波導絲孔內(nèi)。波導絲的機械波對第一磁場產(chǎn)生了擾動，導致回波檢出單元17通過電磁互感的方式，感應到第一磁場的變化，并將該磁場變化轉換成電信號。
[0023]在此，所述回波檢出單元17包括:電磁感應器、信號提取單元。
[0024]所述電磁感應器用于感應第一磁場的變化。
[0025]所述信號提取單元與所述電磁感應器的輸出端相連，用于通過比較所感應電信號的電壓值與預設電壓參考值，確定所感應的電信號為回波脈沖信號。
[0026]例如，所述信號提取單元包括:比較器。所述比較器預設電壓參考值，當所述電磁感應器將所感應的電壓值高于電壓參考值時，比較器輸出是回波脈沖信號的電平信號(如高電平)；反之，比較器輸出不是回波脈沖信號的電平信號(如低電平)。所述信號提取單元中在比較器之前還可以設有濾波器，以便為比較器提供低噪的回波脈沖信號。
[0027]所述位移測量單元13在所述外殼16內(nèi)，用于基于所述回波脈沖信號、與預先確定的產(chǎn)生所述機械波的發(fā)射脈沖信號之間的時間差，測量位移信息。
[0028]所述位移測量單元13可以是包含CPU的數(shù)字電路。所述位移測量單元13可以通過印刷電路板與回波檢出單元17電連接。所述位移測量單元13可通過信息接口與外部設備相連。其中，所述外部設備可控制發(fā)射脈沖信號的產(chǎn)生。所述外部設備包括但不限于:計算機設備、嵌入式設備等。所述外部設備可在發(fā)送發(fā)射脈沖信號的同時告知位移測量單元13。
[0029]在此，所述位移測量單元13包括處理器、計時器等。所述處理器在接收到外部設備的通知時，開始啟動計時器。當接收到回波檢出單元17的回波脈沖信號時，停止計時器計時，并利用機械波在波導絲中的傳遞速度，計時器計時的時長來計算位移信息。
[0030]為了將回波檢出單元17和位移測量單元13固定在外殼16內(nèi)，并適應磁致伸縮位移傳感器的工業(yè)測量環(huán)境，所述外殼16內(nèi)充滿灌封膠15，所述位移測量單元13由灌封膠15固定在所述波導絲管道12旁。所述灌封膠15包括但不限于:硅膠。
[0031]本實施例利用波導絲在磁致伸縮期間所產(chǎn)生的機械波對電磁場的擾動，來檢出測量位移的回波脈沖信號，實現(xiàn)了將回波檢出單元17與波導絲之間的連接設置，有效解決了磁致伸縮位移測量裝置無法模塊化生產(chǎn)的問題。
[0032]實施例二
[0033]如圖2所示，本發(fā)明實施例二還提供一種磁致伸縮位移測量裝置。所述磁致伸縮位移測量裝置包括:如實施例一中所述的磁致伸縮位移傳感器1、回波阻尼套管34、波導絲31和磁性套件33。
[0034]波導絲31的一端通過所述波導絲銜接結構固定在波導絲管道內(nèi)，另一端固定在所述回波阻尼套管34內(nèi)。其中，所述回波阻尼套管34用于減小或消除回波在尾端的反射波。
[0035]在此，所述回波阻尼套管34可以設有接地電阻，使得該接地電阻與波導絲形成電流回路。
[0036]在一種可選方案中，如圖2所示，所述波導絲31還可以通過回流線32連接到電氣接口的電路回路上。所述回流線32的一端固定在所述回流線銜接結構，另一端與波導絲31相連并固定在上述回波阻尼套管34內(nèi)。磁性套件33套在所述波導絲31上。
[0037]本實施例中，所述磁致伸縮位移測量單元還包括測桿35。所述測桿35將所述回波阻尼套管34、波導絲31、回流線32封裝在一起。所述磁性套件33套裝在所述測桿35上。
[0038]所述磁致伸縮位移測量裝置的結構舉例如下:
[0039]磁致伸縮位移傳感器I包括:一側開口的電磁屏蔽容器和覆蓋在所述開口的接口蓋板。
[0040]電磁屏蔽容器內(nèi)的對稱軸線處貫穿設有波導絲管道，且管道壁延伸到電磁屏蔽容器之外，以便與回流絲固定。在所述接口蓋板上、所述波導絲管道旁邊設有與電氣接口相連的波導絲銜接結構。所述電氣接口連接外接線纜2。在所述波導絲管道的管壁旁設有與波導絲31互感的回波檢出單元。所述回波檢出單元通過印刷電路板與位移測量單元電連接在一起。所述位移測量單元與信息接口，以供接收外部設備的指令和所測量的位移信息。
[0041]波導絲31的一端通過所述波導絲銜接結構與電氣接口焊接在一起，另一端固定在回波阻尼套管34內(nèi)?；亓骶€32的一端焊接在所述管道壁延伸到電磁屏蔽容器之外的部分，另一端與波導絲31相連并固定在所述回波阻尼套管34內(nèi)。所述回波阻尼套管34、波導絲31、回流線32封裝在測桿35里。磁性套件33套在所述測桿35上。其中，所述磁性套件33在測桿35上的位置受其他位移控制裝置控制，并隨位移控制裝置的控制而移動。
[0042]所述磁致伸縮位移測量裝置的工作過程舉例如下:
[0043]磁性套件33具有第二磁場。在測量時，如圖3所示，外部設備通過電氣接口向波導絲發(fā)出發(fā)射脈沖信號，使得波導絲31上產(chǎn)生第一磁場。當?shù)谝淮艌雠c套在波導絲31上的磁性套件33所發(fā)出的第二磁場相交時，由于磁兩個磁場的影響，波導絲31產(chǎn)生一個機械扭力振動。該振動通過波導絲31以機械波的形式回傳，并擾動波導絲31所形成的第一磁場。回撥檢測單元中的電磁感應器在感應到所述第一磁場的變化時，產(chǎn)生感應電信號，并交由所述回撥檢測單元中的信號提取單元。所述信號提取單元通過比較所接收的感應電信號與預設的電壓參考值確定所接收的感應信號為回波脈沖信號，并將所確定的回波脈沖信號交由位移測量單元。所述位移測量單元根據(jù)發(fā)出發(fā)射脈沖信號時與接收到回波脈沖信號時的時間差，以及預設的機械波傳遞速度，計算磁性套件33相距磁致伸縮位移傳感器I的相對位移信息，并將該相對位移信息通過信息接口(如標準串行接口)發(fā)送給外接設備。
[0044]本實施例通過將波導絲、回流絲、回波阻尼套管和磁致伸縮位移傳感器內(nèi)部的模塊化設置，有效實現(xiàn)了產(chǎn)品的模塊化生產(chǎn)的目的。
[0045]另外，采用回波無線感應技術，將檢出機構和波導絲徹底分離。這樣回撥檢測單元和波導絲之間就沒有機械結構的聯(lián)系，在后序的生產(chǎn)工序中，根據(jù)產(chǎn)品量程，再進行波導絲的裁剪和安裝。使得產(chǎn)品的結構設計、備料和生產(chǎn)更為方便。
[0046]另外，回撥檢測單元和位移測量單元均為獨立結構，根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境條件，在該回撥檢測單元和位移測量單元均的基礎上，可以設計出各種類型的產(chǎn)品結構，滿足不同應用場合的需求。
[0047]注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本發(fā)明的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發(fā)明進行了較為詳細的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發(fā)明構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權利要求范圍決定。
【主權項】
1.一種磁致伸縮位移傳感器，其特征在于，包括: 帶有外接接口的外殼;其中，所述外接接口包括用于與波導絲電連接的電氣接口 ； 由所述外殼伸入殼內(nèi)的波導絲管道； 在所述外殼內(nèi)且所述波導絲管道旁設有回波檢出單元，用于通過感應伸入波導絲管道內(nèi)的波導絲在磁致伸縮時對所述波導絲周圍磁場的擾動，得到相應的回波脈沖信號； 與所述回波檢出單元電連接的位移測量單元，用于基于所述回波脈沖信號、與預先確定的產(chǎn)生所述機械波的發(fā)射脈沖信號之間的時間差，測量位移信息。2.根據(jù)權利要求1所述的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于，所述外殼包括: 一側開口的電磁屏蔽容器，其中，所述回波檢出單元和位移測量單元位于所述電磁屏蔽容器內(nèi)； 覆蓋在所述開口的接口蓋板，包括所述外接接口，其中，所述外接接口中的電氣接口向電磁屏蔽容器通電。3.根據(jù)權利要求1所述的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于，所述外殼內(nèi)充滿灌封膠，所述回波檢出單元和位移測量單元由灌封膠固定在所述波導絲管道旁。4.根據(jù)權利要求1所述的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于，所述波導絲管道位于所述外殼的對稱軸線上;和/或，所述波導絲管道貫穿所述外殼。5.根據(jù)權利要求1所述的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于，所述外殼上還設有回流絲銜接結構。6.根據(jù)權利要求1所述的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于，所述回波檢出單元包括: 電磁感應器； 與所述電磁感應器的輸出端相連的信號提取單元，用于通過比較所感應電信號的電壓值與預設電壓參考值的大小，確定所感應的電信號為回波脈沖信號。7.根據(jù)權利要求1所述的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于，所述外接接口包括:信息接口；對應的，所述位移測量單元的輸出端與所述信息接口相連，并通過所述信息接口將所述位移信息予以輸出。8.一種磁致伸縮位移測量裝置，其特征在于，包括: 如權利要求1-7中任一所述的磁致伸縮位移傳感器； 回波阻尼套管； 波導絲，一端通過所述波導絲銜接結構固定在波導絲管道內(nèi)，另一端固定在所述回波阻尼套管內(nèi)； 以及套在所述波導絲上的磁性套件。9.根據(jù)權利要求8所述的磁致伸縮位移測量裝置，其特征在于，所述回波阻尼套管內(nèi)設有與所述波導絲相連的回路電路； 或者，所述磁致伸縮位移測量裝置還包括:回流線，一端固定在所述磁致伸縮位移傳感器的電氣接口處，另一端與波導絲相連并固定在所述回波阻尼套管內(nèi)。10.根據(jù)權利要求8所述的磁致伸縮位移測量裝置，其特征在于，測桿，將所述回波阻尼套管、波導絲、回流線封裝在一起;所述磁性套件套裝在所述測桿上。
【文檔編號】G01B7/02GK105973135SQ201610581305
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月22日
【發(fā)明人】程言峰, 趙磊, 趙元宏
【申請人】上海茲亞智能科技有限公司