專利名稱：磁致伸縮位置傳感器及其磁致感應組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種磁致伸縮位置傳感器及其磁致感應組件，尤指一種具有特殊設(shè)計的磁致感應組件而得簡化構(gòu)造并提高使用穩(wěn)定度的磁致伸縮位置傳感器；上述的磁致伸縮位置傳感器并能形成分離結(jié)構(gòu)便利安裝拆卸。
背景技術(shù)：
磁致伸縮位置傳感器的基本結(jié)構(gòu)，其由一個磁導材料，一個以上的磁性移動體，一個電流脈波發(fā)生器以及應變信號檢出器構(gòu)成。應變信號檢出器可以是藉由檢出磁導材料因應變產(chǎn)生的磁場變化，在另一端由Coil檢出?；蛘撸砸粋€壓電材料，檢出應變量轉(zhuǎn)換成電壓。此效應稱為magnetostrictive effects (磁場造成磁導材料械形變)，結(jié)合反向作用，稱為inverse magnetostrictive effects (機械形變造成磁場變異)，則可以檢知磁導材料的變化，作為信號檢出。磁致伸縮位置傳感器的作動原理是利用磁感，量測回波的振動信號。整個作動機制，(1) Electric Trigger電流脈沖信號饋入磁導材料，產(chǎn)生磁場以光速沿磁導材料軸向傳遞。( 與磁性移動體上的固定磁場相沖擊，磁導材料因質(zhì)量遠小于磁性移動體，由于磁場相沖擊的反作用力激起應變震波，此震波以聲波速度沿磁導材料兩邊傳遞。( 此震波傳回時，震波經(jīng)由一個壓電轉(zhuǎn)換器或coil，輸出電壓脈沖信號。(4) Electric Trigger信號與電壓脈沖信號，計算震波波速與時間差，得到距離定位值。磁致伸縮位置傳感器為精密的工業(yè)用位置傳感器，其內(nèi)部驅(qū)動原理為電路裝置輸入一脈沖電流進入磁導材料(磁致伸縮材料)，當脈沖電流與磁性移動體遭遇時，改變磁導材料的磁場方向，產(chǎn)生微小的震動或磁場變化，最后信號回到感測電路裝置，利用脈沖電流與回波信號的時間間隔做計算而檢測出磁鐵的感應位置。但也因為磁致伸縮傳感器為高精度與高穩(wěn)定度的產(chǎn)品，故內(nèi)部的結(jié)構(gòu)設(shè)計便極為重要，既要有相當?shù)目煽慷冉Y(jié)構(gòu)設(shè)計且組裝過程必須簡單而不復雜。如美國第5，998，991號發(fā)明專利案公開有一種磁致伸縮位置傳感器40，其包括一內(nèi)管44及一外管M，該內(nèi)管44內(nèi)設(shè)有一磁導材料12，磁導材料12的兩端分別透過一彈簧 18固定在內(nèi)管44的兩端，以便利用彈簧18對磁導材料12施加預應力；又磁導材料12其中一端連接有一減震器20。再者，磁導材料12 —端和一外部連接器58連接，另端則透過內(nèi)管44和另一外部連接器60連接，以便和外部的感測電路(圖中未示)連接，其意味著內(nèi)管 44是由具導電性的材料構(gòu)成，而為防止磁導材料12和內(nèi)管44內(nèi)壁接觸造成震波衰減而影響信號傳遞能力，內(nèi)管44內(nèi)必須每隔一段距離安裝一間隔體42，確保內(nèi)管44和磁導材料 12的完全隔離。由上述可知，前述美國專利案是在磁導材料12兩端分設(shè)施加預應力的彈簧18，使磁導材料12受到一定的拉力以維持良好的電磁信號及量測線性度；但該彈簧18設(shè)計是該專利案必備的組件，但也為其缺點之一，由于彈簧18長時間在高溫的環(huán)境下使用，原本即有導致疲乏的缺點，但該彈簧18既為必要組件，卻因彈性疲乏問題而導致量測時線性度的不穩(wěn)定，另一方面，也相對增加了繁瑣的零件組裝程序。再者，前述美國專利案也公開在磁導材料12上設(shè)減震器20，以防止內(nèi)部扭轉(zhuǎn)波會沿著磁導材料12返回而造成干擾，然而若可排除干擾的顧慮，該減震器20即為非必要設(shè)計。相同道理，前述美國專利案利用內(nèi)管44接地或傳遞信號，為確保磁導材料12不與內(nèi)管 44接觸，因而在內(nèi)管44安裝間隔體42亦同樣是繁瑣的零件組件程序。由上述可知，既有磁致伸縮位置傳感器實有進一步檢討，并謀求可行解決方案的必要。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明主要目在提供一種磁致伸縮位置傳感器的磁致感應組件，其在結(jié)構(gòu)設(shè)計上無須施加預應力，亦即無須使用拉伸彈簧，對于簡化結(jié)構(gòu)而言具有相當?shù)膸椭煌瑫r本發(fā)明簡化了磁導材料的減震器設(shè)計，卻不易造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)不良的情形，可提高結(jié)構(gòu)整體強度。另本發(fā)明采用多段式的內(nèi)管組合方式，該內(nèi)管為絕緣不導電，相鄰內(nèi)管間的連接結(jié)構(gòu)可避免磁導材料與管內(nèi)壁接觸造成震波衰減，進而維持信號傳遞的能力。為達成前述目的采取的主要技術(shù)手段是令前述磁致感應組件包括有
一組合管件，是呈中空狀，具有一第一端及一第二端，該組合管件主要是由二個以上的組合管所組成，相鄰組合管之間是以一中空管接頭套接連結(jié)，各組合管與管接頭均具絕緣特性；又該管接頭的內(nèi)管徑小于組合管內(nèi)管徑；
一上固定座，套設(shè)于組合管件的第一端，該上固定座是呈中空狀，具有一外側(cè)端及一內(nèi)側(cè)端，其內(nèi)側(cè)端形成有一與組合管件連通的線槽，外側(cè)端形成有一線槽連通的安裝槽；
一感應模組，是設(shè)于上固定座第一端的安裝槽內(nèi)，該感應模組是于一絕緣的環(huán)狀本體內(nèi)設(shè)有一感應線圈所構(gòu)成，該環(huán)狀本體具通孔，與上固定座上的線槽連通；
一下固定座，套設(shè)于組合管件的第二端，該下固定座是呈中空狀，具有一外側(cè)端及一內(nèi)側(cè)端，其內(nèi)側(cè)端形成有一與組合管件連通的線槽，外側(cè)端形成有一線槽連通的安裝槽；
一磁導材料，是穿過組合管件的各組合管及管接頭，該磁導材料兩端分設(shè)有一線接頭， 其中一線接頭設(shè)于上固定座的安裝槽中，且穿過感應模組，另一線接頭是設(shè)于下固定座的安裝槽內(nèi)，利用兩線接頭將磁導材料的兩端分別固定在組合管件的第一、第二端上，進而使磁導材料不接觸地穿設(shè)于組合管件內(nèi)；
在前述構(gòu)造中，磁導材料是利用線接頭固定在組合管件第一、第二端的上、下固定座內(nèi)，而無須使用拉伸彈簧，故可有效簡化構(gòu)造及組裝程序；又磁導材料是穿設(shè)在組合管件內(nèi)，該組合管件是由多數(shù)組合管以管接頭套接組成，由于組合管及管接頭均屬絕緣，故可避免對磁導材料造成干擾，又管接頭具有小于組合管的內(nèi)管徑，其可限制磁導材料使其不接觸組合管的內(nèi)壁，避免發(fā)生震波衰減，以維持信號傳遞的能力。本發(fā)明的第二個具體特征，在于一種分離結(jié)構(gòu)的磁致伸縮位置傳感器，其包括有
一夕卜管與Housing ；
一個磁致伸縮位置感測部件，其特征為由一磁致感應組件，是如上述的磁致感應組件； 與一感測電路模組，是設(shè)于外管的一端放置于上述的Housing，并與外管內(nèi)的磁致感應組件電連接；上述的磁致伸縮位置感測部件可以藉由機械結(jié)構(gòu)，例如扣件、滑塊、滑槽、螺絲鎖固、焊接等方法，與上述的外管與Housing相固定結(jié)合。這樣的設(shè)計，當一個以上的磁性移動體套設(shè)于上述的外管上，相對移動于上述的磁致伸縮位置感測部件，則可檢出移動的相對位置。該磁性移動體內(nèi)設(shè)有至少一個以上的永久磁鐵；此分離結(jié)構(gòu)可以便利于安裝、維護，特別對于有經(jīng)常性拆卸的需求。


圖1是本發(fā)明一較佳實施例的剖視圖。圖2是本發(fā)明一較佳實施例的磁致感應組件剖視圖。圖3是本發(fā)明一較佳實施例的一磁致感應組件局部剖視圖。圖4是本發(fā)明一較佳實施例又一磁致感應組件局部剖視圖。圖5是本發(fā)明一較佳實施例的分解圖主要組件符號說明
10外管 12磁性移動體 20磁致感應組件 22管接頭 222套接部 30上固定座 32,42線槽 40下固定座 50感應模組 52孔槽 60磁導材料
具體實施例方式關(guān)于本發(fā)明的一較佳實施例，首先請參閱圖1所示，主要是于一外管10內(nèi)設(shè)有一磁致感應組件，又外管10 —端設(shè)有一感測電路模組11，該感測電路模組11是與外管10內(nèi)的磁致感應組件電連接，又外管10上可移動地套設(shè)有一磁性移動體12，磁性移動體12內(nèi)設(shè)有永久磁鐵(圖中未示)，當磁性移動體12隨著液位升降，其內(nèi)部的永久磁鐵將對外管10 內(nèi)部的磁致感應組件產(chǎn)生感應，其感應信號則為感測電路模組11所檢知；本發(fā)明主要特征是在外管10內(nèi)部的磁致感應組件，關(guān)于該磁致感應組件的具體構(gòu)造謹進一步詳述如后
請參閱圖2所示，該磁致感應組件主要是由一組合管件20、一上固定座30、一下固定座 40、一感應模組50、一磁導材料60及兩線接頭61，62等所組成；其中
該組合管件20呈中空狀，具有一第一端及一第二端(第一端是位于圖式左側(cè)，第二端位于圖式右側(cè))，又組合管件20主要是由二個以上的組合管21所組成，相鄰組合管之間是以一中空管接頭22套接連結(jié)，本實施例中，在圖式上是以示意方式揭示該組合管件20是由兩組合管21及一管接頭22所組成，其僅方便了解組合管21與管接頭22的詳細構(gòu)造及連接關(guān)系，并用以限制其數(shù)量，合先陳明；又前述組合管21、管接頭22是由絕緣材料構(gòu)成或經(jīng)
11感測電路模組
21組合管 221通孔 223凸緣 31，41套接部 33,43安裝槽
51通孔
61，62線接頭。過絕緣表面處理，可行的采用材料為高分子聚合物；
又各組合管21分別具有一內(nèi)管徑，其兩端貫通，供分別與管接頭22、上固定座30及/ 或下固定座40套接；于本實施例中，該管接頭22是呈管柱狀，其中央具有通孔221，供磁導材料60通過，又管接頭22兩端分別形成一縮小外徑的套接部222，該套接部222的外徑是與組合管21的內(nèi)管徑匹配，以便相互套接，除了作緊配合外，該管接頭22的套接部222與組合管21間可利用卡榫構(gòu)造以相互卡接，藉此可避免各組合管21旋轉(zhuǎn)所造成的磁導材料 60扭轉(zhuǎn)。由于管接頭22的通孔221孔徑小于組合管21內(nèi)管徑，故穿過管接頭22的磁導材料60即受管接頭22約束而不易接觸到組合管21內(nèi)壁，故可避免震波衰減；請配合參閱圖3所示，本實施例中，該管接頭22的通孔221孔壁進一步朝軸心方向延伸一尖錐狀凸緣 223，利用該凸緣223對通過的磁導材料60構(gòu)成進一步的限制，以確保避免磁導材料60和組合管21內(nèi)壁接觸。請配合參閱圖2、圖4所示，該上固定座30是套設(shè)于組合管件20的第一端，該上固定座30是呈中空狀，具有一外側(cè)端及一內(nèi)側(cè)端，其內(nèi)側(cè)端形成有一縮小外徑的套接部31， 該套接部31的外徑是與組合管件20的組合管21內(nèi)管徑匹配，以便相互套接，同樣的，該上固定座30內(nèi)側(cè)端的套接部31與組合管21間亦可以卡榫構(gòu)造相互卡接。又上固定座30的內(nèi)側(cè)端形成有一與組合管件20連通的線槽32，而其外側(cè)端則形成有一線槽32連通的安裝槽33，該安裝槽33是供安裝該感應模組50，該感應模組50是于一絕緣的環(huán)狀本體內(nèi)設(shè)有一感應線圈(圖中未示)所構(gòu)成，該環(huán)狀本體外徑與安裝槽33匹配，以便容置其間，請配合參閱圖4所示，該感應模組50的環(huán)狀本體內(nèi)形成貫穿兩端的通孔 51，供磁導材料60穿過，而通孔51的外側(cè)端進一步擴大孔徑以形成一孔槽52，供容設(shè)線接頭61。請參閱圖2所示，該下固定座40是套設(shè)于組合管件20的第二端，其構(gòu)造與上固定座30類似，其呈中空狀，具有一外側(cè)端及一內(nèi)側(cè)端，其內(nèi)側(cè)端形成有一縮小外徑的套接部 41，該套接部41的外徑是與組合管件20的組合管21內(nèi)管徑匹配，以便相互套接，同樣的， 該下固定座40內(nèi)側(cè)端的套接部41與組合管21間亦可以卡榫構(gòu)造相互卡接。又下固定座 40內(nèi)側(cè)端形成一線槽42，供磁導材料60通過，而下固定座40的外側(cè)端則形成與一線槽42 連通的安裝槽43，供容設(shè)固定于磁導材料60另端的線接頭62。再者，由線接頭62拉出的磁導材料60另端可透過一回傳信號線63沿著組合管件20回拉至上固定座30焊接固定。如前公開所述，該磁導材料60是貫穿組合管件20的各組合管21及管接頭22，其兩端分別固設(shè)有一線接頭61，62，其中一線接頭61是位于上固定座30的安裝槽33內(nèi)，且固設(shè)在感應模組50的孔槽52內(nèi)，另一線接頭62則設(shè)于下固定座40的安裝槽43內(nèi)，利用兩線接頭61，62將磁導材料60的兩端拉緊，并分別固定在組合管件20的第一、第二端上，藉此令磁導材料60得以不接觸地穿設(shè)于組合管件20內(nèi)。而該磁導材料60可由漆包線構(gòu)成。由上述可知，本發(fā)明令一磁導材料利用線接頭將兩端固定在組合管件第一、第二端的上、下固定座內(nèi)，藉此可將磁導材料不接觸且確實地固定在組合管件內(nèi)，且無須使用拉伸彈簧，故得以有效簡化構(gòu)造及組裝程序；又組合管件是由多數(shù)組合管以管接頭套接組成， 該管接頭具有小于組合管的內(nèi)管徑，其可限制磁導材料使其不接觸組合管的內(nèi)壁，避免發(fā)生震波衰減，以維持信號傳遞的能力，且管接頭的通孔孔壁進一步形成有尖錐狀凸緣，可更確實地隔離磁導材料與組合管的內(nèi)管壁。故由上述可知，本發(fā)明得以更簡化的構(gòu)造提供更具穩(wěn)定度的磁致伸縮位置傳感器。
權(quán)利要求
1.一種磁致伸縮位置傳感器的磁致感應組件，其特征在于，包括一組合管件，是呈中空狀，具有一第一端及一第二端，該組合管件主要是由至少一個以上的組合管所組成，若多于一個以上的相鄰組合管間是可以一中空管接頭套接連結(jié)二個以上的組合管，各組合管與管接頭均具絕緣特性；一上固定座，套設(shè)于組合管件的第一端，該上固定座是呈中空狀，具有一外側(cè)端及一內(nèi)側(cè)端，其內(nèi)側(cè)端形成有一與組合管件連通的線槽，外側(cè)端形成有一線槽連通的安裝槽；一下固定座，套設(shè)于組合管件的第二端，該下固定座是呈中空狀，具有一外側(cè)端及一內(nèi)側(cè)端，其內(nèi)側(cè)端形成有一與組合管件連通的線槽，外側(cè)端形成有一線槽連通的安裝槽；一感應模組，是設(shè)于上固定座第一端的安裝槽內(nèi)，；一磁導材料，是穿過組合管件的各組合管及管接頭，該磁導材料兩端分設(shè)有一線接頭， 其中一線接頭位于上固定座的安裝槽中且穿設(shè)于感應模組上，另一線接頭是設(shè)于下固定座的安裝槽內(nèi)，利用兩線接頭將磁導材料的兩端分別固定在組合管件的第一、第二端上，進而使磁導材料不接觸地穿設(shè)于組合管件內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的磁致伸縮位置傳感器的磁致感應組件，其特征在于，各組合管分別具有一內(nèi)管徑，該管接頭是呈管柱狀，其中央具有通孔，供磁導材料通過，又管接頭兩端分別形成一縮小外徑的套接部，該套接部的外徑是與組合管的內(nèi)管徑匹配。
3.如權(quán)利要求2所述的磁致伸縮位置傳感器的磁致感應組件，其特征在于，該管接頭的套接部與組合管間是作緊配合。
4.如權(quán)利要求2所述的磁致伸縮位置傳感器的磁致感應組件，其特征在于，該管接頭的套接部與組合管間是以卡榫構(gòu)造以相互卡接可防止相對的旋轉(zhuǎn)運動。
5.如權(quán)利要求1至4項中任一項所述的磁致伸縮位置傳感器的磁致感應組件，其特征在于，該管接頭的通孔孔壁進一步朝軸心方向延伸一尖錐狀凸緣。
6.如權(quán)利要求5所述的磁致伸縮位置傳感器的磁致感應組件，其特征在于，該上、下固定座的內(nèi)側(cè)端分別形成有一縮小外徑的套接部，該套接部的外徑是與組合管件的組合管內(nèi)管徑匹配。
7.如權(quán)利要求6所述的磁致伸縮位置傳感器的磁致感應組件，其特征在于，該上、下固定座內(nèi)側(cè)端的套接部與組合管間是以卡榫構(gòu)造以相互卡接，可防止相對的旋轉(zhuǎn)運動。
8.如權(quán)利要求7所述的磁致伸縮位置傳感器的磁致感應組件，其特征在于，該感應模組的環(huán)狀本體外徑與上固定座的安裝槽匹配，以便容置其間。
9.如權(quán)利要求8所述的磁致伸縮位置傳感器的磁致感應組件，其特征在于，該環(huán)狀本體內(nèi)的通孔外側(cè)端進一步擴大孔徑以形成一孔槽，供容設(shè)線接頭。
10.如權(quán)利要求1至8項所述的感應模組，其特征在于，可以是公知的壓電材料、機電轉(zhuǎn)換組件、電感線圈組件，或上述組件的組合；一種磁致伸縮位置傳感器，其特征在于，包括有一外管與外殼；一磁致感應組件，是如權(quán)利要求1至9項中任一項所述的磁致感應組件；一感測電路模組，是設(shè)于外管的一端放置于上述的外殼，并與外管內(nèi)的磁致感應組件電連接；一個以上的磁性移動體，是可相對移動于上述的磁致感應組件，套設(shè)于外管上，該磁性移動體內(nèi)設(shè)有至少一個以上的永久磁鐵。
11.一種分離結(jié)構(gòu)的磁致伸縮位置傳感器，其特征在于，包括有一外管與外殼；一個磁致伸縮位置感測部件，其特征為由一磁致感應組件，是如權(quán)利要求1至9項中任一項所述的磁致感應組件；與一感測電路模組，是設(shè)于外管的一端放置于上述的外殼，并與外管內(nèi)的磁致感應組件電連接；上述的磁致伸縮位置感測部件可以借由機械結(jié)構(gòu)，與上述的外管與外殼相固定結(jié)合。
12.—個以上的磁性移動體，是可相對移動于上述的磁致伸縮位置感測部件，套設(shè)于上述的外管上，該磁性移動體內(nèi)設(shè)有至少一個以上的永久磁鐵。
全文摘要
一種磁致伸縮位置傳感器及其磁致感應組件，于一外管組件內(nèi)設(shè)有一磁致感應組件，該磁致感應組件主要是于一絕緣且中空的組合管件兩端分設(shè)一固定座，又組合管件內(nèi)穿設(shè)有一磁導材料，磁導材料兩端分設(shè)有一線接頭，兩線接頭是分設(shè)于兩固定座內(nèi)，用以將磁導材料不接觸地穿設(shè)在組合管件內(nèi)，另其中一固定座內(nèi)的線接頭外設(shè)有一感應模組，以感應磁導材料上的信號變化；利用前述構(gòu)造組成的磁致感應組件無須對磁導材料施加預應力及減震裝置，故可簡化構(gòu)造、確保磁致伸縮位置傳感器使用時的高穩(wěn)定度。本發(fā)明當一個磁性移動體套設(shè)于外管上，相對移動于上述的磁致伸縮位置感測部件，則檢測出相對的移動距離。
文檔編號G01D5/12GK102322877SQ20111014385
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者吳定國 申請人:上海凡宜科技電子有限公司