專利名稱：基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種位移傳感器，特別涉及一種基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器。
背景技術(shù)：
互感器和變壓器都習(xí)慣用交流正弦方式去定義和分析。交流正弦方式激勵的互感器、磁路多數(shù)都是磁芯的，而且測量mH以上的互感值?；ジ惺絺鞲衅髦饕际怯靡欢l率正弦波激勵的方式，并有磁芯。開關(guān)電容測量電容值及其傳感器很發(fā)達，而開關(guān)電感和互感測量相對落后。目前的互感式位移傳感器沒有空心的，測量精度較低。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了解決目前互感式位移傳感器測量精度較低的問題，提供一種基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器。本實用新型的基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器，它包括原邊線圈、副邊線圈、帶有刻度讀數(shù)的移動桿、第一固定支架、第二固定支架和套筒，套筒固定在第一固定支架上，套筒套在帶有刻度讀數(shù)的移動桿外，且與所述移動桿滑動連接，所述移動桿的長度大于套筒的長度，帶有刻度讀數(shù)的移動桿的一端固定有原邊線圈，其另一端為讀數(shù)端，副邊線圈和第二固定支架固定連接，原邊線圈、副邊線圈和帶有刻度讀數(shù)的移動桿同軸，帶有刻度讀數(shù)的移動桿的移動行程為h，原邊線圈和套筒與其相鄰一端的距離為L，所述h和L滿足關(guān)系:L = x+h, X為非接觸位移傳感器的量程；它還包括開關(guān)式激勵源的位移測量電路，所述開關(guān)式激勵源的位移測量電路包括電流源Is、第一穩(wěn)壓二極管D1、第二穩(wěn)壓二極管D2、第一電子開關(guān)S1、第二電子開關(guān)S2、第三電子開關(guān)S3和第四電子開關(guān)S4 ；電流源Is的電流輸入端接供電電源VCC的正極，電流源Is的電流輸出端同時與第一電子開關(guān)SI的一端和第三電子開關(guān)S3的一端連接,第一電子開關(guān)SI的另一端同時與第一穩(wěn)壓二極管Dl的陰極和第二電子開關(guān)S2的一端連接，第三電子開關(guān)S3的另一端同時與第二穩(wěn)壓二極管D2的陰極和第四電子開關(guān)S4的一端連接，第二電子開關(guān)S2的另一端、第四電子開關(guān)S4的另一端、第一穩(wěn)壓二極管Dl的陽極和第二穩(wěn)壓二極管D2的陽極同時接供電電源的電源地；第一穩(wěn)壓二極管Dl的陰極接原邊線圈I的同名端，第二穩(wěn)壓二極管D2的陰極接原邊線圈的異名端。本實用新型的優(yōu)點在于:本實用新型的空心互感式的位移傳感器，測量位移X =0-15mm時，精確度好于2%,自感很小為21uH，位移x的變化只與副線圈在穩(wěn)定放電期間的電平高度有關(guān)。除測量位移外，還可以直接測量電介質(zhì)材料的厚度。

圖1為本實用新型所述的基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型具體實施方式
一所述的基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型所述的基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器的電流源Is的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實用新型所述的基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器的電子開關(guān)電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實用新型所述的基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器的分別測得互感與軸向位移的關(guān)系曲線示意圖。圖6為本實用新型所述的基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器的測得位移與ARM單片機測得的第一電壓信號的采樣值Nu2的關(guān)系曲線示意圖，縱坐標(biāo)為ARM單片機測得的第一電壓信號的采樣值Nu2。圖7為本實用新型所述的基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器測得的軸向位移的讀數(shù)誤差與測得的位移X的關(guān)系曲線示意圖，縱坐標(biāo)為軸向位移的讀數(shù)誤差。
具體實施方式
具體實施方式
一:結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實用新型的一種基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器，它包括原邊線圈1、副邊線圈2、帶有刻度讀數(shù)的移動桿5、第一固定支架6、第二固定支架4和套筒7，套筒7固定在第一固定支架6上，套筒7套在帶有刻度讀數(shù)的移動桿5外，且與所述移動桿5滑動連接，所述移動桿5的長度大于套筒7的長度，帶有刻度讀數(shù)的移動桿5的一端固定有原邊線圈1，其另一端為讀數(shù)端，副邊線圈2和第二固定支架4固定連接，原邊線圈1、副邊線圈2和帶有刻度讀數(shù)的移動桿5同軸，帶有刻度讀數(shù)的移動桿5的移動行程為h，原邊線圈I和套筒7與其相鄰一端的距離為L，所述h和L滿足關(guān)系:L = x+h,x為非接觸位移傳感器的量程；它還包括開關(guān)式激勵源的位移測量電路，所述開關(guān)式激勵源的位移測量電路包括電流源Is、第一穩(wěn)壓二極管D1、第二穩(wěn)壓二極管D2、第一電子開關(guān)S1、第二電子開關(guān)S2、第三電子開關(guān)S3和第四電子開關(guān)S4 ；電流源Is的電流輸入端接供電電源VCC的正極，電流源Is的電流輸出端同時與第一電子開關(guān)SI的一端和第三電子開關(guān)S3的一端連接,第一電子開關(guān)SI的另一端同時與第一穩(wěn)壓二極管Dl的陰極和第二電子開關(guān)S2的一端連接，第三電子開關(guān)S3的另一端同時與第二穩(wěn)壓二極管D2的陰極和第四電子開關(guān)S4的一端連接，第二電子開關(guān)S2的另一端、第四電子開關(guān)S4的另一端、第一穩(wěn)壓二極管Dl的陽極和第二穩(wěn)壓二極管D2的陽極同時接供電電源的電源地；第一穩(wěn)壓二極管Dl的陰極接原邊線圈I的同名端，第二穩(wěn)壓二極管D2的陰極接原邊線圈I的異名端。
具體實施方式
二:本實施方式是對具體實施方式
一所述的基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器的進一步限定，所述開關(guān)式激勵源的位移測量電路還包括單片機控制系統(tǒng)；單片機控制系統(tǒng)包括ARM單片機、電阻R1-R5、第一運算放大器IC2、第三二極管D3、第四二極管D4和第五二極管D5 ；[0023]電阻Rl的一端、第三二極管(D3)的陰極和電阻R2的一端同時與第一運算放大器IC2的正向信號輸入端連接，電阻R3的一端、第三二極管D3的陽極和電阻R4的一端同時與第一運算放大器IC2的反向信號輸入端連接,第一運算放大器IC2的信號輸出端和電阻R4的另一端同時與電阻R5的一端連接，電阻R5的另一端與第四二極管D4的陽極、第五二極管D5的陰極和ARM單片機的第一電壓信號輸入端連接，電阻R2的另一端和第五二極管D5的陽極同時接供電電源地，第四二極管D4的陰極接供電電源VCC ；ARM單片機的第一控制信號輸出端與第一電子開關(guān)SI的開關(guān)控制端連接，ARM單片機的第二控制信號輸出端與第二電子開關(guān)S2的開關(guān)控制端連接，ARM單片機的第三控制信號輸出端與第三電子開關(guān)S3的開關(guān)控制端連接，ARM單片機的第四控制信號輸出端與第四電子開關(guān)S4的開關(guān)控制端連接；電阻Rl的另一端用于與所述副邊線圈2的異名端連接；電阻R3的另一端用于與所述副邊副線圈2的同名端連接。VCC為12V，差動變壓器的激勵線圈在恒流源和電子開關(guān)S1-S4的作用下雙向充放電。Is是恒流源電路，恒流值一般取100mA，恒流源電路可以用任何一種P溝道的MOS管或PNP的晶體管構(gòu)成。S1-S4為電子開關(guān)，可以用NPN晶體管或N溝道的MOS管構(gòu)成，其開通或關(guān)斷可以受TTL信號控制。可以用通用信號發(fā)生器發(fā)出的信號控制S1-S4的通斷?？招幕ジ形灰苽鞲衅鞯膬蓚€線圈為軸向位移方式。畐Ij線圈上的穩(wěn)定放電期間的電平電壓U2，與位移X有關(guān)。
具體實施方式
三:本實施方式是對具體實施方式
一所述的基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器的進一步限定，所述電流源Is包括電阻R11、電阻R21、電阻R31、電阻R41、可調(diào)電阻VR2和P溝道MOS管Ql ；電阻Rll的一端和電阻R41的一端連接在一起作為電流源Is的供電電源端，電阻Rll的另一端同時連接電阻R21的一端、可調(diào)電阻VR2的一個固定端和可調(diào)電阻VR2的滑動端，電阻R41的另一端與P溝道MOS管Ql的源極連接，可調(diào)電阻VRl的另一個固定端同時連接電阻R21的另一端、P溝道MOS管Ql的柵極和電阻R31的一端，電阻R31的另一端接供電電源的電源地，P溝道MOS管Ql的漏極是電流源Is的電流輸出端。
具體實施方式
四:本實施方式是對具體實施方式
二所述的基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器的進一步限定，所述第一電子開關(guān)S1、第二電子開關(guān)S2、第三電子開關(guān)S3和第四電子開關(guān)S4的組成相同，所述第一電子開關(guān)SI包括電阻R111、電阻R121、第一 N溝道MOS管Ql I和第一三極管Ql 11 ;第一 N溝道MOS管QlI的漏極作為第一電子開關(guān)SI的一端與電流源Is的電流輸出端連接，第一 N溝道MOS管Qll的柵極同時與電阻Rlll的一端和第一三極管Qlll的集電極連接，電阻Rlll的另一端接供電電源的正極，第一三極管Qlll的基極與電阻R121的一端連接，第一三極管Qlll的發(fā)射極接供電電源的電源地；第一 N溝道MOS管Qll的源極作為第一電子開關(guān)SI的另一端連接第一二極管Dl的陰極，電阻R121的另一端是第一電子開關(guān)SI的開關(guān)控制端。采用開關(guān)方式激勵原邊線圈，測量位移X的原理。[0037]在原邊線圈LI上加恒流源開關(guān)激勵信號，測量副邊線圈上的互感值:
權(quán)利要求1.基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器，它包括原邊線圈(I)、副邊線圈(2)、帶有刻度讀數(shù)的移動桿(5)、第一固定支架￠)、第二固定支架(4)和套筒(7)， 套筒(7)固定在第一固定支架(6)上，套筒(7)套在帶有刻度讀數(shù)的移動桿(5)夕卜，且與所述移動桿(5)滑動連接，所述移動桿5的長度大于套筒(7)的長度，帶有刻度讀數(shù)的移動桿(5)的一端固定有原邊線圈(I)，其另一端為讀數(shù)端，副邊線圈(2)和第二固定支架(4)固定連接，原邊線圈(I)、副邊線圈(2)和帶有刻度讀數(shù)的移動桿(5)同軸，帶有刻度讀數(shù)的移動桿(5)的移動行程為h，原邊線圈(I)和套筒(7)與其相鄰一端的距離為L，所述h和L滿足關(guān)系:L = x+h, X為非接觸位移傳感器的量程； 其特征在于，它還包括開關(guān)式激勵源的位移測量電路， 所述開關(guān)式激勵源的位移測量電路包括電流源Is、第一穩(wěn)壓二極管(Dl)、第二穩(wěn)壓二極管(D2)、第一電子開關(guān)(SI)、第二電子開關(guān)(S2)、第三電子開關(guān)(S3)和第四電子開關(guān)(S4)； 電流源Is的電流輸入端接供電電源VCC的正極，電流源Is的電流輸出端同時與第一電子開關(guān)(SI)的一端和第三電子開關(guān)(S3)的一端連接,第一電子開關(guān)(SI)的另一端同時與第一穩(wěn)壓二極管(Dl)的陰極和第二電子開關(guān)(S2)的一端連接，第三電子開關(guān)(S3)的另一端同時與第 二穩(wěn)壓二極管(D2)的陰極和第四電子開關(guān)(S4)的一端連接，第二電子開關(guān)(S2)的另一端、第四電子開關(guān)(S4)的另一端、第一穩(wěn)壓二極管(Dl)的陽極和第二穩(wěn)壓二極管(D2)的陽極同時接供電電源的電源地；第一穩(wěn)壓二極管(Dl)的陰極接原邊線圈(I)的同名端，第二穩(wěn)壓二極管(D2)的陰極接原邊線圈(I)的異名端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器，其特征在于，所述開關(guān)式激勵源的位移測量電路還包括單片機控制系統(tǒng)；單片機控制系統(tǒng)包括ARM單片機、電阻R1-R5、第一運算放大器(IC2)、第三二極管(D3)、第四二極管(D4)和第五二極管(D5)； 電阻Rl的一端、第三二極管(D3)的陰極和電阻R2的一端同時與第一運算放大器(IC2)的正向信號輸入端連接，電阻R3的一端、第三二極管(D3)的陽極和電阻R4的一端同時與第一運算放大器(IC2)的反向信號輸入端連接，第一運算放大器(IC2)的信號輸出端和電阻R4的另一端同時與電阻R5的一端連接，電阻R5的另一端與第四二極管(D4)的陽極、第五二極管(D5)的陰極和ARM單片機的第一電壓信號輸入端連接，電阻R2的另一端和第五二極管(D5)的陽極同時接供電電源地，第四二極管(D4)的陰極接供電電源VCC; ARM單片機的第一控制信號輸出端與第一電子開關(guān)(SI)的開關(guān)控制端連接，ARM單片機的第二控制信號輸出端與第二電子開關(guān)(S2)的開關(guān)控制端連接，ARM單片機的第三控制信號輸出端與第三電子開關(guān)(S3)的開關(guān)控制端連接，ARM單片機的第四控制信號輸出端與第四電子開關(guān)(S4)的開關(guān)控制端連接； 電阻Rl的另一端用于與所述副邊線圈(2)的異名端連接； 電阻R3的另一端用于與所述副邊線圈(2)的同名端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器，其特征在于， 所述電流源Is包括電阻R11、電阻R21、電阻R31、電阻R41、可調(diào)電阻(VR2)和P溝道MOS 管(Ql)； 電阻Rll的一端和電阻R41的一端連接在一起作為電流源Is的供電電源端，電阻Rll的另一端同時連接電阻R21的一端、可調(diào)電阻(VR2)的一個固定端和可調(diào)電阻(VR2)的滑動端，電阻R41的另一端與P溝道MOS管(Ql)的源極連接，可調(diào)電阻VRl的另一個固定端同時連接電阻R21的另一端、P溝道MOS管(Ql)的柵極和電阻R31的一端，電阻R31的另一端接供電電源的電源地，P溝道MOS管(Ql)的漏極是電流源Is的電流輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器，其特征在于，所述第一電子開關(guān)(SI)、第二電子開關(guān)(S2)、第三電子開關(guān)(S3)和第四電子開關(guān)(S4)的組成相同，所述第一電子開關(guān)(SI)包括電阻R111、電阻R121、第一 N溝道MOS管(Qll)和第一三極管(Qlll); 第一 N溝道MOS管(Qll)的漏極作為第一電子開關(guān)(SI)的一端與電流源Is的電流輸出端連接，第一 N溝道MOS管(Qll)的柵極同時與電阻Rlll的一端和第一三極管(Qlll)的集電極連接，電阻Rlll的另一端接供電電源的正極，第一三極管Qlll的基極與電阻R121的一端連接，第一三極管(Qlll)的發(fā)射極接供電電源的電源地；第一 N溝道MOS管(Qll)的源極作為第一電子開關(guān)(SI)的另一端連接第一二極管(Dl)的陰極，電阻R121的另一端是第一電子開關(guān)( SI)的開關(guān)控制端。
專利摘要基于開關(guān)式激勵源的空心互感位移傳感器，涉及一種位移傳感器。為了解決目前互感式位移傳感器測量精度較低的問題。它在現(xiàn)有的空心互感位移傳感器的基礎(chǔ)上，還包括開關(guān)式激勵源的位移測量電路，所述測量電路包括電流源、第一穩(wěn)壓二極管、第二穩(wěn)壓二極管、第一電子開關(guān)、第二電子開關(guān)、第三電子開關(guān)和第四電子開關(guān)，通過控制四個電子開關(guān)的閉合或斷開，對所述位移傳感器的原邊線圈進行充放電，同時測得副邊線圈的電壓，通過公式計算出位移。它利用開關(guān)式激勵源測量位移。
文檔編號G01B7/02GK202994076SQ20122072872
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者周修理, 歐陽斌林, 初永良, 于嵩, 王琛, 辛苗 申請人:東北農(nóng)業(yè)大學(xué)