专利名称：低噪声磁致伸缩位移传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及传感器的技术，特别是涉及一种低噪声磁致伸縮位移传感器的技术。
背景技术：
磁致伸縮位移传感器是利用磁致伸縮材料的威德曼(Wiedeman)效应和威拉里
(Villary)效应来实现绝对位移测量的非接触测量器，具有量程大、非接触、精度高、速度
快、防护等级高、成本低等卓越特性，被广泛应用于机械、建筑、机床等行业。 由于磁致伸縮位移传感器是依靠电磁信号工作的，在使用时会受到空间电磁场的
电磁干扰的影响，会导致感应线圈中引入各种不同规律的干扰信号(即电噪声)，而且波导
丝本身受到激励后会产生随机振动，也会导致电噪声信号的产生；因此，降低噪声是磁致伸
縮位移传感器必须解决的问题； 现有的磁致伸縮位移传感器都采用电路处理技术来减小噪声影响，以提高测量精度和稳定性。这种降低噪声的方法没有从信号源头处提高信噪比，当信号源中噪声影响较大时，其降噪效果较差，而且这种降低噪声的方法由于电路很复杂，调整困难，很难进一步提高精度。

发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种降噪效果好，检测精度高的低噪声磁致伸縮位移传感器。 为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种低噪声磁致伸縮位移传感器，包括外壳和磁铁组件，所述外壳内装有骨架、固定块、波导丝、激励导线、返回导线、线圈组件、屏蔽器和测量电路；所述骨架、固定块分别固定于外壳内壁的两端；所述骨架上设有内孔，所
述线圈组件绕设于所述骨架的内孔外周，并电气连接测量电路，所述屏蔽器套设于线圈组
件外周；所述波导丝的一端为近端，另一端为远端，其近端安装于骨架的内孔中，并经激励导线电气连接测量电路，其远端安装于固定块上，并经返回导线电气连接测量电路；所述磁铁组件活动安装于外壳的外壁上，并能沿外壳的轴向移动；其特征在于所述屏蔽器是外周套设有铁磁保护套的圆环形永久磁铁；所述线圈组件是差动式线圈，该差动式线圈由两个圆环形绕组组成，所述两个圆环形绕组的规格尺寸及匝数相同，而且两个圆环形绕组的绕线缠绕方向相反。 进一步的，所述差动式线圈的两个圆环形绕组反向串联后接入测量电路，两个圆环形绕组的绕层沿波导丝的径向交替层叠。 进一步的，所述差动式线圈的两个圆环形绕组沿波导丝的轴向依次绕设于所述骨架的内孔外周，且相互独立；所述测量电路中设有用于调节输入信号相位的移相器和差动放大器，所述两个圆环形绕组中的一个绕组通过移相器连接并输出电信号至差动放大器，另一个绕组直接连接并输出电信号至差动放大器。 进一步的，所述波导丝外周套设有保护套管，所述保护套管的一端与骨架固接，另一端与固定块固接； 进一步的，所述波导丝的远端装有阻尼器。 进一步的，所述外壳的外壁装有法兰，所述法兰电气连接测量电路。 本发明提供的低噪声磁致伸縮位移传感器，采用差动式线圈拾取扭转应力波，由
于差动式线圈的两个圆环形绕组所产生的感应电信号的极性是相反的，因此两个圆环形绕
组中存在的噪声信号是相同的，差动式线圈输出的信号中干扰与噪声会显著降低，能提高
检测精度；而且由于采用了外周套设有铁磁保护套的圆环形永久磁铁作为屏蔽器，因此能
保护差动式线圈有效地抵抗外来空间的电磁干扰及磁铁组件靠近时所产生的影响，并有效
改善差动式线圈中感应电信号的质量。


图1是本发明第一实施例的低噪声磁致伸縮位移传感器的结构示意图； 图2是本发明第一实施例的低噪声磁致伸縮位移传感器的差动式线圈及屏蔽器
的结构示意图； 图3是本发明第一实施例的低噪声磁致伸縮位移传感器的差动式线圈的结构示意图； 图4是本发明第二实施例的低噪声磁致伸縮位移传感器的差动式线圈的结构示意图。
具体实施例方式
以下结合

对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
如图1-图3所示，本发明第一实施例所提供的一种低噪声磁致伸縮位移传感器，包括外壳9和磁铁组件8，所述外壳9内装有骨架3、固定块12、波导丝6、激励导线2、返回导线11、线圈组件5、屏蔽器4和测量电路13 ;所述骨架3、固定块12分别固定于外壳9内壁的两端；所述骨架3上设有内孔，所述线圈组件5绕设于所述骨架3的内孔外周，并电气连接测量电路13，所述屏蔽器4套设于线圈组件5外周；所述波导丝6的一端为近端，另一端为远端，其近端安装于骨架3的内孔中，并经激励导线2电气连接测量电路13，其远端安装于固定块12上，并经返回导线11电气连接测量电路13 ;所述磁铁组件8活动安装于外壳9的外壁上，并能沿外壳9的轴向移动；所述波导丝6外周套设有保护套管7，所述保护套管7的一端与骨架3固接，另一端与固定块12固接；所述波导丝6的远端装有阻尼器10 ;
所述外壳9的外壁装有法兰l，所述法兰1电气连接测量电路13 ;其特征在于所述屏蔽器
4(参见图2)是外周套设有铁磁保护套17的圆环形永久磁铁16 ;所述线圈组件是差动式线圈，该差动式线圈(参见图3)由两个圆环形绕组14、15组成，所述两个圆环形绕组14、15的规格尺寸及匝数相同，而且两个圆环形绕组14、15的绕线缠绕方向相反；所述差动式线圈的两个圆环形绕组14、15反向串联后接入测量电路，两个圆环形绕组14、15的绕层沿波导丝6的径向交替层叠； 本发明第一实施例工作时，由测量电路产生的激励脉冲通过激励导线和返回导线加载到波导丝上，并在波导丝周围产生与波导丝轴向一致的纵向磁场，磁铁组件产生一个与波导丝轴线垂直的圆周向磁场，这两个磁场相会合后在磁铁组件所在位置产生扭转应力脉冲，该扭转应力脉冲沿着波导丝向其两端传播，从而形成扭转应力波，传播至波导丝远端的扭转应力波被阻尼器削弱至消失，传播至波导丝近端的扭转应力波由线圈组件拾取后转换为感应电信号，根据该感应电信号与测量电路产生的激励脉冲之间的延迟时间大小即可确定磁铁组件所处位置，从而测出磁铁组件绝对位移的大小； 本发明第一实施例的差动式线圈拾取扭转应力波时，两个圆环形绕组中所产生的感应电信号的极性是相反的，由于两个圆环形绕组是反向串联的(即构成差动形式)，因此该差动式线圈输出的信号是两个圆环形绕组中所产生的感应电信号的相减，其信号强度是单个圆环形绕组所输出的信号强度的两倍；而且由于两个圆环形绕组中存在的噪声信号
(例如来自外部空间的电磁干扰，或由内部电源波动、波导丝振动等因素所产生的噪声)是相同的，因此该差动式线圈输出的信号中干扰与噪声会显著降低，能提高检测精度；
本发明第一实施例中，由于屏蔽器是一个外周套设有铁磁保护套的圆环形永久磁铁，圆环形永久磁铁能在差动式线圈周围空间形成一个强大稳定的直流内部磁场，铁磁保护套能防止磁场外泄，因此能保护差动式线圈有效地抵抗外来空间的电磁干扰及磁铁组件靠近时所产生的影响，从而縮短其死区长度；而且由于屏蔽器呈圆环形，其磁极分布在两段位置，因此在屏蔽器内部会形成一个与屏蔽器轴线平行的稳定磁场，该磁场可以使波导丝近端产生部分磁化，从而有效改善差动式线圈中感应电信号的质量； 如图4所示，本发明第二实施例与第一实施例的区别在于，所述差动式线圈的两个圆环形绕组24、25沿波导丝6'的轴向依次绕设于所述骨架3'的内孔外周，且相互独立；所述测量电路中设有用于调节输入信号相位的移相器和差动放大器(图中未示)，所述两个圆环形绕组24、25中的一个绕组通过移相器连接并输出电信号至差动放大器，另一个绕组直接连接并输出电信号至差动放大器； 本发明第二实施例的差动式线圈拾取扭转应力波时，两个圆环形绕组中所产生的感应电信号的极性是相反的，但是相位存在一定差异，由于两个圆环形绕组中所产生的感应电信号的相位差异与两个圆环形绕组的中心距离成正比，因此对于两个位置固定的圆环形绕组而言，该相位差异值是固定的；由于两个圆环形绕组是相互独立的，两个圆环形绕组所产生的感应电信号分别输至移相器，通过移相器将两路感应电信号的相位调节到一致，然后通过差动放大器将两路两路感应电信号进行相减后输出(即构成差动形式)；差动放大器所输出信号的信号强度是单个圆环形绕组所输出的信号强度的两倍；而且由于两个圆环形绕组中存在的噪声信号(例如来自外部空间的电磁干扰，或由内部电源波动、波导丝振动等因素所产生的噪声)是相同的，因此差动放大器输出的信号中干扰与噪声会显著降低，能提高检测精度。
权利要求
一种低噪声磁致伸缩位移传感器，包括外壳和磁铁组件，所述外壳内装有骨架、固定块、波导丝、激励导线、返回导线、线圈组件、屏蔽器和测量电路；所述骨架、固定块分别固定于外壳内壁的两端；所述骨架上设有内孔，所述线圈组件绕设于所述骨架的内孔外周，并电气连接测量电路，所述屏蔽器套设于线圈组件外周；所述波导丝的一端为近端，另一端为远端，其近端安装于骨架的内孔中，并经激励导线电气连接测量电路，其远端安装于固定块上，并经返回导线电气连接测量电路；所述磁铁组件活动安装于外壳的外壁上，并能沿外壳的轴向移动；其特征在于所述屏蔽器是外周套设有铁磁保护套的圆环形永久磁铁；所述线圈组件是差动式线圈，该差动式线圈由两个圆环形绕组组成，所述两个圆环形绕组的规格尺寸及匝数相同，而且两个圆环形绕组的绕线缠绕方向相反。
2. 根据权利要求1所述的低噪声磁致伸縮位移传感器，其特征在于所述差动式线圈的两个圆环形绕组反向串联后接入测量电路，两个圆环形绕组的绕层沿波导丝的径向交替层叠。
3. 根据权利要求1所述的低噪声磁致伸縮位移传感器，其特征在于所述差动式线圈的两个圆环形绕组沿波导丝的轴向依次绕设于所述骨架的内孔外周，且相互独立；所述测量电路中设有用于调节输入信号相位的移相器和差动放大器，所述两个圆环形绕组中的一个绕组通过移相器连接并输出电信号至差动放大器，另一个绕组直接连接并输出电信号至差动放大器。
4. 根据权利要求1所述的低噪声磁致伸縮位移传感器，其特征在于所述波导丝外周套设有保护套管，所述保护套管的一端与骨架固接，另一端与固定块固接。
5. 根据权利要求1所述的低噪声磁致伸縮位移传感器，其特征在于所述波导丝的远端装有阻尼器。
6. 根据权利要求1所述的低噪声磁致伸縮位移传感器，其特征在于所述外壳的外壁装有法兰，所述法兰电气连接测量电路。
全文摘要
一种低噪声磁致伸缩位移传感器，涉及传感器技术领域，所解决的是提高检测精度的技术问题。该传感器包括外壳和磁铁组件，所述外壳内装有骨架、固定块、波导丝、线圈组件、屏蔽器和测量电路；所述骨架、固定块分别固定于外壳内壁的两端；所述骨架上设有内孔，所述波导丝的近端安装于骨架的内孔中，其远端安装于固定块上，所述线圈组件、屏蔽器套设于骨架的内孔外周，其特征在于所述屏蔽器是圆环形永久磁铁，其外周套设有铁磁保护套；所述线圈组件是差动式线圈，该差动式线圈由两个圆环形绕组组成，所述两个圆环形绕组的规格尺寸及匝数相同，而且两个圆环形绕组的绕线缠绕方向相反。本发明提供的传感器，降噪效果好，能提高检测精度。
文档编号G01B7/02GK101793492SQ20101011746
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月4日 优先权日2010年3月4日
发明者刘伟文, 张磊, 赵辉, 陶卫 申请人:上海雷尼威尔测量技术有限公司