专利名称：开关电感式的非接触位移传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传感器，特别涉及一种开关电感式的非接触位移传感器。
背景技术：
现在电感式非接触测量位移的主要是采用电涡流位移传感器测量，其原理是当导体板接近电感探头时，会在导体内形成电涡流，从而改变电感的电抗，测量阻抗来间接测量位移量。电涡流位移传感器要求激励的正弦频率高，对周围环境的电磁干扰要求严，需要高磁导率的磁芯材料。

实用新型内容本实用新型的目的是为了解决目前测量位移的传感器容易受周围环境的电磁干扰的问题，提供一种开关电感式的非接触位移传感器。本实用新型的开关电感式的非接触位移传感器，它包括带有刻度读数的移动杆、第一固定支架和套筒，它还包括位移测量电感探头；位移测量电感探头带有磁罐磁芯；套筒固定在第一固定支架上，套筒套在带有刻度读数的移动杆外，且与所述移动杆滑动连接，所述移动杆的长度大于套筒的长度，带有刻度读数的移动杆的一端为被测金属平板固定端，其另一端为读数端，位移测量电感探头和第一固定支架固定连接，带有刻度读数的移动杆与位移测量电感探头的磁罐磁芯同轴，带有刻度读数的移动杆的移动行程为h，位移测量电感探头和套筒与其相邻一端的距离为L,所述h和L满足关系L = x+h, X为非接触位移传感器的量程。本实用新型的优点在于本实用新型不需要正弦信号激励，只需要一个位移测量电感探头，对测量环境要求不高，由于只用IKHz的脉冲波，电流100mA，对周围的电磁干扰的影响小。测量电感值在满量程3mm时，相对偏差小于4%。

图I为本实用新型所述的开关电感式的非接触位移传感器的结构示意图。图2为本实用新型所述的开关电感式的非接触位移传感器的开关式电感测量电路的电路结构不意图。图3采用具体实施方式
六所述的开关电感式的非接触位移传感器测量的位移量与读数N的曲线示意图。图中纵坐标为ARM单片机测得的低电平持续时间的读数N，对应的横坐标为带有刻度读数的移动杆的读数。图4为具体实施方式
六所述的开关电感式的非接触位移传感器测试的绝对误差曲线。图中纵坐标为被测位移的绝对误差，对应的横坐标为实际位移X。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图I说明本实施方式，本实用新型的开关电感式的非接触位移传感器，它包括带有刻度读数的移动杆5、第一固定支架6和套筒7，它还包括位移测量电感探头I ;位移测量电感探头I带有磁罐磁芯3 ;套筒7固定在第一固定支架6上，套筒7套在带有刻度读数的移动杆5外，且与所述移动杆5滑动连接，所述移动杆5的长度大于套筒7的长度，带有刻度读数的移动杆5的一端为被测金属平板固定端，其另一端为读数端，位移测量电感探头I和第一固定支架6固定连接，带有刻度读数的移动杆5与位移测量电感探头I的磁罐磁芯3同轴，带有刻度读数的移动杆5的移动行程为h，位移测量电感探头I和套筒7与其相邻一端的距离为L,所述h和L满足关系L = x+h, x为非接触位移传感器的量程。
具体实施方式
二 本实施方式是对具体实施方式
一所述的开关电感式的非接触位移传感器的进一步说明，位移测量电感探头I还包括电感线圈2和第二固定支架4 ;电感线圈2缠绕在磁罐磁芯3上，磁罐磁芯3固定在第二固定支架4上。被测金属平板与位移测量电感探头I的距离近，测量线圈的电感值大，反之，远离位移测量电感探头I则小。 利用外直径为26mm的磁罐的半个磁芯作为电感线圈的磁芯，用直径20um的铜线绕一个300匝的电感线圈，还利用相应的骨架，改薄使开口为一个平面，将位移测量电感探头I固定在第二固定支架4上，用千分尺带动被测金属平板移动接近位移测量电感探头I。位移测量电感探头I与电感线圈有相对位移X，单位为mm。位移量用千分尺测量，其精度为0.01mm。被测金属平板的厚度为3mm,40mm的方块。其表面与磁罐磁芯的开口面平行。被测金属平板用强力胶粘在移动杆上，在千分尺的带动下，可以调节被测金属平板与磁罐磁芯开口面的距离。用横坐标X定位。x = 0时电感值大，约为1400uH，对应读数N = 23000左右。X = 3mm时，电感值小，约为1200uH，对应读数N = 20000。
具体实施方式
三结合图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式
二所述的开关电感式的非接触位移传感器不同的是，它还包括开关式电感测量电路，所述开关式电感测量电路包括电流源8、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电子开关电路9、第二电子开关电路10、第三电子开关电路11、第四电子开关电路12和单片机控制系统13 ；电流源8的电流输入端接供电电源VCC的正极，电流源8的电流输出端同时与第一电子开关电路9和第三电子开关电路11的一端连接，第一电子开关电路9的另一端同时与第一二极管Dl的阴极和第二电子开关电路10的一端连接，第三电子开关电路11的另一端同时与第二二极管D2的阴极和第四电子开关电路12的一端连接，第二电子开关电路10的另一端、第四电子开关电路12的另一端、第一二极管Dl的阳极和第二二极管D2的阳极同时接供电电源VCC的电源地；第一二极管Dl的阴极与单片机控制系统13的第一信号输入端连接，第二二极管D2的阴极与单片机控制系统13的第二信号输入端连接；单片机控制系统13的第一控制信号输出端与第一电子开关电路9的开关控制端连接，单片机控制系统13的第二控制信号输出端与第二电子开关电路10的开关控制端连接，单片机控制系统13的第一控制信号输出端与第三电子开关电路11的开关控制端连接，单片机控制系统13的第一控制信号输出端与第四电子开关电路12的开关控制端连接；电感线圈2的两端分别与第一二极管Dl的阴极和第二二极管D2的阴极连接。
具体实施方式
四本实施方式是对具体实施方式
三所述的开关电感式的非接触位移传感器的进一步说明，所述电流源8包括电阻Rl、电阻R2、电阻R3、电阻R4、可调电阻VRl和P沟道MOS管Ql ；电阻Rl的一端和电阻R4的一端连接在一起作为电流源8的供电电源端，电阻Rl的另一端同时连接电阻R2的一端、可调电阻VRl的一个固定端和可调电阻VRl的滑动端，电阻R4的另一端与P沟道MOS管Ql的源极连接，可调电阻VRl的另一个固定端同时连接电阻R2的另一端、P沟道MOS管Ql的栅极和电阻R3的一端，电阻R3的另一端接供电电源的电源地，P沟道MOS管Ql的漏极是电流源8的电流输出端。
具体实施方式
五本实施方式是对具体实施方式
三所述的开关电感式的非接触位移传感器的进一步说明，所述第一电子开关电路9、第二电子开关电路10、第三电子开关电路11和第四电子开关电路12组成相同，所述第一电子开关电路9包括电阻R111、电阻R121和第一 N沟道MOS管Ql I和第一三极管Ql 11 ;第一 N沟道MOS管Qll的漏极作为第一电子开关电路9的一端与电流源8的电流输出端连接，第一 N沟道MOS管Qll的栅极同时与电阻Rlll的一端和第一三极管Qlll的集电极连接，电阻Rlll的另一端接供电电源的正极，第一三极管Qlll的基极与电阻R121·的一端连接，第一三极管Qlll的发射极接供电电源的电源地；第一 N沟道MOS管Qll的源极作为第一电子开关电路9的另一端连接第一二极管Dl的阴极，电阻R121的另一端是第一电子开关电路9的开关控制端。第二电子开关电路10、第三电子开关电路11、第四电子开关电路12与第一电子开关电路9的电路结构相同。
具体实施方式
六本实施方式是对具体实施方式
三所述的开关电感式的非接触位移传感器的进一步说明，单片机控制系统13包括ARM单片机、电阻R5-R14、可调电阻VR2、可调电阻VR3、第一一级运算放大器IC11、第二一级运算放大器IC21、第一二级运算放大器IC12、第二二级运算放大器IC22、第一与非门(IC13)、第二与非门(IC23)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)；第一二极管Dl的阴极和电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与第一一级运算放大器ICll的正向信号输入端连接,第级运算放大器ICll的反向信号输入端同时与电阻R6的一端和电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端接供电电源的电源地，电阻R6的另一端同时与第级运算放大器ICll的信号输出端和第一二级运算放大器IC12的反向信号输入端连接，第一二级运算放大器IC12的正向信号输入端与可调电阻VR2的滑动端连接，可调电阻VR2的一个固定端接供电电源的电源地，可调电阻VR2的另一个固定端接供电电源的的负极，第一二级运算放大器IC12的信号输出端与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端同时与第三二极管(D3)的阴极、电阻R9的一端和第一与非门(IC13) —个输入端连接，电阻R9的另一端与第三二极管(D3)的阳极同时接供电电源的电源地，第一与非门(IC13)另一个输入端与ARM单片机的第一信号输出端连接,第一与非门(IC13)的输出端与ARM单片机的信号输入端连接；第二二极管D2的阴极和电阻RlO的一端连接，电阻RlO的另一端与第二一级运算放大器IC21的正向信号输入端连接,第二一级运算放大器IC21的反向信号输入端同时与电阻Rll的一端和电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端接供电电源的电源地，电阻Rll的另一端同时与第二一级运算放大器IC21的信号输出端和第二二级运算放大器IC22的反向信号输入端连接，第二二级运算放大器IC22的正向信号输入端与可调电阻VR3的滑动端连接，可调电阻VR3的一个固定端接供电电源的电源地，可调电阻VR3的另一个固定端接供电电源的的负极，第二二级运算放大器IC22的信号输出端与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端同时与第四二极管(D4)的阴极、电阻R14的一端和第二与非门IC23—个输入端连接，电阻R14的另一端与第四二极管(D4)的阳极同时接供电电源的电源地，第二与非门IC23另一个输入端与ARM单片机的第二信号输出端连接，第二与非门IC23的输出端与ARM单片机的信号输入端连接；ARM单片机的第三信号输出端是单片机控制系统13的第一控制信号输出端且与第一电子开关电路9的开关控制端连接；ARM单片机的第四信号输出端是单片机控制系统13的第二控制信号输出端且与第二电子开关电路10的开关控制端连接，ARM单片机的第五信号输出端是单片机控制系统13的第三控制信号输出端与第三电子开关电路11的开关控制端连接，ARM单片机的第六信号输出端是单片机控制系统13的第四控制信号输出端与第四电子开关电路12的开关控制端连接。第一电子开关电路9、第二电子开关电路10、第三电子开关电路11和第四电子开关电路12受ARM单片机的控制信号ucl-uc4信号控制。第一电子开关电路9的第一 N沟道MOS管Qll和第四电子开关电路12的第四N沟道MOS管Q14导通时，电感Lx的电流从a到b充电。第三电子开关电路11的第三N沟道MOS管Q13和第二电子开关电路10的第二 N沟道MOS管Q12导通时，电流从b到a充电。放电用肖特基二极管，正向导通电压低，约为2.6-3V之间。比IR530内置的二极管的导通电压低。电感a端的电压uLl被第级运算放大器ICll放大、第一二级运算放大器IC12比较,在ARM单片机输出的El信号允许时，经第一与非门IC13，到ARM单片机，即ARM单片机输出信号ulo。同样，电感b端的电压uL2被第二一级运算放大器IC21放大、第二二级运算放大器IC22比较，在ARM单片机输出的E2信号允许时，经第二与非门IC23到单片机，即ARM单片机输出信号u2o。ARM单片机定时测量.信号ulo和u2o的低电平持续时间为读数NI和N2。ARM单片机输出信号El控制选择正向放电时的信号通过，ARM单片机输出信号E2控制选择反向放电时的信号通过。运放用直流±12V电源供电，可调电阻VR2和可调电阻VR3设置门槛电压约为负的I. 8-2. 6V，与放电的肖特基二极管的正向导通电压有关。ARM单片机由LM3S3748芯片构成控制系统，按表I输出控制4个状态，每个状态500 μ So定时测量ulo和u2o的低电平持续时间tD。从显示屏上显示相应的定时计数值N= (N1+N2)/2，其中NI为正向放电时间计数值，N2为反向放电时间计数值，N的单位为20ns (纳秒)。试验中单片机的程序可以按需要随时修改算法或开关逻辑等。表I开关式电感测量电路中开关的逻辑关系
权利要求1.开关电感式的非接触位移传感器，它包括带有刻度读数的移动杆(5)、第一固定支架(6)和套筒(7)，其特征在于，它还包括位移测量电感探头⑴；位移测量电感探头⑴带有磁罐磁芯(3);套筒(7)固定在第一固定支架(6)上，套筒(7)套在带有刻度读数的移动杆(5)外，且与所述移动杆(5)滑动连接，所述移动杆(5)的长度大于套筒(7)的长度，带有刻度读数的移动杆(5)的一端为被测金属平板固定端，其另一端为读数端，位移测量电感探头(I)和第一固定支架￠)固定连接，带有刻度读数的移动杆(5)与位移测量电感探头(I)的磁罐磁芯(3)同轴，带有刻度读数的移动杆(5)的移动行程为h，位移测量电感探头(I)和套筒(X)与其相邻一端的距离为L,所述h和L满足关系L = x+h, X为非接触位移传感器的量程。
2.根据权利要求I所述的开关电感式的非接触位移传感器，其特征在于，位移测量电感探头⑴还包括电感线圈⑵和第二固定支架⑷；电感线圈⑵缠绕在磁罐磁芯(3)上，磁罐磁芯(3)固定在第二固定支架(4)上。
3.根据权利要求2所述的开关电感式的非接触位移传感器，其特征在于，它还包括开关式电感测量电路，所述开关式电感测量电路包括电流源(8)、第一二极管(Dl)、第二二极管(D2)、第一电子开关电路(9)、第二电子开关电路(10)、第三电子开关电路(11)、第四电子开关电路(12)和单片机控制系统(13)； 电流源⑶的电流输入端接供电电源VCC的正极，电流源⑶的电流输出端同时与第一电子开关电路(9)和第三电子开关电路(11)的一端连接，第一电子开关电路(9)的另一端同时与第一二极管(Dl)的阴极和第二电子开关电路(10)的一端连接，第三电子开关电路(11)的另一端同时与第二二极管(D2)的阴极和第四电子开关电路(12)的一端连接，第二电子开关电路(10)的另一端、第四电子开关电路(12)的另一端、第一二极管(Dl)的阳极和第二二极管(D2)的阳极同时接供电电源VCC的电源地；第一二极管(Dl)的阴极与单片机控制系统(13)的第一信号输入端连接，第二二极管(D2)的阴极与单片机控制系统(13)的第二信号输入端连接；单片机控制系统(13)的第一控制信号输出端与第一电子开关电路(9)的开关控制端连接，单片机控制系统(13)的第二控制信号输出端与第二电子开关电路(10)的开关控制端连接，单片机控制系统(13)的第一控制信号输出端与第三电子开关电路(11)的开关控制端连接，单片机控制系统(13)的第一控制信号输出端与第四电子开关电路(12)的开关控制端连接； 电感线圈(2)的两端分别与第一二极管(Dl)的阴极和第二二极管(D2)的阴极连接。
4.根据权利要求3所述的开关电感式的非接触位移传感器，其特征在于，所述电流源(8)包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、可调电阻VRl和P沟道MOS管(Ql)； 电阻Rl的一端和电阻R4的一端连接在一起作为电流源(8)的供电电源端，电阻Rl的另一端同时连接电阻R2的一端、可调电阻VRl的一个固定端和可调电阻VRl的滑动端，电阻R4的另一端与P沟道MOS管(Ql)的源极连接，可调电阻VRl的另一个固定端同时连接电阻R2的另一端、P沟道MOS管(Ql)的栅极和电阻R3的一端，电阻R3的另一端接供电电源的电源地，P沟道MOS管(Ql)的漏极是电流源⑶的电流输出端。
5.根据权利要求3所述的开关电感式的非接触位移传感器，其特征在于，所述第一电子开关电路(9)、第二电子开关电路(10)、第三电子开关电路(11)和第四电子开关电路(12)组成相同，所述第一电子开关电路(9)包括电阻R111、电阻R121和第一 N沟道MOS管(Qll)和第一三极管(Qlll)； 第一 N沟道MOS管(Qll)的漏极作为第一电子开关电路(9)的一端与电流源(8)的电流输出端连接，第一 N沟道MOS管(Qll)的栅极同时与电阻Rlll的一端和第一三极管(Qlll)的集电极连接，电阻Rlll的另一端接供电电源的正极，第一三极管(Qlll)的基极与电阻R121的一端连接，第一三极管(Qlll)的发射极接供电电源的电源地；第一 N沟道MOS管(Qll)的源极作为第一电子开关电路(9)的另一端连接第一二极管(Dl)的阴极，电阻R121的另一端是第一电子开关电路(9)的开关控制端。
6.根据权利要求3所述的开关电感式的非接触位移传感器，其特征在于，单片机控制系统(13)包括ARM单片机、电阻R5-R14、可调电阻VR2、可调电阻VR3、第一一级运算放大器(ICll)、第二一级运算放大器(IC21)、第一二级运算放大器(IC12)、第二二级运算放大器(IC22)、第一与非门(IC13)、第二与非门(IC23)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)；第一二极管(Dl)的阴极和电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与第级运算放大器(ICll)的正向信号输入端连接,第级运算放大器(ICll)的反向信号输入端同时与 电阻R6的一端和电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端接供电电源的电源地，电阻R6的另 一端同时与第级运算放大器(ICll)的信号输出端和第一二级运算放大器(IC12)的反向信号输入端连接，第一二级运算放大器(IC12)的正向信号输入端与可调电阻VR2的滑动端连接，可调电阻VR2的一个固定端接供电电源的电源地，可调电阻VR2的另一个固定端接 供电电源的的负极，第一二级运算放大器(IC12)的信号输出端与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端同时与第三二极管(D3)的阴极、电阻R9的一端和第一与非门(IC13) —个输入端连接，电阻R9的另一端与第三二极管(D3)的阳极同时接供电电源的电源地，第一与非门(IC13)另一个输入端与ARM单片机的第一信号输出端连接,第一与非门(IC13)的输出端与ARM单片机的信号输入端连接； 第二二极管(D2)的阴极和电阻RlO的一端连接，电阻RlO的另一端与第二一级运算放大器(IC21)的正向信号输入端连接,第二一级运算放大器(IC21)的反向信号输入端同时与电阻Rll的一端和电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端接供电电源的电源地，电阻Rll的另一端同时与第二一级运算放大器(IC21)的信号输出端和第二二级运算放大器(IC22)的反向信号输入端连接，第二二级运算放大器(IC22)的正向信号输入端与可调电阻VR3的滑动端连接，可调电阻VR3的一个固定端接供电电源的电源地，可调电阻VR3的另一个固定端接供电电源的的负极，第二二级运算放大器(IC22)的信号输出端与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端同时与第四二极管(D4)的阴极、电阻R14的一端和第二与非门(IC23) —个输入端连接，电阻R14的另一端与第四二极管(D4)的阳极同时接供电电源的电源地，第二与非门(IC23)另一个输入端与ARM单片机的第二信号输出端连接，第二与非门(IC23)的输出端与ARM单片机的信号输入端连接； ARM单片机的第三信号输出端是单片机控制系统(13)的第一控制信号输出端且与第一电子开关电路(9)的开关控制端连接；ARM单片机的第四信号输出端是单片机控制系统(13)的第二控制信号输出端且与第二电子开关电路(10)的开关控制端连接，ARM单片机的第五信号输出端是单片机控制系统(13)的第三控制信号输出端与第三电子开关电路(11)的开关控制端连接，ARM单片机的第六信号输出端是单片机控制系统(13)的第四控制信号输出端与第四电子开关电路(12)的开关控制端连接。
专利摘要开关电感式的非接触位移传感器，涉及一种传感器。为了解决目前测量位移的传感器容易受周围环境的电磁干扰的问题。位移测量电感探头带有磁罐磁芯；套筒固定在第一固定支架上，套筒套在带有刻度读数的移动杆外，且与所述移动杆滑动连接，所述移动杆的长度大于套筒的长度，带有刻度读数的移动杆的一端为被测金属平板固定端，其另一端为读数端，位移测量电感探头和第一固定支架固定连接，带有刻度读数的移动杆与位移测量电感探头的磁罐磁芯同轴，带有刻度读数的移动杆的移动行程为h，位移测量电感探头和套筒与其相邻一端的距离为L，所述h和L满足关系L＝x+h，x为非接触位移传感器的量程。用于非接触测量位移。
文档编号G01B7/02GK202582476SQ201220221599
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者欧阳斌林, 杨方, 王润涛, 魏巍, 辛苗, 秦亮亮 申请人:东北农业大学