CN101311666B - 位移传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种位移传感器，其中振荡电路输出有与位移检测线圈的感应系数相对应的频率的振荡信号。振荡周期测量电路测量从振荡电路输出的振荡信号的周期，并且输出与所述测量的周期相对应的信号。平方电路计算并且输出振荡周期测量电路输出的信号的平方。通过计算和输出振荡信号的周期的平方，感应系数与电容分量的乘积的平方根分量被消除，因而，输出信号相对位移体的位移线性地变化。结果，输出信号相对于位移体的位移的线性可以被改善。

Description

位移传感器

相关申请的交叉参考

本申请基于日本专利申请号No.TOKUGAN2007-139607，申请日为2007年5月25日，要求优先权，其所有内容以参考方式整体并入此处。

技术领域

本发明涉及一种位移传感器，通过检测位移检测线圈的感应系数(电感)变化来检测位移体的位移，所述感觉系数变化是由位移体的位移产生的。

背景技术

如在日本未审专利申请公开号No.05-040002公开的，位移检测装置已知包括位移检测线圈和位移体，并且其被设计使位移体可自由地相对位移检测线圈移动，从而引起这个位移检测线圈的磁性变化。这个位移检测装置产生振荡信号，所述信号具有对应于位移检测线圈的感应系数的频率，并且输出对应于振荡信号的周期的输出信号，因而当位置检测线圈的感应系数变化时，检测位移检测线圈的位移。

在这个位移检测装置中，振荡信号的周期表达为2π(LC)1/2，并且因而输出信号包含感应系数(L)分量与电容(C)分量的乘积的平方根分量。根据这个位移检测装置，甚至当位移体的位移和位移检测线圈的感应系数变化具有线性的关系时，所述输出信号变化与位移体的位移非线性地相关，这造成使用输出信号不方便。

本发明已经做出以解决这个问题，其目的是提供位移传感器，所述传感器已经改善了输出信号相对于位移体的位移的线性。

发明内容

根据本发明的位移传感器包括：圆筒形位移检测线圈；电导体，所述电导体在其径向设置为靠近位移检测线圈的内侧或者外侧，所述电导体在位移传感线圈的轴线方向是可自由地移动的；振荡电路，所述振荡电路输出有与位移检测线圈的感应系数相对应的频率的振荡信号；振荡周期测量电路，所述振荡周期测量电路输出与从振荡电路输出的振荡信号的周期相对应的信号；和平方输出单元，所述平方输出单元计算并且输出从振荡周期测量电路输出的信号的平方。

根据本发明所述的位移传感器，信号的平方被计算和输出，所述信号对应于振荡信号的周期，所述振荡信号有对应于位移检测线圈的感应系数的频率，因而，输出信号相对于位移体的位移线性地变化，其便于输出信号的使用。

附图说明

结合附图的随后的说明和权利要求，本发明的例子将变得更充分地明显。理解到这些附图描写只是示例性的，并且因而是不能被认为是对发明范围的限制，通过使用附图，以附加的特征和细节描述本发明的例子，其中：

图1是显示根据本发明的实施例的位移传感器结构的方块图；

图2是显示在应用例子中图1的位移传感器的结构的示意图；

图3是显示在应用例子中的图1的位移传感器结构的示意图；

图4是显示在不同的温度情况下变化的平方相对于电导体的位移量的特征的图表；

图5是显示所述平方的温度系数变化相对于电导体的位移量的图表；

图6是显示在不同的温度情况下温度系数变化相对于电导体的位移量的特征的图表；和

图7是显示在不同的偏离值处温度系数变化相对于电导体的位移量的特征的图表。

具体实施方式

参照附图，位移传感器的结构和其位移检测操作将根据本发明的实施例说明如下。

(位移传感器的结构)

根据本发明实施例的位移传感器，如图1所示，主要地包括位移检测线圈1、电导体2、振荡电路3、振动周期测量电路4、平方电路5、温度补偿电路6、和信号处理电路7。在这个实施例中，振动周期测量电路4、平方电路5、温度补偿电路6、和信号处理电路7，每个是由硬件电路部件组成，但是也可以通过使诸如微型机的处理机执行说明每个电路功能的计算机程序，在软件基础上设置。

位移检测线圈1具有圆筒形，其轴线长度比外径长，为了确保感应系数相对于变化相对于电导体2位移的线性。在这个实施例中，位移检测线圈的缠绕密度在轴线方向上是均匀的，但是也可以如在图2中所示在轴线方向上是不均匀的，其中缠绕密度在线圈的一端侧大。根据这个结构，感应系数变化相对于电导体2位移的线性可以进一步改善。通过缠绕导线在非磁体上形成需要的位移检测线圈1。当所述位移检测线圈1通过缠绕导线在磁体上形成，并且外部磁场在轴线方向上被应用到其时，外部磁场的磁通量主要地通过所述磁体。当这个外部磁场是交流电时，外部磁场的磁通量在位移检测线圈1中产生感生电压，因而输出波动。进而，当所述外部磁场是直流电时，在外部磁场是小或者所述磁体薄的情况下，磁体的磁饱和度产生，因而输出波动。因而，通过缠绕导线在非磁体上形成位移检测线圈1，由外部磁场引起的输出波动可以被防止。

电导体2由诸如铝的传导材料制成，并且具有圆筒中空形，安装为径向上靠近到位移检测线圈1的外侧，因而以这样的方式，即电导体2可以相对位移检测线圈1在其轴向上位移。如图3所示，磁屏蔽8可以设置在位移检测线圈1和电导体2的外侧，以保护它们免受电磁波。根据这个结构，即使当位移检测线圈1进入电导体2中的插入量小时，发射水平可以被减少。而且，即使当位移传感器设置在金属洞的内侧时，传感器可以被所述周围金属更少地影响。而且，在这个实施例中，电导体2在其径向上设置为靠近到位移检测线圈1的外侧，但是可以选择地，在其径向上被设置为靠近到位移检测线圈1的内侧。另外，电导体2可以被安装到目标上用于测量位移量，可以是目标的一部分。

振荡电路3是普遍已知的LC振荡电路，诸如哈特莱型(Hartley-type)电路，并且输出有与位移检测线圈1的感应系数相对应的频率的振荡信号。振荡电路3理想地包括振幅限制电路，其限制振荡信号的振幅到预定值。根据这个结构，发射水平可以被抑制，并且振荡电路3的功率消耗也可以降低。振荡周期测量电路4测量所述振荡电路3输出的振荡信号周期，并且输出与测量周期相应的信号。所述平方电路5计算并且输出所述振荡周期测量电路4输出的信号的平方。所述温度补偿电路6抑制输出的温度变化，这归结于形成位移检测线圈1的导线或者电导体2的传导性。信号处理电路7使用温度补偿电路6的输出信号计算电导体2位移量。

(位移检测操作)

通过如下所述的执行操作，这样设置的位移传感器检测电导体2的位移量。具体地，振荡电路3首先输出有对应于位移检测线圈1的感应系数(L)的频率(1/T_res)的振荡信号。位移检测线圈1的感应系数依据在位移检测线圈1的轴线方向上电导体2的位置(插入)量而变化。然后，振荡周期测量电路4测量振荡电路3输出的振荡信号的周期(T_res)，并且输出相对于所述测量的周期(T_res)的信号。然后，平方电路5计算并且输出振荡周期测量电路4输出的信号的平方(T_res ²)。因为振荡信号的周期(T_res)通过2π(LC)^1/2表示，振荡周期测量电路4输出的信号的平方(T_res ²)通过如下公式1表示。通过计算和输出振荡信号的周期(T_res)的平方，感应系数(L)与电容(C)分量的乘积的平方根分量被消除，因而，输出信号相对位移体的位移线性地变化。

(公式1)

$T_{\mathrm{res}}^2={\left(2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}\right)}^2$

接下来，温度补偿电路6用于所述平方的温度变化(T_res ²)的补偿，其归因于形成位移检测线圈1的导线或者电导体2的传导性。在这个实施例的位移传感器中，当流进电导体2的漩涡电流消除了位移检测线圈1产生的磁通量时，位移检测线圈1相对电导体2的位移量的感应系数变化被决定。这个漩涡电流随温度增加而变小。因而，当电导体2插入位移检测线圈1的插入量变更大时，感应系数变得更小并且温度系数变更大。相反，当电导体2插入位移检测线圈1的插入量变更小时，感应系数变得更大并且温度系数变更小。更具体地，相对电导体2的位移量的平方(T_res ²)变化的特征，依赖温度改变，如图4所示，并且其温度系数变化如图5中所示。因而，仅仅补偿平方(T_res ²)的温度变化是困难的。

在这个实施例中，温度补偿电路6计算并输出参数P，以补偿所述平方(T_res ²)的温度变化，所述参数P通过如下说明的公式2表达。这个参数P是通过加偏移量(T_ofs ²{1+α(T_a-T_o)})到所述平方(T_res ²)上获得的，其中T_ofs ²表示偏移量，α表示温度系数，T_a表示检测温度，T_o表示基础温度(25℃)。信号处理电路7通过使用温度补偿电路6的输出信号，最终地计算电导体2的位移量。根据这个参数P，如图6和7所示，通过设置偏移量T_ofs ²和温度系数α到它们合适的值，温度系数对位移的依赖可以被减少。在此情况下，需要偏移量T_ofs ²和温度系数α中的至少一个是可编程的参数。根据这个结构，处理不同温度变化是可能的，所述温度变化归因于位移检测线圈1的类型，诸如形状或者其轴向长度，或者归因于产品的多样性。进一步，允许应用预定的补偿温度系数以取消温度系数α。这能够不考虑电导体2的位移量，补偿温度改变。

(公式2)

$P=T_{\mathrm{res}}^2+T_{\mathrm{ofs}}\{1+\mathrm{\α}(\mathrm{Ta}-T_0)\}$

虽然本发明人做的本发明，已经参照其实施例说明，陈述和附图构成本发明的公开部分，不应被认作本发明的限制。即，本领域技术人员基于上述实施例所做的多个选择性的实施例、例子和操作技术，当然地，落入本发明的范围。

Claims (6)

1.一种位移传感器，包括：

圆筒形位移检测线圈(1)；

电导体(2)，所述电导体设置为在位移检测线圈的径向方向上靠近到位移检测线圈(1)的内侧或者外侧，所述电导体(2)在位移传感线圈(1)的轴向方向上能够自由地移动；

振荡电路(3)，所述振荡电路输出具有与位移检测线圈(1)的感应系数(L)相对应的频率(1/Tres)的振荡信号；

振荡周期测量单元(4)，所述振荡周期测量单元输出与从振荡电路(3)输出的振荡信号的周期相对应的信号；和

平方输出单元(5)，所述平方输出单元计算并且输出从振荡周期测量单元(4)输出的信号的平方；

其特征在于，所述振荡电路(3)具有振幅限制电路，其将振荡信号的振幅限制到预定值；

非磁体设置在所述位移传感线圈(1)内侧；和

温度补偿单元(6)，所述温度补偿单元(6)将具有预定温度系数的偏移量加到平方输出单元(5)输出的平方中，由此补偿平方输出单元(5)输出的平方的温度变化。

2.根据权利要求1所述的位移传感器，其中温度系数和偏移量中的至少一个是可编程的参数。

3.根据权利要求1所述的位移传感器，其中所述温度补偿单元(6)应用补偿温度系数到已经加了偏移量的所述平方，从而取消所述预定温度系数。

4.根据权利要求3所述的位移传感器，其中所述补偿温度系数是可编程的参数。

5.根据权利要求1所述的位移传感器，其中所述位移检测线圈(1)的绕线在轴向方向上是不均匀分布的。

6.根据权利要求1所述的位移传感器，其中所述位移检测线圈(1)和电导体(2)用磁屏蔽(8)包围，所述磁屏蔽(8)用于保护它们免受电磁波。

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