智能差動變壓器式動靜態位移變送器的製作方法
2023-05-02 15:49:01 1
專利名稱：智能差動變壓器式動靜態位移變送器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種智能差動變壓器式動靜態位移變送器。
背景技術：
隨著我國國民經濟的發展，科學技術的進步，自動化程度的不斷提高，傳感器的用量越來越大，開發高新技術位移傳感器產品具有廣闊的前景。差動變壓式位移傳感器(LVDT)因其結構簡單、線性好、精度高、測量範圍大、受外界的幹擾小、動態特性好及工作穩定性高等優點，目前已廣泛應用於工程機械、航天航空、鐵路交通、橋梁勘測、化工和科研等諸多領域。然而，現有的差動變壓式位移傳感器存在以下幾個方面的問題(1)現有的位移·傳感器大多只能輸出電流或電壓等中間值，還需經過後臺的處理和計算模塊進行處理及計算，才能得到目標位移值(單位mm等)，在大型的監控系統中常常需要設置很多個位移傳感器，這樣後臺的處理和計算工作量就很龐大，增加了後臺的工作負荷。(2)如圖I所示，現有差動變壓器的次級線圈從中心線位置到兩端面所繞制的線圈匝數相同，在銜鐵移動到線圈端頭時，產生的電動勢輸出變小，這種傳統線圈繞制方式的線性精度較差。(3)我們知道，溫度漂移在許多場合嚴重影響位移測量精度，而傳統的差動變壓式位移傳感器都未設置溫度補償模塊，影響了目標位移值的測量精度。(4)現有的差動變壓式位移傳感器沒有設置編號識別模塊，存儲單元中也未儲存傳感器的編號信息，上位機無法對某指定編號的傳感器進行操作和控制，在系統中大量使用同一種傳感器的場合下，容易造成秩序的混亂。
實用新型內容本實用新型的目的在於解決現有差動變壓器式位移傳感器的不足，提供一種新型的高精度、小溫漂、長使用壽命且輸出為目標位移值的智能差動變壓器式動靜態位移變送器，克服傳統差動變壓器式位移傳感器只能輸出電流或電壓等中間值；次級線圈從中心線位置到兩端面所繞制的線圈匝數相同，在銜鐵往端面移動時，產生的電動勢輸出變小，線性精度較差；未設置溫度補償模塊，影響了目標位移值的測量精度；未對變送器進行編號，容易造成秩序的混亂等缺點。本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的智能差動變壓器式動靜態位移變送器，它包括電壓/電流測量單元、溫度測量單元、處理單元和存儲單元，電壓/電流測量單元、溫度測量單元和存儲單元分別與處理單元連接；電壓/電流測量單元包括差動變壓器和電壓/電流處理模塊，差動變壓器的輸出與電壓/電流處理模塊連接，電壓/電流處理模塊的輸出與處理單元連接；處理單元包括處理器以及位移值計算模塊、溫度補償模塊和編號識別模塊；所述的差動變壓器包括初級線圈、次級線圈a、次級線圈b、線圈骨架、導磁外殼、連接杆和設於連接杆頂端的銜鐵，線圈骨架靠近導磁外殼的一側設有線圈腔，線圈骨架的另一側圍成中空容腔，初級線圈纏繞在線圈腔靠近線圈骨架的一側，次級線圈a和次級線圈b對稱纏繞在線圈腔靠近導磁外殼的一側，次級線圈a和次級線圈b的截面呈階梯形，次級線圈a和次級線圈b分別以線圈腔的中心線向兩端按遞增方式水平對稱繞制，連接杆和銜鐵位於中空容腔內；存儲單元至少存儲有設備編號、標定線性係數和溫度補償係數。本實用新型所述的溫度測量單元包括一個溫度傳感器和一個模數轉換器，溫度傳感器的輸出與模數轉換器連接，模數轉換器的輸出與處理單元連接。本實用新型所述的處理單元還可通過通信總線與上位機連接，通信總線包括RS-485總線或CAN總線。本實用新型所述的處理器包括微處理器或現場可編程門陣列PFGA。本實用新型的有益效果是(I)直接輸出目標位移值(單位mm等)，無需後臺再進行處理和計算，降低了後臺的
工作量。(2)次級線圈向端面分梯次繞制，在銜鐵往端面移動時，產生的電動勢輸出穩定，提高了差動變壓器的線性精度。(3)溫度測量單元將其測得的環境溫度輸出至處理單元，處理單元根據其存儲單元中存儲的溫度補償係數對計算所得的位移值進行溫度補償，進一步提高了位移變送器的測量精度。(4)存儲單元存儲了變送器的設備編號，上位機通過編號尋址所述的智能差動變壓器式動靜態位移變送器，實現便捷的數據交換與處理，智能差動變壓器式動靜態位移變送器發送的數據包中包含有編號，便於上位機識別和處理。(5)變送器可脫離上位機的控制，作為獨立元件，根據其內部程序自主完成測量和處理的任務。
圖I為傳統差動變壓器結構示意圖；圖2為本實用新型差動變壓器結構示意圖；圖3為本實用新型結構示意方框圖；圖中，I-初級線圈，2-次級線圈a，3-次級線圈b，4-線圈骨架，5-導磁外殼，6_連接杆，7-銜鐵，8-線圈腔，9-中空容腔。
具體實施方式
以下結合附圖進一步描述本實用新型的技術方案如圖3所示，智能差動變壓器式動靜態位移變送器，它包括電壓/電流測量單元、溫度測量單元、處理單元和存儲單元，電壓/電流測量單元、溫度測量單元和存儲單元分別與處理單元連接。電壓/電流測量單元包括差動變壓器和電壓/電流處理模塊，差動變壓器的輸出與電壓/電流處理模塊連接，電壓/電流處理模塊的輸出與處理單元連接；電壓/電流處理模塊包括一個信號調節電路和一個模數轉換器，差動變壓器的輸出與信號調節電路連接，信號調節電路的輸出與模數轉換器連接，模數轉換器的輸出與處理單元連接；信號調節電路包括穩壓電路、正弦波發生器、解調器和放大器。溫度測量單元包括一個溫度傳感器和一個模數轉換器，溫度傳感器的輸出與模數轉換器連接，模數轉換器的輸出與處理單元連接。處理單元包括處理器以及位移值計算模塊、溫度補償模塊和編號識別模塊，處理器包括微處理器或現場可編程門陣列PFGAo如圖2所示,所述的差動變壓器包括初級線圈I、次級線圈a2、次級線圈b3、線圈骨架4、導磁外殼5、連接杆6和設於連接杆頂端的銜鐵7，銜鐵7為工業純鐵銜鐵、鐵氧體銜鐵或坡莫合金銜鐵；線圈骨架4靠近導磁外殼5的一側設有線圈腔8，線圈骨架4的另一側圍成中空容腔9，初級線圈I纏繞在線圈腔8靠近線圈骨架4的一側，次級線圈a2和次級線圈b3對稱纏繞在線圈腔8靠近導磁外殼5的一側，次級線圈a2和次級線圈b3的截面呈階梯形，次級線圈a2和次級線圈b3分別以線圈腔8的中心線向兩端按遞增方式水平對稱繞制，連接杆6和銜鐵7位於中空容腔9內；存儲單元至少存儲有設備編號、標定線性係數和溫度補償係數。智能差動變壓器式動靜態位移變送器的處理單元還可以通過通信總線與上位機連接，用於完成與上位機的通信，通信總線包括RS-485總線或CAN總線。智能差動變壓器式動靜態位移變送器的位移測量過程，它包括以下步驟(I)驅動位移通過連接杆6將位移量傳達至銜鐵7，銜鐵7在中空容腔9內左右平 移，使得次級線圈a2與次級線圈b3的電動勢之間產生差值；(2)兩個次級線圈之間的電動勢差輸出至信號調節電路，經調節後獲得直流電壓/電流值，再經模數轉換器轉換為目標數字電壓/電流信號並傳輸至處理單元；(3)溫度傳感器傳感實時的環境溫度值，通過模數轉換器轉換為目標數字溫度信號並傳輸至處理單兀；(4)處理器讀取存儲單元中存儲的標定線性係數，位移值計算模塊將目標數字電壓/電流信號與標定線性係數相乘，得到初始位移值；(5)處理器根據目標數字溫度信號讀出該溫度下的補償係數，溫度補償模塊將初始位移值與補償係數相加，得到目標位移值。位移測量方法還可包括一個處理單元與上位機通信的步驟，處理單元根據上位機的操作指令，將目標位移值通過通信總線發送至上位機。智能差動變壓器式動靜態位移變送器可以獨立工作，自主完成位移值的採集、計算和輸出；同時，智能差動變壓器式動靜態位移變送器也可以通過通信總線與上位機連接，上位機通過編號尋址所述的智能差動變壓器式動靜態位移變送器，實現便捷的數據交換與處理，智能差動變壓器式動靜態位移變送器發送的數據包中包含有編號，便於上位機識別和處理。處理器可以脫離上位機的控制獨立工作，根據其內部程序完成自主的某時間點靜態目標位移值的測量和處理任務；或者接收來自上位機的時間點操作指令，採集該時間點的靜態目標位移值並反饋至上位機。處理器可以脫離上位機的控制獨立工作，根據其內部程序完成自主的某時間段內動態目標位移值的測量和處理任務；或者接收來自上位機某時間段的操作指令，讀取測量頻率、開始時間和結束時間信息，完成該時間段內的動態目標位移值的測量並反饋至上位機。動靜態位移變送器將現有的模塊整合成為以處理單元為核心的智能整體，可脫離上位機的控制單獨工作，根據其內部程序完成某些測量和處理的任務；也可通過通信總線與上位機進行通信，根據上位機的指令進行不同時間點或時間段的測量，採集後經過標定線性係數和溫度補償係數的補償後將最終的高精度目標位移值發送給上位機，進而實現動靜態的測量。
權利要求1.智能差動變壓器式動靜態位移變送器，其特徵在於它包括電壓/電流測量單元、溫度測量單元、處理單元和存儲單元，電壓/電流測量單元、溫度測量單元和存儲單元分別與處理單元連接；電壓/電流測量單元包括差動變壓器和電壓/電流處理模塊，差動變壓器的輸出與電壓/電流處理模塊連接，電壓/電流處理模塊的輸出與處理單元連接；處理單元包括處理器以及位移值計算模塊、溫度補償模塊和編號識別模塊；所述的差動變壓器包括初級線圈(I)、次級線圈a (2)、次級線圈b (3)、線圈骨架(4)、導磁外殼(5)、連接杆(6)和設於連接杆頂端的銜鐵(7)，線圈骨架(4)靠近導磁外殼(5)的一側設有線圈腔(8)，線圈骨架(4)的另一側圍成中空容腔(9)，初級線圈(I)纏繞在線圈腔(8)靠近線圈骨架(4)的一側，次級線圈a (2)和次級線圈b (3)對稱纏繞在線圈腔(8)靠近導磁外殼(5)的一側，次級線圈a (2)和次級線圈b (3)的截面呈階梯形，次級線圈a (2)和次級線圈b (3)分別以線圈腔(8)的中心線向兩端按遞增方式水平對稱繞制，連接杆(6)和銜鐵(7)位於中空容腔 (9)內；存儲單元至少存儲有設備編號、標定線性係數和溫度補償係數。
2.根據權利要求I所述的智能差動變壓器式動靜態位移變送器，其特徵在於所述的溫度測量單元包括一個溫度傳感器和一個模數轉換器，溫度傳感器的輸出與模數轉換器連接，模數轉換器的輸出與處理單元連接。
3.根據權利要求I所述的智能差動變壓器式動靜態位移變送器，其特徵在於所述的處理單元還可通過通信總線與上位機連接，通信總線包括RS-485總線或CAN總線。
4.根據權利要求I所述的智能差動變壓器式動靜態位移變送器，其特徵在於所述的處理器包括微處理器或現場可編程門陣列PFGA。
專利摘要本實用新型公開了一種智能差動變壓器式動靜態位移變送器，它包括電壓/電流測量單元、溫度測量單元、處理單元和存儲單元，電壓/電流測量單元包括差動變壓器和電壓/電流處理模塊；處理單元包括處理器以及位移值計算模塊、溫度補償模塊和編號識別模塊；次級線圈a(2)和次級線圈b(3)的截面呈階梯形，次級線圈a(2)和次級線圈b(3)分別以線圈腔(8)的中心線向兩端按遞增方式水平對稱繞制；存儲單元至少存儲有設備編號、標定線性係數和溫度補償係數。本實用新型具有可直接輸出目標位移值，差動變壓器的線性精度高，可實現上位機對某指定編號的變送器進行操作和控制，可脫離上位機的控制獨立工作等特點。
文檔編號G01B7/02GK202420424SQ20122002570
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者楊波, 楊紹荃 申請人:四川金碼科技有限公司