「8」字形線圈測距傳感器的製作方法

2023-05-12 21:50:46

專利名稱：「8」字形線圈測距傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種非接觸測距傳感器。
背景技術：
現有的非接觸檢測的測距傳感器中，主要的一類是基於電磁感應原理實現 測量距離的，它是利用傳感器內的 一個檢測線圈來檢測傳感器與被測金屬體之
間距離。其原理是檢測線圏的電感為L=NVS/2 5 , N為線圏匝數；//空氣的 導磁率；S為線圈圍成的面積；5為線圏與被測金屬體表面的距離；其中空氣的 導磁率為常數，線圈繞成後N與S為定值，故電感L是^^測線圈與被測金屬體 表面的距離值5的函數；當線圈與被測金屬體表面的距離發生變化時，線圈的 電感量也會發生變化。如在檢測線圈饋入高頻交流信號，該交流電會在檢測線 圈內產生感生電動勢，而該感生電動勢的大小與線圏的電感量有關，並進而與 檢測線圈與被;險測物體表面距離有關；從而通過檢測線圈中的電信號進行分析 處理，可得到檢測線圏與被測金屬物體表面的距離。
由這種傳感器的工作原理知道，若空間存在^f茲場分布，^磁場的存在將會影 響線圈中產生的感生電動勢的大小，從而影響檢測的精度。尤其是將這種傳感 器用於檢測磁懸浮車的軌道與電磁鐵之間距離時，由於磁懸浮系統存在著強的 磁場，因此現有的這類傳感器的檢測結果將極不可靠，甚至不能工作。另外， 現有傳感器只有一個用於^r測的線圈，可靠性無法保證，不能應用於一些對可 靠性要求較高的場合。

發明內容
本發明的目的是提供一種"8"字形線圈測距傳感器，該種傳感器能抵消空 間分布的磁場對檢測結果的幹擾，檢測精度高，檢測結果準確，尤其適用於磁 懸浮車系統等環境中有較強磁場分布場合的測距。
本發明為實現其發明目的，所採用的技術方案是 一種"8"字形線圏測距 傳感器，包括高頻信號源，高頻信號源的信號送入檢測線圈，檢測線圏輸出的檢 測信號由信號處理電路進行處理，其結構特點是檢測線圈呈"8"字形，由大 小及匝數相同的左右兩個矩形線圏構成，且左右兩個矩形線圏的繞向相反。
與現有技術相比，本發明的有益效果是"8"字形狀的^r測線圈由繞向 相反的大小及匝數相同的左右兩個矩形線圈組成，因此，當空間分布有》茲場時， 磁場在兩個線圈產生的感生電動勢相同， <旦由於左側線圏中的電流方向和右側 線圈中的電流方向相反，從而使得中兩個線圈中的感生電動勢對整個檢測線圈 中交流信號輸出的影響，相互抵減。對均勻分布的外界磁場則可以完全抵消； 而對非均勻分布的空間的磁場，由於兩個線圈相距很近，在該近距離範圍內的 磁場分布的變化較小，本發明也可以基本上抵消磁場對檢測結果的影響。由於 本發明能夠有效抵消磁場對檢測結果的影響，故其檢測精度高，檢測結果準確， 尤其適用於磁懸浮系統等環境中有較強磁場分布場合的測距。
上述的檢測線圈為兩個，兩個檢測線圈分別與各自的高頻信號源及信號處 理電路相連，兩個信號處理電路的輸出還與一比較電路相連；兩個檢測線圈在 空間上重疊但在左右方向上錯開排列，其錯開的距離為一個矩形線圈寬度的 1/3~2/3，並使兩個檢測線圈的互感為零。
這樣由兩個 "8"字形狀的檢測線圈和其對應的信號源及信號處理電路構 成了兩路冗餘的檢測通道。並且兩線圏在空間上重疊並交錯後，實現兩個線圈 之間互感為零。其原理說明如下在圖3中，當一個檢測線圏(通電線圈)通 以高頻交流電時，將有磁場穿過另一個檢測線圈(感應線圈)。如果感應線圈的 左矩形線圈和右矩形線圈中穿過等量的且方向相同磁通時，由於感應線圈為 繞向相反的兩矩形線圈組成的"8"字線圈，感應線圈中將不會產生感應電壓， 即兩個檢測線圈的互感為零。當兩個檢測線圈的位置完全重合時，由於通電線 圈的左、右矩形線圈的^f茲場均分別最大地穿過感應線圈的左、右矩形線圈，也 即使感應線圈的左、右矩形線圈穿過最大的等量且方向相反的^茲通，此時互感 最大。隨著兩個線圈逐漸向一側錯開，以向右側錯開為例則感應線圈中的右 側矩形線圈穿過的通電線圈中的右側矩形線圈中的磁通量減少；感應線圏的左 側矩形線圈中穿過通電線圈的右側線圈的磁通量從無到有逐漸增多、另 一方面 穿過通電線圏左側矩形線圈中的磁通量則逐漸減少，兩線圈的互感減少；當兩 個檢測線圈錯位的距離在小於線圏寬度的1/2附近，感應線圈的左側矩形線圈 中穿過通電線圈的右側線圈的磁通量減去通電線圈左側線圈的磁通量等於感應 線圈中的右側矩形線圈穿過的通電線圈中的右側矩形線圈中的,茲通量時，也即 此時感應線圈的左矩形線圈和右矩形線圈中穿過等量的且方向相同的磁通，兩
線圈的互感為零。
從而，兩線圈之間不會產生幹擾，保證兩路通道的測量數據相互獨立。分 別得到兩個獨立的距離測量數據，同時送入比較單元進行比較，若兩者之間的 誤差大於預先設定的閾值，發出故障報警信號，說明某一測量通道在處理過程 中出現故障，提示檢測維修。
一方面保證檢測的高可靠性，適用於對檢測可靠
性要求高的場合；另一方面，可通過對兩個獨立數據的統計處理，可有效提高 檢測的精度和準確性。
上述的兩個檢測線圈與其對應連接的高頻信號源的頻率不同，可以使兩個線 圈在信號提取時諧振頻率相錯，進一步減小相互幹擾。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的詳細說明。


圖l是本發明實施例的電原理框圖。
圖2是本發明實施例的檢測線圏中兩個矩形線圈的繞向示意圖，圖中箭頭 表示饋入電流的流動方向，左矩形線圏的右側部分與右矩形線圏的左側部分實 際是重疊的，但為了觀察方便，將該重疊部分進行了左、右平移，使其相互錯 開。
圖3是本發明實施例的兩個檢測線圈空間分布位置示意圖，圖中實線為上 面的一個檢測線圈，虛線為疊在下面的另一檢測線圈的露出部分，箭頭表示饋 入電流的方向。
具體實施例方式
圖l、 2、 3示出，本發明的一種具體實施方式
為 一種"8"字形線圈測 距傳感器，包括高頻信號源S,高頻信號源S的信號送入檢測線圈L,檢測線圈L 輸出的檢測信號由信號處理電路進行處理，檢測線圏L呈"8"字形，由大小及 匝數相同的左右兩個矩形線圈La、 Lb構成，且左右兩個矩形線圏La、 Lb的繞向 相反。
檢測線圈L為兩個，兩個檢測線圈L分別與各自的高頻信號源S及信號處 理電路PS相連，兩個信號處理電路PS的輸出還與一比較電路CS相連；兩個檢 測線圈L在空間上重疊但在左右方向上錯開排列，其錯開的距離d為一個矩形 線圈La、 Lb寬度D的1/3-2/3,並使兩個檢測線圈L的互感為零。其錯開距離 的具體值，可在該距離範圍內通過幾次擺放，並測定互感值後加以確定。 一旦
確定後，對同樣大小和形狀的檢測線圈則無需重複測定。具體方法是在一個 線圈中通以高頻信號電流，在寬度D的1/3-2/3的範圍內移動兩面線圈的距離， 測量另一線圈中的開路電壓，當測得的開路電壓為零時，兩線圈的互感為零。
/人圖2、 3可以看出，由於^r測線圈中兩個左右兩個矩形線圈的繞向相反， 使信號源S饋入的電流在兩個矩形線圈中的流向相反， 一個為順時針，則另一 個必為反時針。
兩個檢測線圈(L)與其對應連接的高頻信號源S的頻率不同。
權利要求
1、一種「8」字形線圈測距傳感器，包括高頻信號源(S)，高頻信號源(S)的信號送入檢測線圈(L)，檢測線圈(L)輸出的檢測信號由信號處理電路進行處理，其特徵在於所述的檢測線圈(L)呈「8」字形，由大小及匝數相同的左右兩個矩形線圈(La、Lb)構成，且左右兩個矩形線圈(La、Lb)的繞向相反。
2、 根據權利要求1所述的一種"8"字形線圈測距傳感器，其特徵在於 所述的檢測線圈(L)為兩個，兩個檢測線圈(L)分別與各自的高頻信號源(S)及 信號處理電路(PS)相連，兩個信號處理電路(PS)的輸出還與一比較電路(CS)相 連；兩個檢測線圈(L)在空間上重疊但在左右方向上錯開排列，其錯開的距離(d) 為一個矩形線圈(La、Lb)寬度(D)的1/3-2/3，並使兩個檢測線圈(L)的互感為零。
3、 根據權利要求2所述的一種"8"字形線圈測距傳感器，其特徵在於 所述的兩個檢測線圈(L)與其對應連接的高頻信號源(S)的頻率不同。
全文摘要
本發明公開了一種「8」字形線圈測距傳感器，檢測線圈(L)呈「8」字形，由大小及匝數相同的左右兩個矩形線圈(La、Lb)構成，且左右兩個矩形線圈(La、Lb)的繞向相反。該種傳感器能抵消空間分布的磁場對檢測結果的幹擾，檢測精度高，檢測結果準確，尤其適用於磁懸浮車系統等環境中有較強磁場分布場合的測距。
文檔編號G01B7/14GK101109614SQ200710049840
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月24日 優先權日2007年8月24日
發明者劉國清, 張崑崙, 熹 李, 瀅 王, 莉 王, 董金文, 郭小舟, 郭育華, 靖永志 申請人:西南交通大學