一种小体积差动变压器式位移传感器的制作方法

1.本实用新型属于电子传感器技术领域，具体涉及一种小体积差动变压器式位移传感器。


背景技术：

2.在当今航空、航天领域内，特别是在电传控制系统中，伺服舵机作为其中重要的一环越来越重要，尤其是小型化、重量轻、可靠性高的舵机受到无人机及其它飞行器的青睐。差动变压器式位移传感器作为伺服舵机其中一个元器件，具有寿命长、精度高、机械强度好、热漂移低等特点,被应用与该类型的舵机的位移测量。
3.差动变压器式位移传感器由一个初级绕组，两个次级绕组，铁芯，线圈骨架，外壳等部件组成。初级绕组、次级绕组分布在骨架上，绕组内部有一个可自由移动的杆状铁芯。当铁芯处于中间位置时，两个次级绕组产生的感应电动势相等，这样输出电压为零；当铁芯在绕组内部移动并偏离中心位置时，两个绕组产生的感应电动势不等，有电压输出，其电压大小取决于位移量的大小。为了提高传感器的灵敏度，改善传感器的线性度、增大传感器的线性范围，设计时将两个线圈反串相接、两个次级线圈的电压极性相反，lvdt输出的电压是两个次级绕组的电压之差，这个输出电压值与铁芯的位移量成线性关系。
4.目前国内市场该类传感器结构尺寸较大、可靠性较低。无法满足要求。因小型化的需求，结构紧凑、精度高且行程大的位移传感器越来越受青睐，在一定的结构尺寸内若想获得较大的线性测量范围，关键在于壳体、骨架、线圈的设计及制造。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种小体积差动变压器式位移传感器，其结构简单、设计合理，增加了补偿线圈，绕线方式由矩形分布结构改为三角的分布结构，该补偿方式具有大量程比高精度的特点，同时通过监测和值电压va vb可判断产品是否出现故障，大大提高了工作效率。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种小体积差动变压器式位移传感器，其特征在于：包括外壳、设置在外壳内的骨架组件，以及铁芯组件，所述外壳内壁设置有屏蔽层，所述骨架组件包括骨架和绕制在骨架上的线圈，所述线圈包括初级线圈、次级线圈一、次级线圈二、补偿线圈一和补偿线圈二，所述次级线圈一和次级线圈二绕制方向相反，所述次级线圈一的末端与补偿线圈一的始端相接，所述次级线圈二的末端与补偿线圈二的始端相接，所述次级线圈一的首端与次级线圈二的首端短接，所述铁芯组件位于所述骨架的内腔中，所述骨架的两端设置有导磁体，所述屏蔽层、导磁体、以及铁芯组件组成传感器的磁场通道。
7.上述的一种小体积差动变压器式位移传感器，其特征在于：所述外壳呈中空柱形腔体，所述外壳内壁设置有屏蔽层，所述外壳的一端设置有安装法兰，所述骨架与安装法兰固定连接，所述外壳的另一端设置有供所述线圈引出的导线引出口，所述导线引出口位置
处设置有密封胶圈。
8.上述的一种小体积差动变压器式位移传感器，其特征在于：所述铁芯组件包括依次固定连接的连杆、铁芯和铁芯堵头。
9.上述的一种小体积差动变压器式位移传感器，其特征在于：所述次级线圈一与补偿线圈一的线材、线径和匝数均相同；所属次级线圈二与补偿线圈二的线材、线径和匝数均相同。
10.上述的一种小体积差动变压器式位移传感器，其特征在于：所述初级线圈采用直径为0.12mm的漆包线，次级线圈一和次级线圈二均采用直径为0.07mm的漆包线。
11.上述的一种小体积差动变压器式位移传感器，其特征在于：所述次级线圈一和次级线圈二的匝数相同。
12.上述的一种小体积差动变压器式位移传感器，其特征在于：所述初级线圈绕制2730匝，次级线圈一和次级线圈二均绕制1038匝。
13.上述的一种小体积差动变压器式位移传感器，其特征在于：所述线圈的外表面设置有真空浸漆层。
14.上述的一种小体积差动变压器式位移传感器，其特征在于：所述骨架由空心圆柱不锈钢材料制成，所述骨架的两端设置有端盖。
15.本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
16.1、本实用新型的结构简单、设计合理，实现及使用操作方便。
17.2、本实用新型增加了补偿线圈，次级线圈一的首端与次级线圈二的首端不连，作为感应信号的输出端，所述补偿线圈一的末端与补偿线圈二的末端相接，作为公共端，绕线方式由矩形分布结构改为三角的分布结构，该补偿方式具有大量程比高精度的特点。
18.3、本实用新型中，次级线圈一和次级线圈二绕制方向相反，该传感器具有和值输出电压va vb，传感器的和值输出电压va vb是一个恒定的电压值，若传感器出现如线圈断裂、铁芯磨损、信号干扰、壳体损坏等原因，和值输出电压va vb也会随着变化，通过监测和值电压va vb可判断产品是否出现故障，大大提高了工作效率。
19.综上所述，本实用新型结构简单、设计合理，增加了补偿线圈，绕线方式由矩形分布结构改为三角的分布结构，该补偿方式具有大量程比高精度的特点，同时通过监测和值电压va vb可判断产品是否出现故障，大大提高了工作效率。
20.下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
21.图1为本实用新型的结构示意图。
22.图2为本实用新型铁芯组件的结构示意图。
23.图3为本实用新型线圈的结构示意图。
24.附图标记说明:
25.1—骨架；
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2—外壳；
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3—屏蔽层；
26.4—初级线圈；
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5—次级线圈一；
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6—吸湿层；
[0027]6‑
1—柱状结构；
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7—次级线圈二；
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8—补偿线圈一；
[0028]
9—补偿线圈二；
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10—连杆；
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11—铁芯；
[0029]
12—铁芯堵头。
具体实施方式
[0030]
下面结合附图及本实用新型的实施例对本实用新型作进一步详细的说明。
[0031]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0032]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0033]
需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0034]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0035]
如图1至图3所示，本实用新型包括外壳2、设置在外壳2内的骨架组件，以及铁芯组件，所述外壳2内壁设置有屏蔽层3，所述骨架组件包括骨架1和绕制在骨架1上的线圈，所述线圈包括初级线圈4、次级线圈一5、次级线圈二7、补偿线圈一8和补偿线圈二9，所述次级线圈一5和次级线圈二7绕制方向相反，所述次级线圈一5的末端与补偿线圈一8的始端相接，所述次级线圈二7的末端与补偿线圈二9的始端相接，所述次级线圈一5的首端与次级线圈二7的首端短接，所述铁芯组件位于所述骨架1的内腔中，所述骨架1的两端设置有导磁体，所述屏蔽层3、导磁体、以及铁芯6组成传感器的磁场通道。
[0036]
实际使用时，所述次级线圈一5的首端与次级线圈二7的首端不连，作为感应信号的输出端，所述补偿线圈一8的末端与补偿线圈二9的末端相接，作为公共端。该传感器增加了补偿线圈，绕线方式由矩形分布结构改为三角的分布结构，该补偿方式具有大量程比高精度的特点。
[0037]
次级线圈一5和次级线圈二7绕制方向相反，次级线圈一5和次级线圈二7分别采用三角形台阶交叉绕法进行绕制。
[0038]
次级线圈一5为正向线圈，产生正向磁场，输出记为va；次级线圈二7为反向线圈，
产生反向磁场，输出记为vb。根据电磁感应现象，初级线圈4通电，次级线圈一5和次级线圈二7都会产生感应电流，因此该传感器具有差动输出电压va
‑
vb与和值输出电压va vb。一般情况下，传感器的和值输出电压va vb是一个恒定的电压值，若传感器出现如线圈断裂、铁芯磨损、信号干扰、壳体损坏等原因，和值输出电压va vb也会随着变化。通过监测和值电压va vb可判断产品是否出现故障，大大提高了工作效率。
[0039]
补偿线圈一8和补偿线圈二9用于进行补偿调节，对次级线圈一5和次级线圈二7的电压输出值进行调节，从而得到更为精确的电压输出值。补偿线圈一8与次级线圈一5的绕制方向相同，补偿线圈一8作为正补偿线圈，产生正向补偿磁场，由补偿线圈一8产生的磁场对由次级线圈二7产生的反向磁场有抵消效果，使得传感器可靠地运行，具有实用价值。补偿线圈二9与次级线圈二7的绕制方向相同，补偿线圈二9作为反补偿线圈，产生反向补偿磁场，由补偿线圈二9产生的磁场对由次级线圈一5产生的正向磁场有抵消效果，正向磁场、反向磁场、正向补偿磁场和反向补偿磁场叠加形成总磁场。
[0040]
该传感器中补偿线圈一8和补偿线圈二9的半径和匝数可以根据实际的应用需求灵活的调整变化，有效减小补偿线圈一8与补偿线圈二9的几何尺寸和重量，减小了传感器的体积。
[0041]
本实施例中，所述外壳2呈中空柱形腔体，所述外壳2内壁设置有屏蔽层3，所述外壳2的一端设置有安装法兰，所述骨架1与安装法兰固定连接，所述外壳2的另一端设置有供所述线圈引出的导线引出口，所述导线引出口位置处设置有密封胶圈。
[0042]
实际使用时，骨架1通过安装法兰与外壳2焊接。
[0043]
本实施例中，所述铁芯组件包括依次固定连接的连杆10、铁芯11和铁芯堵头12。
[0044]
实际使用时，连杆10选用无磁材料。连杆10与铁芯堵头12均具有外螺纹，铁芯11的两端分别设置有内螺纹，连杆10与铁芯堵头12分别旋入铁芯11两端的内螺纹内，起到固定连接的作用，连接位置处设置有高温胶层，提高了传感器的抗振动、抗冲击、抗加速度指标。
[0045]
本实施例中，所述次级线圈一5与补偿线圈一8的线材、线径和匝数均相同；所属次级线圈二7与补偿线圈二9的线材、线径和匝数均相同。
[0046]
实际使用时，
[0047]
本实施例中，所述初级线圈4采用直径为0.12mm的漆包线，次级线圈一5和次级线圈二7均采用直径为0.07mm的漆包线。
[0048]
实际使用时，通过制造一款直径为8mm，量程为
±
30mm，线性度为0.3％，输出电压为1.2v的差动式线位移传感器进行实例说明，初级线圈4采用直径为0.12mm的漆包线，次级线圈一5、次级线圈二7、补偿线圈一8和补偿线圈二9均采用直径为0.07mm的漆包线。所述次级线圈一5和次级线圈二7的匝数相同。其中所述初级线圈4绕制2730匝，次级线圈一5和次级线圈二7均绕制1038匝。补偿线圈一8和补偿线圈二9均绕制1038匝。
[0049]
本实施例中，所述线圈的外表面设置有真空浸漆层。
[0050]
实际使用时，由于该传感器的使用比较频繁，为保障使用过程中不会出现故障，绕制好的线圈和骨架组件需进行真空浸漆，达到绝缘的要求。
[0051]
本实施例中，所述骨架1由空心圆柱不锈钢材料制成，所述骨架1的两端设置有端盖。
[0052]
其中，说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
[0053]
以上所述，仅是本实用新型的实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。