一种同步测量转动轴径向和轴向位移的方法及其传感器

摘要

本发明涉及一种同步测量转动轴径向和轴向位移的方法及其传感器，属于传感器技术和间隙或位移测量技术领域。首先在被测转动轴上设置定子和转子，以构成位移测量传感器。定子为内环带有齿状探头的圆环铁芯，探头上绕有线圈，每组探头中的线圈按自感式绕制，根据气隙磁导率、线圈总匝数、探头磁极宽度等参数，即可计算转动轴的轴向位移X方向及Y方向的径向位移。本发明的方法及传感器，有效地简化了位移传感器的安装，减少测量空间，并能抵消温度变化、电磁辐射、地线传导等外部因素对测量的共模干扰，提高了测量的精度和抗干扰能力。本发明提出的传感器适用于一些恶劣的工作环境，例如磁悬浮轴承中。

主权项

1.一种同步测量转动轴径向和轴向位移的方法，其特征在于该方法在被测转动轴上设置非导磁压环，非导磁压环中镶嵌转子，在被测转动轴的衬套外套装一个定子外壳，在定子外壳内并行设置第一定子、第二定子和第三定子，三个定子之间设有垫片，第二定子与所述的转子的中心位置相对，定子与转子构成位移测量传感器；所述的第一定子和第三定子分别为一内环带有齿状探头的圆环铁芯，齿状探头上绕有线圈，齿状探头有4组，4组齿状探头沿圆环铁芯的内环圆周均布，每组探头中有2个探头，每组探头中的线圈按自感式绕制，4组探头线圈依次串联，第一和第三定子之间的线圈按差动方式连接；第二定子为一内环带有齿状探头的圆环铁芯，齿状探头上绕有线圈，齿状探头有4组，4组探头沿圆环铁芯的内环圆周均布，每组探头中有4个齿状探头，4个齿状探头中的线圈按自感式绕制，位置以轴心相对的两组探头之间的线圈按差动方式连接；所述的第二定子的齿状探头组的中心与第一、第三定子的齿状探头组的中心沿圆周相差45°，则转动轴的轴向位移为：$\mathrm{\Delta z}=\frac{a_0\mathrm{\Delta Lz}}{4{\mu }_0{N_1}^{2}b},$转动轴X方向的径向位移为：$\mathrm{\Delta x}=-\frac{{a_0}^2\mathrm{\Delta Lx}}{{\mu }_0{N_2}^2\mathrm{bc}},$Y方向的径向位移为：$\mathrm{\Delta y}=-\frac{{a_0}^2\mathrm{\Delta Ly}}{{\mu }_0{N_2}^2\mathrm{bc}},$其中ΔLz为第一定子和第三定子的线圈差动连接后电感的总变化量，ΔLx为第二定子在·X方向相对的两组探头线圈差动连接后电感的变化量，ΔLy为第二定子在Y方向相对的两组探头线圈差动连接后电感的变化量，Δx为转动轴移动时X方向的径向位移，Δy为转动轴移动时Y方向的径向位移，Δz为转动轴移动时的轴向位移，μ0 为第一、第二、第三定子齿状探头与转子之间的气隙磁导率，N1为第一、第三定子每组探头的线圈总匝数，N2为第二定子每组探头的线圈总匝数，b为第一、第二、第三定子齿状探头的齿宽，即探头磁极宽度，c为第一、第二、第三定子的厚度，a0为初始位置时转动轴与传感器定子的径向间隙。