[发明专利]一种绝对式陶瓷活塞杆位移传感器及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的绝对式陶瓷活塞杆位移传感器及其测量方法，属于仪器仪表技术领域中非接触式液压缸行程检测的新型测量方法。

背景技术

在现代水利水电行业中，闸门的启闭大多依靠液压缸来推动。人们需要随时知道闸门的开度状态，于是在液压缸上安装行程检测装置，来检测活塞杆的行程，从而检测出闸门开度的数值。目前，常用的测量闸门开度的位移传感器装置有很多种形式，大致可分为三种：钢丝绳旋转编码器、黑色陶瓷活塞杆加CIMS行程检测、磁致伸缩位移传感器。

钢丝绳旋转编码器是水利工程上最早成熟的产品，它的主要部件有：旋转编码器、钢丝绳、自动收缆装置。其测量原理是：当液压缸缸陶瓷活塞杆运动时，钢丝绳被拉动并带动旋转编码器旋转，从中便得知陶瓷活塞杆运动的距离，从而得出闸门的开度。钢丝绳旋转编码器在液压缸上的安装分为内置式与外置式。内置式精度高，抗干扰性强，受环境影响小，不用考虑冬季防冰冻问题，其缺点是安装要求较高，现场保养维护困难，一旦钢丝绳拉断，则有可能损伤液压缸内壁加工面，这不仅是传感器的更换，更涉及到液压缸本身的损伤与拆卸，工程量巨大。外置式钢丝绳可作为独立部件安装在液压缸表面或闸墙上，虽然有效避开内置式的缺点，但这种安装方式受环境因素影响较大，尤其是当钢丝绳浸入水中时，水流冲击、水面结冰、水中漂浮物等因素都会使读数失准。此外，钢丝绳还存在打滑和零点漂移等问题，影响读数稳定性。

陶瓷活塞杆传感器也是水利工程上较为常用的产品之一，主要部件有：陶瓷活塞杆、CIMS行程检测装置。陶瓷活塞杆在喷涂陶瓷之前做了刻槽预处理，CIMS行程检测装置安装在液压缸与陶瓷活塞杆的结合处，并通过采集陶瓷活塞杆上的多行小齿槽来确定陶瓷活塞杆的位移。这类传感器大多无法实现绝对编码，断电后须从零位开始检测，这在工业应用环境中是个重要缺陷，少数实现绝对编码，但都采用多行编码，制造困难，成本高。

磁致伸缩类位移传感器大多采用内置式，其核心原理是波导管在磁场中运动发出电信号来确定位移量。这类传感器虽然能够获得较高的精度，但其检测长度越长，误差则越大，目前其量程大多在5米内，行程过长对液压缸工作状态也有限制，液压缸水平状态时会导致波导管因挠度弯曲而磨损，导致传感器的使用寿命缩短，后期维护也不方便。

发明内容

本发明针对上述现有技术的使用缺陷，提出一种新型的绝对式陶瓷活塞杆位移传感器，可以实现绝对位置测量，不怕掉电；编码距离超长，适用于各种量程的液压缸行程测量；测量无接触，永不磨损。

在此基础上，本发明进一步提供一种测量方法可精确测量陶瓷活塞杆的位移量和绝对位置值，其量程范围从几十毫米到几十米，且测量精度高。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种绝对式陶瓷活塞杆位移传感器，包括缸筒、活塞杆、探测头；活塞杆金属杆体上刻有宽窄相等、深度相等、间距不等的环形槽，所有环形槽内由陶瓷层覆盖填充，且槽内陶瓷层表面与槽外陶瓷层表面平齐形成一体；其特征在于：环形槽和环形槽之间的无槽处间隔排列紧密组合形成绝对编码位置信息，所述探测头安装固定在缸筒和活塞杆的连接处并与活塞杆间隔设置，探测头内设置磁电阻传感器阵列模块，所述磁电阻传感器阵列模块设置为在活塞杆移动过程中，用来探测活塞杆上沟槽间隔排列以获取绝对编码位置信息。

进一步的，所述探测头上接有线缆，包含电源线和数据线，用来供电和传输数据。

进一步的，所述活塞杆上的环形槽和环形槽之间的无槽处紧密排列间隔组合形成绝对位置信息，包含一个环形槽的单位有槽区域为1，无槽处的一个与单位有槽区域等长度的单位无槽区域为0，单位有槽区域和单位无槽区域紧密排列不重叠，以二进制数排列形成设定位数的绝对位置编码。

进一步的，单位有槽区域或单位无槽区域沿活塞杆所占长度为4mm，绝对位置编码为16位二进制数。

进一步的，所述磁电阻传感器阵列模块上等间距排布有多个磁电阻传感器，各磁电阻传感器沿与活塞杆垂直的方向成直线分布，有磁电阻传感器的一面贴近活塞杆，且其阵列间隔方向与陶瓷活塞杆运动方向一致。

进一步的，上述量程范围从几十毫米到几十米。

一种采用绝对式陶瓷活塞杆位移传感器的测量方法，将含有绝对位置信息的编码，通过在活塞杆上刻槽处理表达出来，并利用磁电阻传感器阵列模块感应磁场强弱变化，并输出正余弦波形，精确测量活塞杆的位移量和绝对位置值。