[发明专利]一种用于恶劣环境的高温电涡流位移传感器

说明书

本发明属于传感器技术领域，公开了一种用于恶劣环境的高温电涡流位移传感器，包括探头组件、外壳组件和高温同轴电缆组件。探头组件包括激励和检测线圈、温度补偿线圈和低温共烧陶瓷基体。外壳组件包括上壳体和下壳体，上壳体固定温度补偿线圈，下壳体固定激励和检测线圈，两者通过螺栓连接。高温同轴电缆通过压接的方式与探头组件的表面电极连接，通过高温胶和上壳体的通孔固定。本发明的高温电涡流位移传感器为解决传统电涡流传感器在高于600℃的情况下线性度太低、温度漂移太大等无法准确测量的问题。

技术领域

本发明属于高温等恶劣环境下的电涡流位移测量技术领域，具体涉及一种用于恶劣环境的高温电涡流位移传感器。

背景技术

20世纪80年代开始，世界各国的航空航天事业快速发展，但随之也带来了巨大的安全问题。综合分析各类飞行事故的众多机械因素，发动机的故障是其主要问题。航空发动机是高速旋转型机械，由于其长期工作在高温、高压、高速、大载荷和剧烈振动的复杂工况环境中，容易发生疲劳裂纹扩展和严重磨损，其安全性和稳定性严重制约着航空事业的发展。无论是在发动机零部件早期制造的筛选过程，还是对运行状态的监测和故障诊断中，都离不开精准的无损位移检测系统。航空航天领域对无损检测有着十分严格的要求，这促进了无损检测技术的快速发展和应用。

电涡流位移传感器具有结构简单、抗干扰力强、测量灵敏度高、响应速度快、长期工作可靠性好等优点，广泛应用于航空航天、石油化工、电力、冶金和船舶等关系国防安全和国家重大生产领域。对于航空发动机、燃气轮机、蒸汽轮机、涡轮增压器等机械系统，其工作环境非常恶劣，叶片的运动也很复杂，通过检测早期损坏特征来避免重大事故发生十分必要。虽然市场上已有很多成熟的位移传感器产品，但是普遍存在以下问题：1)探头一致性差，检测信号容易受环境因素影响，线性度变差；2)工作温度一般限于200℃以下，无法满足高温环境测量的要求；3)温度漂移大，检测信号容易受环境温度的影响导致测量结果不准确；4)灵敏度和线性测量范围存在矛盾，传感器的通用性较低。

发明内容

为解决高温(600℃)下电涡流传感器线性度差、品质因数低和温度漂移大等测量不准确的缺陷和不足，本发明提出一种新型的高温电涡流传感器的结构和设计方法，实现其在高温环境下对振动、位移的准确测量。

本发明的技术方案：

一种用于恶劣环境的高温电涡流位移传感器，包括探头组件、外壳组件和高温同轴电缆结构；

探头组件包括激励和检测线圈1、温度补偿线圈7和低温共烧陶瓷基体3，激励和检测线圈1是通过在陶瓷基片上印刷导体，并将多层陶瓷基片层压烧结得到的；激励和检测线圈1和温度补偿线圈7分别位于探头组件两端，二者通过低温共烧陶瓷3烧结连接；

外壳组件包括上壳体8和下壳体5，二者通过螺栓连接成的空腔的截面为“十”字型；上壳体8的凹槽内固定温度补偿线圈7，下壳体5的凹槽内激励和检测线圈1；高温同轴电缆6一端通过压接的方式与激励和检测线圈1、温度补偿线圈7上的表面电极2连接，其另一端从上壳体8的通孔伸出与前置器连接，通过内部灌高温胶4实现固定；外壳组件内的空腔处填充有高温胶4；

所述的激励和检测线圈1和温度补偿线圈7的各层导体电路通过填充银浆的通孔连接，为保证电流从顶层到底层流向同为逆时针方向，奇数层的通孔位置在中间，偶数层的通孔位置在线圈外部；为保证电路从底层到顶层的连接，各层通孔均在同一相对位置；

为保证电气连接的可靠性和稳定性，各层通孔的尺寸一致且与线圈的线径相同，层间的电极尺寸略大于通孔尺寸。

温度补偿线圈7的结构与激励和检测线圈1的结构相同，关于探头组件中部对称，温度补偿线圈7的结构与激励和检测线圈1组成差动对称结构。

激励和检测线圈1和温度补偿线圈7的单层结构为逆时针多匝线圈，线圈形状为矩形，采用空气芯作为磁芯，整体结构为空间立体螺旋结构，线圈几何参数通过多目标遗传算法和电磁仿真确定；