[发明专利]一种绝对位移传感器及其设计方法

说明书

本发明公开了一种绝对位移传感器及设计方法，属于绝对位移传感器技术领域，该传感器包括外壳、连接轴、电磁负刚度元件和测量组件；外壳的一端设有通孔；连接轴与外壳同轴设置，连接轴的一端穿过通孔伸至外壳内；电磁负刚度元件包括永磁体和线圈绕组，永磁体固接于连接轴外，线圈绕组与外壳的内壁固接，永磁体与线圈绕组之间留有径向间隙；测量组件的外缘与外壳相连、中心与连接轴相连；使用电磁准零刚度技术，将被测系统的绝对位移直接转换为传感器内质量块相对于无振动参考点的相对位移来进行测量，既降低了制造成本，又减少了测量的时间延迟和误差累积；此外一种绝对位移传感器设计方法，提供了绝对位移传感器的设计步骤。

技术领域

本发明属于绝对位移传感器技术领域，尤其涉及一种绝对位移传感器及其设计方法。

背景技术

在工业生产线、精密工程以及科学研究等实践中，要对一个系统进行控制及隔振，测量该系统的位移量是极为重要的一环。但是在很多情况下，由于被测量的对象没有一个绝对静止的参考点而导致无法直接测量该系统的绝对位移，不少研究者使用间接测量的方法来测量系统的绝对位移，然而采用间接测量的方法也不可避免的会带来测量误差及延迟。而在实际应用中，一些系统对控制精度要求比较高、系统的时间响应也比较短，很多时候达不到良好的控制效果往往是因为系统的绝对位移无法直接测量。

在主动隔振领域中，因为位置反馈系统的低传递率和低顺从性，使其在消除低频振动和对抗外部干扰的鲁棒性方面比其他类型的反馈更具优势。通常位置反馈是通过测量隔离质量(有效载荷或设备)的绝对位移来实现的。目前已经提出了几种方法来获得隔离质量的绝对运动，比如加速度积分法和速度积分法。然而，加速度积分法在对加速度信号进行积分期间可能会引入额外的时间延迟和误差累积，导致测量结果不准确，达不到很好的控制效果。速度积分法则需要用到速度传感器，测量系统的成本相对较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术中无法直接测量绝对位移的缺陷，提供了一种无振动点、能够直接测量绝对位移的绝对位移传感器，具体为一种绝对位移传感器。

本发明要解决的另一个技术问题在于克服上述现有技术中传感器制造成本高的缺陷，提供了一种制造成本低廉的传感器设计方法，具体为一种绝对位移传感器设计方法。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

提供了一种绝对位移传感器，它包括外壳、连接轴、电磁负刚度元件和测量组件；

外壳的一端设有通孔；

连接轴与外壳同轴设置，连接轴的一端穿过通孔伸至外壳内；

电磁负刚度元件包括永磁体和线圈绕组，永磁体固接于连接轴外，线圈绕组与外壳的内壁固接，永磁体与线圈绕组之间留有径向间隙；

测量组件的外缘与外壳相连、中心与连接轴相连。

优选的，外壳包括小径壳体、大径壳体和连接法兰；小径壳体为圆柱形壳体，一端开口、一端封闭，封闭端设有中心孔；大径壳体与小径壳体结构相同；大径壳体固接于连接法兰中心，小径壳体同轴连接于大径壳体的封闭端。

优选的，小径壳体的开口端设有外延的平面。

优选的，连接轴的一端伸至外壳内，其中部与永磁体相连，其底端与所述测量组件相连；轴主体的外端外连质量块，质量块的直径大于所述通孔的孔径。

优选的，测量组件包括弹性构件和应变片；弹性构件为线性弹性构件，弹性构件的外端与外壳相连、内端与所述连接轴相连；应变片连接于弹性构件的中心；多个测量组件关于连接轴呈环形阵列布置。

优选的，电磁负刚度元件包括一对永磁体和一对线圈绕组；沿轴向两永磁体的中心面与两线圈绕组的中心面重合；一对线圈绕组之间留有轴向间隙。

为了实现上述的目的，本发明还提供了一种绝对位移传感器设计方法，具体步骤为：