一种三维电涡流传感器测头

摘要

本发明涉及一种三维电涡流传感器测头，包括底座，定义空间垂直相交的三个方向分别为X方向、Y方向和Z方向，底座上固定有彼此相互垂直的第一PCB基板、第二PCB基板和第三PCB基板，三个PCB基板的内侧分别固定有轴线沿X方向延伸的第一电涡流线圈、轴线沿Y方向延伸的第二电涡流线圈和轴线沿Z方向延伸的第三电涡流线圈，三个电涡流线圈的轴线垂直相交，各PCB基板上均开设有两个供对应电涡流线圈的线圈头焊接固定的焊盘孔。本发明解决了现有技术中电涡流传感器轴向尺寸过大的技术问题。

权利要求

1.一种三维电涡流传感器测头，其特征在于：包括底座，定义空间垂直相交的三个方向分别为X方向、Y方向和Z方向，底座上固定有彼此相互垂直的第一PCB基板、第二PCB基板和第三PCB基板，三个PCB基板的内侧分别固定有轴线沿X方向延伸的第一电涡流线圈、轴线沿Y方向延伸的第二电涡流线圈和轴线沿Z方向延伸的第三电涡流线圈，三个电涡流线圈的轴线垂直相交，各PCB基板上均开设有两个供对应电涡流线圈的线圈头焊接固定的焊盘孔，底座包括板厚沿Z方向延伸的底板、垂直固定于底板上的板厚沿X方向延伸的第一竖板和垂直固定于底板上的板厚沿Y方向延伸的第二竖板，第三PCB基板固定贴设于所述底板上，第一PCB基板固定贴设于第一竖板上，第二PCB基板固定贴设于第二竖板上：底板、第一竖板和第二竖板均由金属材质制成，底板上设置有与第三电涡流线圈同轴线布置的直径不小于第三电涡流线圈的第三通孔，第一竖板上设置有与第一电涡流线圈同轴线布置的直径不小于第一电涡流线圈的第一通孔，第二竖板上设置有与第二电涡流线圈同轴线布置的直径不小于第二电涡流线圈的第二通孔。

2.根据权利要求1所述的三维电涡流传感器测头，其特征在于：各电涡流线圈分别通过胶粘连接结构固定于对应的PCB基板上。

3.根据权利要求1所述的三维电涡流传 感器测头，其特征在于：底板上设置有与第三PCB基板上的焊盘孔相对应的底板穿线孔，第一竖板上设有与第一PCB基板上焊盘孔相对应的第一竖板穿线孔，第二竖板上设有与第二PCB基板上的焊盘孔相对应的第二竖板穿线孔，各穿线孔中均穿有与对应焊盘孔电连接的延长导线。

4.根据权利要求1所述的三维电涡流传感器测头，其特征在于：第一竖板、第二竖板的底部设置有厚度沿Z向延伸的竖板连接沿，竖板连接沿通过螺钉固定于底板上。

5.根据权利要求1所述的三维电涡流传感器测头，其特征在于：底板的侧向外凸设置有厚度沿Z向延伸的用于将底板连接于相应部件上的底板连接沿。

说明书

一种三维电涡流传感器测头

技术领域

[0001] 本发明涉及位移测量传感器技术领域中的三维电涡流传感器测头。

背景技术

[0002] 目前，工业生产所依赖的机械设备对精度的要求越来越高，对于关键部件，深知微米级别的位置变化也会引发严重的问题。典型的例子为数控机床，对于《中国制造2025》提
出的制造强国的发展战略来说，是首要的重点研究对象。对于国际上大型机床厂商生产的
多自由度柔性加工高端数控机床，对精度的要求往往在10μm以内。但是随着由于机床工作
热变形引起的热误差，甚至可达100μm，对热误差的研究必须借助能够对多维度热误差进行
测量的位移传感器。

[0003] 电涡流传感器得益于其灵敏度高、抗干扰能力强、非接触测量、响应速度快、不受油水介质影响的优良特性，是工业现场常用的位移传感器。目前，已有的电涡流传感器，对
于核心敏感元件电涡流线圈的封装方式为圆柱形，在进行安装时，轴向方向会占用大量空
间，对于多维度位移测量，当需要安装多个电涡流传感器时，就必须留出足够的空间进行安
装。机床内部某个零部件需要进行热变形测量时，根本没有足够的空间用于安装现有的电
涡流传感器。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种三维电涡流传感器测头，以解决现有技术中电涡流传感器轴向尺寸过大的技术问题。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明中的技术方案如下：

[0006] 一种三维电涡流传感器测头，包括底座，定义空间垂直相交的三个方向分别为X方向、Y方向和Z方向，底座上固定有彼此相互垂直的第一PCB基板、第二PCB基板和第三PCB基
板，三个PCB基板的内侧分别固定有轴线沿X方向延伸的第一电涡流线圈、轴线沿Y方向延伸
的第二电涡流线圈和轴线沿Z方向延伸的第三电涡流线圈，三个电涡流线圈的轴线垂直相
交，各PCB基板上均开设有两个供对应电涡流线圈的线圈头焊接固定的焊盘孔。

[0007] 各电涡流线圈分别通过胶粘连接结构固定于对应的PCB基板上。

[0008] 底座包括板厚沿Z方向延伸的底板、垂直固定于底板上的板厚沿X方向延伸的第一竖板和垂直固定于底板上的板厚沿Y方向延伸的第二竖板，第三PCB基板固定贴设于所述底
板上，第一PCB基板固定贴设于第一竖板上，第二PCB基板固定贴设于第二竖板上。

[0009] 底板上设置有与第三PCB基板上的焊盘孔相对应的底板穿线孔，第一竖板上设有与第一PCB基板上焊盘孔相对应的第一竖板穿线孔，第二竖板上设有与第二PCB基板上的焊
盘孔相对应的第二竖板穿线孔，各穿线孔中均穿有与对应焊盘孔电连接的延长导线。

[0010] 底板、第一竖板和第二竖板均由金属材质制成，底板上设置有与第三电涡流线圈同轴线布置的直径不小于第三电涡流线圈的第三通孔，第一竖板上设置有与第一电涡流线
圈同轴线布置的直径不小于第一电涡流线圈的第一通孔，第二竖板上设置有与第二电涡流
线圈同轴线布置的直径不小于第二电涡流线圈的第二通孔。

[0011] 第一竖板、第二竖板的底部设置有厚度沿Z向延伸的竖板连接沿，竖板连接沿通过螺钉固定于底板上。

[0012] 底板的侧向外凸设置有厚度沿Z向延伸的用于将底板连接于相应部件上的底板连接沿。

[0013] 本发明的有益效果为：本发明，通过三个轴线垂直相交的电涡流线圈来对待测量部位的变形进行三维测量，电涡流线圈则直接固定于PCB基板上，利用PCB基板作为电涡流
线圈的载体，电涡流线圈的线圈头则焊接固定于PCB基板上的焊盘孔中，用于通电，省去传
统技术中电涡流线圈的用于封装的圆柱形外壳，大大缩短了测量装置的轴向尺寸，可以应
用于一些对轴向尺寸要求较为严格的环境中使用。

附图说明

[0014] 图1是本发明的一个实施例的结构示意图；

[0015] 图2是图1中底板与第三PCB基板、第二竖板与第二PCB基板分离后的状态示意图；

[0016] 图3是图1的使用状态图。

具体实施方式

[0017] 一种三维电涡流传感器测头的实施例如图1 3所示：包括底座，定义空间垂直相交~
的三个方向分别为X方向、Y方向和Z方向，底座包括后端沿Z方向延伸的底板6，垂直固定于
底板6上的板厚沿X方向延伸的第一竖板11和垂直固定于底板上的板厚沿Y方向延伸的第二
竖板9，底板6、第一竖板11和第二竖板9均由金属材质制。第一竖板11、第二竖板9的底部设
置有厚度沿Z向延伸的竖板连接沿15，竖板连接沿15通过螺钉固定于底板6上。底板6的侧向
外凸设置有厚度沿Z向延伸的用于将底板连接于相应部件上的底板连接沿1，底板连接沿上
开设有三个螺栓穿孔13。

[0018] 底板6、第一竖板11、第二竖板9的内侧板面形成了彼此相互垂直的基准平面，在底板6的内侧板面上通过螺钉接触固定贴设有第三PCB基板5，第一竖板11的内侧板面上通过
螺钉固定贴设有第一PCB基板12，第二竖板9的内侧板面上通过螺钉固定贴设有第二PCB基
板8。第三PCB基板5的内侧板面上通过胶粘固定有轴线沿Z方向延伸的第三电涡流线圈7，第
一PCB基板12的内侧板面上通过胶粘固定有轴线沿X方向延伸的第一电涡流线圈2，第二PCB
基板8的内侧板面上通过胶粘固定有轴线沿Y方向延伸的第二电涡流线圈10，三个电涡流线
圈的轴线垂直相交。底板6上设置有与第三电涡流线圈同轴线布置的直径不小于第三电涡
流线圈7的第三通孔20，第一竖板上设置有与第一电涡流线圈同轴线布置的直径不小于第
一电涡流线圈的第一通孔，第二竖板9上设置有与第二电涡流线圈10同轴线布置的直径不
小于第二电涡流线圈的第二通孔21。金属材质的底板、第一竖板和第二竖板保证了对PCB基
板支撑的稳定性，通孔的设置避免电涡流线圈与对应金属板之间产生涡流，干扰测量。

[0019] 各PCB基板上均开设有两个供对应电涡流线圈的线圈头焊接固定的焊盘孔3，焊盘孔包括PCB基板两面的环形焊盘和中间的电镀通孔。底板上设置有与第三PCB基板上的焊盘
孔相对应的底板穿线孔23，第一竖板上设有与第一PCB基板上焊盘孔相对应的第一竖板穿
线孔，第二竖板上设有与第二PCB基板上的焊盘孔相对应的第二竖板穿线孔22，各穿线孔中
均穿有与对应焊盘孔电连接的延长导线（图中未示出）。延长导线与外部电源连接，通过延
长导线将电流引到焊盘孔和电涡流线圈的线圈头上。

[0020] 本发明中三维电涡流传感器测头的使用如图3所示：结构件17拟机床主轴悬臂梁结构，内部设有热源，模拟机床运行时的电机发热，引起结构件17产生热变形，进而利用三
维电涡流传感器测头对结构件17的3个相互垂直表面热变形位移进行测量。

[0021] 结构件17安装在标准工作台18上，标准工作台18上设有矩形排列的m5螺纹孔，相邻孔间距25mm，通过螺纹孔对结构件17进行固定。之后根据结构件17表面的位置，和标准工
作台18上螺纹孔的位置，设计并加工合适的传感器夹具19对三维电涡流传感器测头进行定
位和安装，使得三维电涡流传感器测头3个相互垂直的电涡流线圈端面，分别和结构件17一
角的3个相互垂直表面平行，并且相隔距离处于3个电涡流线圈的线性量程范围内。

[0022] 对电涡流线圈1施加高频激励电压，进而，当结构件17产生变形后，其3个表面会发生空间位置的移动，和对应电涡流线圈之间的距离发生变化，由于涡流效应，使得电涡流线
圈的电感值随距离变化而变化，通过交变电桥，将电感量的变化转变成交流信号的幅值和
相位变化，通过鉴幅、鉴相等测量电路对幅值和相位变化进行测量，根据电涡流线圈的标定
结果即可获取对应的位移变化量。标定方法可参照我国国家计量技术规范《线位移传感器
校准规范》（JJF 1305‑2011）。

[0023] 本发明中，为便于电涡流线圈的信号引出，电涡流线圈的线圈头焊接在对应PCB基板的对应焊盘孔中，同时每个焊盘孔内还焊接有延长导线，延长导线从PCB基板没有固定电
涡流线圈的一面导出，并且穿过对应的穿线孔。本发明通过合理的设计，将电涡流线圈固定
在PCB基板上，巧妙借助PCB焊盘孔的优良导电特性和容纳性，通过焊接方式将脆弱的线圈
导线和延长导线固定，在保证电涡流线圈稳定性和测量功能的前提下，大幅缩减了电涡流
传感器测头的空间占用量。