一种电涡流位移传感器探头.docx

1/4页说明书一种电涡流位移传感器探头技术领域0001 本实用新型属于传感器技术领域，更具体地说，涉及一种电涡流位移传感器探头。背景技术0002电涡流位移传感器是一种基于电磁感应原理的非接触式精密位移传感器，主要包括 探头、目标板和信号处理电路等。探头主要包括一个环形线圈和支撑的基底结构，目标板通常是 一定厚度的平面金属薄片，一般在1mm以下，有些情况下也会把被测对象直接作为目标板，比 如说由良导体构成的轴或平面。当在环形线圈中通以高频率的交流电流，线圈就会在轴向区域 激发出高频磁场，从而在垂直线圈轴向的目标板平面上形成涡流。产生的涡流强度与环形线 圈和目标板的距离相关，环形线圈的等效阻抗变化可以间接的反映出涡流强度的变化，信号 处理电路同时用于激励环形线圈和测量环形线圈的等效阻抗变化。0003 精密位移传感器的核心指标之一是它的稳定性，包括温度稳定性和时间稳定性。 具体到电涡流位移传感器，它的稳定性自然会受到探头、目标板和信号处理电路的影响，这个稳 定性可以进一步细分为机械稳定性和电路稳定性；机械稳定性主要指探头和目标板之间的间隙 是否能够保持稳定，电路稳定性那么是指探头和目标板之间的间隙恒定时信号处理电路的输出 电压是否稳定；但在实际应用中两者会相互影响，在设计中通常需要综合考虑。0004 探头可由各种形式的环形线圈+基底结构构成，按照线圈的种类可以分为：漆包线 凰PCB/FPC线圈、多层陶瓷线圈(LTOC)等；按照线圈的制作工艺可以分为：绕线法、电镀等。 基底结构用于线圈的支撑和外部夹持，根据不同的应用场景，可以是平面结构也可以是长圆 柱结构。在精密测量中，为了保证探头的机械稳定性，基底结构必须采用高强度、低膨胀系数的 特殊材料，如玻璃或陶瓷，其热膨胀系数低至几个ppm/,并且具有一定的切削加工性。但仅 仅这样还不够，传统的探头设计是通过AB胶将线圈粘贴到基底结构上，包括漆包线圈、 PCB/FPC线圈和LTCC,由于线圈与基底结构的材料不同并且通过AB胶紧密的粘贴到一起， 当环境温度发生变化时线圈和基底结构之间会产生应力导致探头的形变，探头的机械稳定性无 法得到保障。因此，急需设计一款电涡流位移传感器探头，通过释放线圈和基底结构之间产生的 应力，能够保证探头在长时间工作下的机械稳定性。0005经检索，有关电涡流位移传感器探头的技术已有专利文献公开，如中国专利申请号为: 公开号为：CN106500580A,公开日期：2017年03月15日，公开了一种电涡流 位移传感器及其探头和线圈，其中，探头包括：绕线支架，绕线支架整体呈回转体，其沿着轴 线方向具有第一端和第二端，其中，靠近所述第一端位置形成有配合部；线圈，设置在所述绕 线支架上；线圈整体呈环状回转体，线圈中部设置有用于和配合部相配合的贯通孔，线圈位于 贯通孔位置的内外表沿着轴向形成有变内径段。该创造提供的电涡流位移传感器及其探头和 线圈能够同时满足安装和检测需求。实用新型内容00061、要解决的问题CN 216668576 U说明书2/4页0007针对现有技术中存在的探头机械结构稳定性缺乏，受温度影响时产生应力形变的问 题，本实用新型提供了一种基于焊接工艺线圈的电涡流位移传感器探头，通过释放线圈和基 底结构之间产生的应力，能够保证探头在长时间工作下的机械稳定性。00082、技术方案0009 为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。0010本实用新型的一种电涡流位移传感器探头，包括微晶玻璃基底，所述微晶玻璃基底 的一侧面上设有一层银电极层，所述银电极层的外表光刻或刻蚀有环形线圈，且所述微晶玻 璃基底上开设有贯穿其厚度的引线孔，引线孔内灌有与银电极层相导通的导电银胶。0011优选的，微晶玻璃基底的一侧面经研磨抛光后为光面，所述微晶玻璃基底的光面上通 过蒸镀的方式设有一层银电极层。0012优选的，银电极层的外表焊接设有一层薄铜金属层，且所述环形线圈通过光刻或刻蚀 的方式设在薄铜金属层的外表。0013 优选的，银电极层的厚度为Iwn1 Own,且所述薄铜金属层厚度2100wn。0014 优选的，环形线圈具有连续环形设置的多圈线圈，线圈的两端分别为中心接头点 和外圈接头点，所述中心接头点位于环形线圈的圆心位置处，所述外圈接头点位于环形线圈 的径向外侧线圈终点处。0015 优选的，微晶玻璃基底上与环形线圈的中心接头点和外圈接头点相对应的位置均 开设有贯穿其厚度的引线孔，且每个引线孔内均灌有与银电极层相导通的导电银胶。0016 3、有益效果0017相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：0018 （1）本实用新型的一种电涡流位移传感器探头，采用微晶玻璃基底作为探头的主体 结构，能够有效降低探头的热膨胀变形，微晶玻璃的热膨胀系数低至0 .05ppni/,相比于传统 的金属探头（热膨胀系数1020ppm/）和陶瓷探头（热膨胀系数38ppm/）,微晶玻璃材质 的基底结构使得探头的温度稳定性提高了两个数量级以上。0019本实用新型的一种电涡流位移传感器探头，采用本方案的焊接工艺线圈，能够使 环形线圈紧密的附着在微晶玻璃基底上，可靠性极高，相比于传统的胶粘连接，不存在胶疲劳脱 落和老化失效的问题，便于长期使用；同时由于环形线圈不再采用胶粘连接，环形线圈与微晶玻 璃基底是间隔接触约束，线圈与线圈之间存在间隙，尽管环形线圈与微晶玻璃基底的材料不同, 在温度变化时会产生应力，但这些应力会在间隙中得到有效释放，不会累积，相对于现有技术 具有很高的稳定性。0020本实用新型的一种电涡流位移传感器探头，采用本方案的焊接工艺线圈，环形线 圈的铜厚可以做到百微米以上，这是现有电镀技术所无法到达的，可以有效降低环形线圈的 电阻，提高电涡流位移传感器的温度稳定性。附图说明0021 图1为本实用新型的一种电涡流位移传感器探头的剖面结构示意图；0022图2为本实用新型中环形线圈的俯视结构示意图。0023 图中：00241、微晶班噩底；2、导电银胶；3、环松圈；31、中心接头点；32、外圈接头点；4、银CN 216668576 U电极层。说明书3/4页具体实施方式0025下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步进行描述。0026 实施例10027 如图1所示，本实施例的一种电涡流位移传感器探头，包括微晶玻璃基底1,根据实际 应用场景可以加工成各种形状，采用微晶玻璃基底1作为探头的主体结构，能够有效降低探 头的热膨胀变形，微晶玻璃的热膨胀系数低至0 .05ppm/,相比于传统的金属探头（热膨胀 系数1020ppm/）和陶瓷探头（热膨胀系数38ppm/）,微晶玻璃材质的基底结构使得探 头的温度稳定性提高了两个数量级以上。0028 本实施例中微晶玻璃基底1的一侧面上设有一层银电极层4,银电极层4是通过物 理方法蒸镀在微晶玻璃基底1的焊接平面上。所述银电极层4的外表光刻或刻蚀有环形线圈 3,环形线圈3那么通过金属焊接的工艺与银电极层4紧密连接。具体地，本实施例中微晶玻璃基 底1的一侧面经研磨抛光后呈现光面，通过研磨抛光，降卑微晶玻璃基底1的外表粗糙度，使 其呈现光面。所述微晶玻璃基底1的光面上通过蒸镀的方式设有一层银电极层4,所述银电极 层4的厚度为IwnlOwn,具体地，本实施例中银电极层4的厚度为5wn。0029 本实施例中微晶玻璃基底1上开设有贯穿其厚度的引线孔，引线孔内灌有与银电 极层4相导通的导电银胶2。其中环形线圈3具有连续环形设置的多圈线圈，线圈的两端分别 为中心接头点31和外圈接头点32,所述中心接头点31位于环形线圈3的圆心位置处，所述外 圈接头点32位于环形线圈3的径向外侧线圈终点处。本实施例中微晶玻璃基底1上与环形线 圈3的中心接头点31和外圈接头点32相对应的位置均开设有贯穿其厚度的引线孔，且每个 引线孔内均灌有与银电极层4相导通的导电银胶2。导电银胶2用于连接环形线圈3的两个接 头（即中心接头点31和外圈接头点32）,并作为环形线圈1的引线。0030采用本实施例的焊接工艺线圈，能够使环形线圈3紧密的附着在微晶玻璃基底1上, 可靠性极高，相比于传统的胶粘连接，不存在胶疲劳脱落和老化失效的问题，便于长期使用；同 时由于环形线圈3不再采用胶粘连接，环形线圈3与微晶玻璃基底1是间隔接触约束，线圈 与线圈之间存在间隙，尽管环形线圈3与微晶玻璃基底1的材料不同，在温度变化时会产生应 力，但这些应力会在间隙中得到有效释放，不会累积，相对于现有技术具有很高的稳定性。0031本实施例的银电极层4的外表焊接设有一层薄铜金属层，且所述环形线圈3通过光刻 或刻蚀的方式设在薄铜金属层的外表，且所述薄铜金属层厚度2100 um。具体地，本实施例中 薄铜金属层厚度为lOOum。采用本实施例的焊接工艺线圈，环形线圈3的铜厚可以做到百微 米以上，这是现有电镀技术所无法到达的，可以有效降低环形线圈3的电阻，提高电涡流位移 传感器的温度稳定性。0032 本实施例中首先加工出微晶玻璃基底1,同时在微晶玻璃基底1内部加工出两个引 线孔，机加工完成后在微晶玻璃基底1的一面进行研磨抛光，降卑微晶玻璃基底1的外表粗 糙度，使其呈现光面；然后在微晶玻璃基底1的光面蒸镀上一层银电极层4,并在微晶玻璃基 底1的内部引线孔灌上与银电极层4导相通导的导电银胶2；再准备一片薄铜片，将薄铜片紧 密焊接到银电极层4外表，形成了与微晶玻璃基底1紧密连接的铜银复合金属层，最后通过CN 216668576 UCN 216668576 U说明书4/4页光刻或刻蚀的方法将设计的环形线圈3的图案在铜银复合金属层上加工成型，即可完成对 本实施例探头的加工。0033实施例20034本实施例的一种电涡流位移传感器探头，基本结构与实施例1保持一致，其不同之处 在于，本实施例中银电极层4的厚度为lwn；所述薄铜金属层厚度为120m1。0035实施例30036本实施例的一种电涡流位移传感器探头，基本结构与实施例1保持一致，其不同之处 在于，本实施例中银电极层4的厚度为1 Own；所述薄铜金属层厚度为108wn。0037本实用新型所述实例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用 新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域工程技术人员对 本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的保护范围。CN 216668576 U说明书附图1/1页