[发明专利]一种基于电磁正刚度的准零刚度绝对位移传感器

说明书

本发明公开一种基于电磁正刚度的准零刚度绝对位移传感器，涉及振动测量技术领域，包括电涡流位移传感器单元、负刚度单元、中间连接体、正刚度单元、底部壳体和运动轴。可有效减少机构阻尼，提高系统的使用寿命，并减小机构体积。通过调节电磁正刚度单元与负刚度单元中永磁体及线圈的层数以及控制线圈中电流的大小，可改变永磁体与电磁线圈之间的电磁力，调节正刚度与负刚度大小，实现对整个系统刚度的控制。正刚度与负刚度在一定范围内近似为线性，可消除非线性的影响，正负刚度叠加后，可最大限度降低系统综合刚度，实现准零刚度，获得较高的测量精度。选择永磁体初始位置及运动范围，可使系统在具有一定承载能力的情况下达到准零刚度状态。

技术领域

本发明涉及振动测量技术领域，特别是涉及一种基于电磁正刚度的准零刚度绝对位移传感器。

背景技术

工程实践中，系统位移量的测量对系统的控制及隔振起关键作用，随着各领域智能化与自动化程度的不断提高，各工业领域对位移传感器的要求也在不断提高。然而许多时候测量对象没有一个绝对静止的参考点，不能直接测量系统的绝对位移。而间接测量往往带来误差及时间延迟，一些精度要求比较高、时间响应比较短的系统控制因为不能直接测量系统的绝对位移而达不到良好的控制效果，尽管现有的一些先进测量技术能运用于绝对位移的测量(如惯性传感器、雷达或激光技术等)，但这些测量技术存在精度低、实时性差、成本高等问题，并且不能用于工况恶劣的场合；传统基于电磁的准零刚度绝对位移传感器使用机械弹簧作为正刚度机构，在超低频时，其阻尼不可忽略，影响测量精度。本发明涉及一种基于电磁正刚度的准零刚度绝对位移传感器。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种基于电磁正刚度的准零刚度绝对位移传感器，该传感器的正刚度机构与负刚度机构均采用电磁型，通过改变线圈与永磁体的几何参数及线圈电流大小来调节电磁正刚度与电磁负刚度的大小，从而减小系统整体刚度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种基于电磁正刚度的准零刚度绝对位移传感器，包括由上到下依次连接的电涡流位移传感器单元、负刚度单元、中间连接体、正刚度单元和底部壳体；还包括贯穿所述负刚度单元、所述中间连接体和所述正刚度单元的运动轴；所述运动轴的顶端伸入所述电涡流位移传感器单元内与所述电涡流位移传感器单元内部相连接。

可选的，所述电涡流位移传感器单元包括顶部壳体、电涡流传感器和质量块；所述顶部壳体底部敞口，所述顶部壳体底部与所述负刚度单元相连接；所述顶部壳体顶部设置有通孔，所述电涡流传感器设置于所述顶部壳体内并贯穿所述通孔；所述质量块设置于所述顶部壳体内部并与所述运动轴的顶部相连接。

可选的，所述负刚度单元包括第一止动环、第一永磁体、第二永磁体、第二止动环、第一直线轴承、第一壳体、第一电磁线圈、第二电磁线圈和第二垫块；

所述第一壳体顶部与所述电涡流位移传感器单元的底部相连接，所述第一壳体底部与所述中间连接体的顶部相连接；

所述第一壳体内设置有一第一安装板，所述第一安装板的周围与所述第一壳体相连接，所述第一安装板中部设置有所述第一直线轴承；

所述运动轴贯穿所述第一直线轴承；

所述第一安装板朝向所述中间连接体的一侧位于所述运动轴上由上到下依次设置有所述第一止动环和所述第二止动环；所述第一止动环和所述第二止动环之间设置有第一永磁体和第二永磁体；

所述第一壳体内部位于所述第一安装板与所述中间连接体之间由上到下依次固定设置有所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈；所述第二电磁线圈与所述中间连接体之间设置有所述第二垫块。

可选的，所述第一永磁体和所述第二永磁体的磁极方向相反。

可选的，所述第一电磁线圈和所述第二电磁线圈之间设置有所述第一垫块。