專利名稱：一種無源傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于傳感器技術領域，涉及磁電傳感器，為一種無源傳感器，具有旋轉計數和方向識別雙重功能。
背景技術：
現有旋轉計數傳感器有機械式、光電式、磁電式等多種方式。機械式旋轉計數器由于無電信號輸出，不能用于自動控制中，現已逐漸被淘汰。而光電式、磁電式旋轉計數傳感器一般均需使用電源，且功能單一，目前沒有一種傳感器能同時進行旋轉計數和方向識別。并且，這些傳感器工作溫度范圍也較窄。例如以硅材料制作的傳感器極限工作溫度為 150°C，當溫度超過150°C時，硅材料失去半導體性能，從而使得傳感器失效。
發明內容本實用新型要解決的問題是現有傳感器只能實現旋轉計數單一功能，而且工作溫度范圍窄，對使用環境要求高。本實用新型的技術方案為一種無源傳感器，包括外殼、敏感組件、印制板、外引線和密封材料，敏感組件設置在外殼內，敏感組件通過印制板與3根外引線電連接，3根外引線分別為傳感器的兩個輸出端仏和隊和一個接地端G，外殼端口用環氧樹脂密封材料封裝； 所述敏感組件包括2支敏感絲，4個漆包線繞組，和1個用作敏感絲和漆包線繞組載體的骨架，所述骨架為由X軸和Y軸兩根枝干交叉組成的骨架，交叉的枝干形成四個臂，骨架為非磁性材料，在X軸和Y軸上各設有一個通槽，兩個通槽開口朝向相背，2支敏感絲分別埋設在 X軸和Y軸的通槽中，4個漆包線繞組分別纏繞在骨架的四個臂上，繞同一支敏感絲的2個漆包線繞組串聯組成所繞敏感絲的感應線圈。2支敏感絲在通槽中相隔小于0.3mm。優選骨架為正十字形。兩支敏感絲的感應線圈的四個端，取相鄰的兩端連接后通過印制板與外引線的接地端G電連接，另外兩端分別通過印制板與外引線的輸出端U1和U2電連接。本實用新型無源傳感器能夠同時進行旋轉計數和方向識別兩種傳感在待測旋轉物體上安裝磁鋼，當磁鋼隨待測物體旋轉時產生交變磁場；所述敏感組件中的敏感絲為磁雙穩態合金，ZL200610086134. 5專利文獻中有詳細介紹，在交變磁場激勵下，敏感絲內芯的磁化方向將隨外磁場極性的變化而發生瞬間翻轉，并在敏感絲外圍的感應線圈中感生出正負電脈沖；在連續交變磁場的激勵下，所述無源傳感器的兩個輸出端U1和U2輸出的電信號以4個正負脈沖為一周期循環發生變化，對脈沖進行計數，并對正負脈沖時序特征進行分析，即可同時實現旋轉計數和方向識別兩種傳感識別。旋轉計數傳感為在交變磁場的激勵下，敏感絲磁化方向瞬間發生翻轉，進而在感應線圈中感生出電脈沖，交變磁場每變化一周，敏感絲磁化方向各發生一次正、反向翻轉， 感應線圈則感生出一對正、負電脈沖，當待測旋轉物體連續旋轉時，傳感器的兩個輸出端U1和U2分別輸出一系列正、負電脈沖信號，對其中一路或同時對兩路電脈沖信號的正負變化進行計數，即可檢測出磁鋼旋轉次數；方向識別傳感為交變磁場作用在傳感器的敏感絲上，傳感器輸出端U1和U2分別產生一組正、負電脈沖，兩組電脈沖信號時序的特征與磁鋼旋轉方向直接關聯，根據這兩組電脈沖信號時序特征，即可分析識別出磁鋼的旋轉方向。進行方向識別傳感時，磁鋼順時針旋轉時，傳感器輸出電脈沖信號時序為 [V1X+V1T2-]；磁鋼逆時針旋轉時，傳感器輸出電脈沖信號時序為[Vi+V2-V1-V2+]；磁鋼由順時針旋轉向逆時針轉換時，傳感器輸出電脈沖信號時序由[Wv1 V2]變為[Vi+V2-V1-V2+]；磁鋼由逆時針旋轉向順時針轉換時，傳感器輸出電脈沖信號時序由[Vi+V2-V1-V2+]變為[Vi+V/Vi V2]，V1和V2分別為輸出端U1和U2的輸出脈沖信號，“ + ”和“-”表示脈沖信號的正負。本實用新型的有益效果(1)本實用新型同時兼具旋轉計數和方向識別雙重功能；工作時無須外接電源； 輸出幅值高達2伏以上，信號無須經過放大即可直接在現場進行處理，也可通過傳輸線遠傳至后級電路進行處理；方向識別方法簡單；敏感絲居里溫度大于500°c，可在-65°c +180°C溫度范圍內工作；傳感器結構簡單，由一個交叉形骨架及設置其中的敏感絲，以及對應的漆包線繞組即可完成旋轉計數和方向識別的功能，整體封裝在外殼中，由于結構簡單， 本實用新型的傳感器體積小，使用方便；(2)本實用新型傳感器還適用于激勵磁場分布不均勻的應用場合。在實際應用中， 磁鋼的磁感應強度隨著距離的增加而迅速衰減。如果傳感器敏感絲位于有效磁感應強度范圍之外，有可能導致傳感器失效。本實用新型傳感器敏感組件的交叉形骨架使得用于傳感的2支敏感絲相隔小于0. 3mm，確保同時位于有效磁感應強度范圍內。
圖1為本實用新型傳感器結構示意圖。圖2為本實用新型敏感組件的三視示意圖，(a)為主視圖，(b)為左視圖，(C)為俯視圖。圖3為本實用新型敏感絲的特征曲線圖。圖4為本實用新型實施例中，傳感器安裝位置示意圖。圖5為本實用新型實施例中，流量計磁環磁感應強度水平分量沿磁環Z軸方向衰減圖。圖6為本實用新型實施例中，磁鋼順時針旋轉時傳感器輸出波形。圖7為本實用新型實施例中，磁鋼逆時針旋轉時傳感器輸出波形。圖8為本實用新型實施例中，磁鋼從順時針旋轉向逆時針旋轉轉換時傳感器輸出波形。圖9為本實用新型實施例中，磁鋼從逆時針旋轉向順時針旋轉轉換時傳感器輸出波形。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步的說明。[0025]如圖1、圖2所示，本實用新型雙重功能無源傳感器包括外殼1，外殼1內裝有敏感組件2，敏感組件2通過印制板3與3根外引線4電連接，外殼1端口用環氧樹脂密封材料 5封裝。其中，所述外殼1為鋁制圓柱形管殼，管殼直徑Φ 11mm，高6mm;印制板3尺寸與管殼內徑相適配，主要起到敏感組件2與外引線4之間的過渡電連接的作為；外引線4包括1 根接地線G，2根輸出線U1和U2, 3根引線的間距符合單列直插式器件標準間距，便于安裝使用。其中，所述敏感組件2由一號敏感絲21、二號敏感絲22，一號漆包線繞組23、二號漆包線繞組對、三號漆包線繞組25、四號漆包線繞組沈和骨架27組成。骨架27是用耐高溫塑料制成的交叉形骨架，可以是任意夾角的交叉形骨架，優選正十字形。骨架27的X軸和 Y軸各設有一個朝向相背的通槽，X軸通槽向上，Y軸通槽向下。一號敏感絲21埋設在十字形骨架27的X軸通槽中，一號漆包線繞組23和二號漆包線繞組M圍繞一號敏感絲21分別纏繞在十字形骨架27的X軸的兩翼上；二號敏感絲22埋設在十字形骨架27的Y軸通槽中，三號漆包線繞組25和四號漆包線繞組沈圍繞二號敏感絲22分別纏繞在十字形骨架27 的Y軸的兩翼上。在實際應用中，磁環產生的磁場往往是不均勻的，為了使2支敏感絲處于同一磁場強度范圍，要求2支敏感絲盡可能處于同一平面，本實用新型中X軸通槽底部和Y 軸通槽底部相隔小于0. 3mm,使一號敏感絲21和二號敏感絲22接近處于同一平面中。4個漆包線繞組的匝數完全相同，均為2000匝。一號漆包線繞組23和二號漆包線繞組M電串聯，組成一號敏感絲21的感應線圈；三號漆包線繞組23和四號漆包線繞組M電串聯，組成二號敏感絲22的感應線圈；兩個感應線圈的一端互相電連接，并一起通過印制板3與外引線4的接地端G電連接一號敏感絲的感應線圈的另一端通過印制板3與外引線4的輸出端U1電連接，二號敏感絲的感應線圈的另一端通過印制板3與外引線4的輸出端U2電連接。所述一號敏感絲21和二號敏感絲22為鐵鈷釩合金絲，是按照ZL200610086i;34. 5 專利技術制備的一種具有磁雙穩態特性的功能合金絲，在交變磁場中，當平行于敏感絲的某極性磁場達到觸發磁感應強度時，也就是激勵磁場強度達到敏感絲磁場翻轉閾值時，敏感絲內芯中的磁疇受到激勵會發生運動，敏感絲內芯磁化方向瞬間發生翻轉，轉向與當前磁場同一方向，同時在敏感絲周圍空間磁場也發生瞬間變化，由此在敏感絲的感應線圈中感生出一個電脈沖，此后若該磁場減弱，敏感絲磁化方向將保持穩定不變，感應線圈也無電信號輸出；但當相反極性磁場增強到觸發磁感應強度時，敏感絲磁化方向又瞬間發生翻轉， 并在感應線圈中感生出一個方向相反的電脈沖。如此反復，即在連續交變外磁場的激勵作用下，所述無源傳感器的兩個輸出端U1和U2輸出的電脈沖將以4個正負脈沖為一周期循環變化。敏感絲磁場翻轉閾值大小與敏感絲的磁特性有關。用上述敏感絲制成的傳感器的磁電轉換特征曲線如圖3所示，激勵磁場的磁感應強度閾值Bt ^ 4. OmT (毫特斯拉)。圖3顯示，本實例敏感絲磁化方向瞬間發生翻轉的激勵磁場為B > 4. OmT,即當B > 4. OmT時，可使傳感器正常工作。傳感器輸出信號幅值大于2伏，無須經過放大即可直接供后級單片機處理電路進行數據綜合處理。下面以某種氣體流量計為例說明本實用新型傳感器在智能流量計量方面的應用。如圖4所示，流量計旋轉翼6上設有磁環7，傳感器安裝在磁環7的上方，傳感器外引線4的兩根輸出線Up U2和接地線G與智能流量計量單片機處理電路相連接。所述磁環7為具有一對N、S磁極的軸向充磁磁環，圖5是該磁環磁感應強度水平分量沿磁環Z軸方向衰減圖。圖5顯示，隨著距離的增加，磁環7磁感應強度迅速下降，當距離達到6mm時， 磁感應強度衰減至4. 7mT。為了確保傳感器能正常工作，應使傳感器兩支敏感絲21和22位于磁環7上方6mm以內。當流量計中氣體流動時，氣體推動旋轉翼6轉動，并帶動磁環7轉動。磁環7每旋轉一周，傳感器兩輸出端分別輸出一個正脈沖，一個負脈沖，共有4個正負電脈沖。當磁環連續旋轉時，傳感器兩輸出端波形則以4個正負脈沖為一周期循環發生變化。圖6 圖9為示波器顯示的傳感器兩輸出端U1和U2的輸出波形。圖中“1”所指的為U1端波形，“2”所指的為U2端波形，“CHI 2. 00V”和“CH2 2. 00V”表示通道1和通道2 縱坐標電壓每格均為2. 00伏，"Μ 1. 00s”表示橫坐標時間每格為1秒。假設將U1輸出的正脈沖記為V1+,負脈沖記為V ；將U2輸出的正脈沖記為V2+,負脈
沖記為V2 ；磁環7每旋轉一周，傳感器兩輸出端仏、隊輸出的脈沖序列記為[............]，
那么如圖6，磁環7連續順時針旋轉時，傳感器兩輸出端UpU2輸出波形時序依次為[… -V1T2I [V1X+V1T2I [V1^+V1T2I [V1X+V1T2-]……；如圖7，磁環7連續逆時針旋轉時，傳感器兩輸出端UpU2輸出波形時序依次為[…
...W] [V1XTrv;] [WV1-V2+] [V1XW]……；如圖8，磁環7從順時針向逆時針旋轉轉換時，傳感器兩輸出端U” U2輸出波形時序依次為[.........V2I [WW] [V1X+V1T2-] [WVW] [(V2-V1 V；]……；如圖9，磁環7從逆時針向順時針旋轉轉換時，傳感器兩輸出端U” U2輸出波形時序依次為[…v2_v「v2+] [WW] [WW] [V1XTrv;] [(V1-V2-] [V1X+V1T2-]……。分析上述波形時序可以發現如下特征1、當磁環連續順時針旋轉時，傳感器輸出以4個脈沖為一周期，脈沖時序特征為 [V1X+V1 V2]，即每出現一個V1+后必然緊隨出現一個V2+,每出現一個后必然緊隨出現一個V2_;或者，每兩個V1+之間必然出現一個V2+、一個V2_，且V2+在前，V2在后。本實例中，第一周期只有兩個脈沖[……V1 V2],這是因為示波器是從后半周開始顯示的。2、當磁環連續逆時針旋轉時，脈沖時序特征為[Vi+V2-V1 V2+]，即每出現一個V1+后必然緊隨出現一個V2-,每出現一個V1-后必然緊隨出現一個V2+；或者，每兩個V1+之間必然出現一個v2_、一個V2+,且V2_在前，V2+在后。同樣，本實例中，第一周期只有兩個脈沖[…… V1-V2+]，這也是因為示波器是從后半周開始顯示的。3、當磁環從順時針向逆時針旋轉轉換時，時序特征從[Vi+V/VilV]轉變為 [WW]。本實例中，第四周期時序變為[Wwv2+]，上半周期Vi+V2+為順時針特征， 下半周期V1-V2+為逆時針特征，中間多出一個V2-,說明磁環磁極在第四周期上、下半周之間開始發生轉向。4、當磁環從逆時針向順時針旋轉轉換時，時序特征從[Vi+V2T1T2+]轉變為 [V1X+V1T2-]。本實例中，第五周期時序變為[Vi+V1-V2-]，上半周期本應為Vi+V2-,但少了一個 V2，下半周期V1 V2為順時針特征，說明磁環磁極在第五周期上半周開始發生轉向。比較圖8和圖9，當磁環發生轉向時，有時會多出一個脈沖，有時會少一個脈沖，這和磁環發生轉向的具體位置有關。利用現有單片機技術對脈沖進行計數，并根據上述脈沖時序特征，即可同時檢測出磁環旋轉次數和轉向，進而計算出氣體的流量和流向。一旦發現有如圖8或圖9的時序， 說明流量計出現異常情況，單片機立即發出報警信號，并對流量計量做出相應處置。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種無源傳感器，包括外殼(1)、敏感組件O)、印制板(3)、外引線(4)和密封材料 (5)，敏感組件( 設置在外殼(1)內，其特征是敏感組件( 通過印制板C3)與3根外引線電連接，3根外引線(4)分別為傳感器的兩個輸出端仏和隊和一個接地端G，外殼 (1)端口用環氧樹脂密封材料( 封裝；所述敏感組件( 包括2支敏感絲，4個漆包線繞組，和1個用作敏感絲和漆包線繞組載體的骨架(27)，所述骨架(XT)為由X軸和Y軸兩根枝干交叉組成的骨架，交叉的枝干形成四個臂，骨架(XT)為非磁性材料，在X軸和Y軸上各設有一個通槽，兩個通槽開口朝向相背，2支敏感絲分別埋設在X軸和Y軸的通槽中，4個漆包線繞組分別纏繞在骨架、2Τ)的四個臂上，繞同一支敏感絲的2個漆包線繞組串聯組成所繞敏感絲的感應線圈。
2.根據權利要求1所述的一種無源傳感器，其特征是X軸通槽底部和Y軸通槽底部之間的間隔距離小于0. 3mm。
3.根據權利要求1或2所述的一種無源傳感器，其特征是骨架07)為正十字形。
4.根據權利要求1或2所述的一種無源傳感器，其特征是兩支敏感絲的感應線圈的四個端，取相鄰的兩端連接后通過印制板⑶與外引線⑷的接地端G電連接，另外兩端分別通過印制板⑶與外引線⑷的輸出端U1和U2電連接。
5.根據權利要求3所述的一種無源傳感器，其特征是兩支敏感絲的感應線圈的四個端，取相鄰的兩端連接后通過印制板⑶與外引線⑷的接地端G電連接，另外兩端分別通過印制板⑶與外引線⑷的輸出端仏和隊電連接。
專利摘要一種無源傳感器，包括外殼、敏感組件、印制板、外引線和密封材料，敏感組件設置在外殼內，敏感組件通過印制板與3根外引線電連接，3根外引線分別為傳感器的兩個輸出端U1和U2和一個接地端G，外殼端口用環氧樹脂密封材料封裝；所述敏感組件包括敏感絲，漆包線繞組和骨架，所述骨架為十字形，骨架的通槽中分別埋設敏感絲，漆包線繞組分別纏繞在骨架的四個臂上，繞同一支敏感絲的漆包線串聯組成所繞敏感絲的感應線圈。本實用新型無源傳感器同時進行旋轉計數和方向識別兩種傳感，通過電脈沖的時序特征，對脈沖進行旋轉計數，并依據電脈沖的時序特征，同時進行物體旋轉計數和旋轉方向識別。
文檔編號G01D5/244GK202101681SQ20112017537
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月27日 優先權日2011年5月27日
發明者凌超, 劉玉林, 崔義煒, 張年容, 李云方, 潘旭東, 鄭主惠 申請人:南京艾馳電子科技有限公司