CN111721330A - 一种柔性板布线的线圈及lvdt直线位移传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性板布线的LVDT直线位移传感器，包括柔性板布线的线圈，所述线圈内外均设置有套管，所述套管的两端以端盖封堵，柔性板铺设多层螺线层，每层所述螺线层均设置多根互不连接的螺线，卷曲所述柔性板，使得，同一层所述螺线层中，上一根所述螺线的尾端与下一根所述螺线的首端连接，不同所述螺线层之间，上一层所述螺线层尾端的所述螺线与下一层所述螺线层首端的所述螺线连接。本发明制作工艺简单，线圈长度与精度不受绕线机的行程与精度影响，性能更稳定。

Description

一种柔性板布线的线圈及LVDT直线位移传感器

技术领域

本发明涉及传感器制造技术领域，更具体地说，是涉及一种柔性板布线的线圈及LVDT直线位移传感器。

背景技术

LVDT(Linear.Variable.Differential.Transformer)是线性可变差动变压器的缩写，是由一个初级线圈，两个次级线圈、铁芯、线圈骨架、外壳等部件组成，当铁芯由中间向两边移动时，次级两个线圈输出电压之差与铁芯移动成线性关系。

现有的LVDT传感器的线圈是通过绕线机制作而成，因此，线圈的绕线精度与长度都会深受绕线机的精度与行程的限制。一方面，绕线精度容易受到已绕好的漆包线平整度的影响，绕线的平整度又是绕线设置线径的累积误差造成的，故以现有的绕线机的精度，在绕线圈数多的情况下，误差累积较高，绕线表面的平整度降低，从而造成绕线精度下降。另一方面，绕线机的行程直接影响绕线的长度，若需要增加绕线的长度，则需要使用行程更长的绕线机，设备成本提高。

综上所述，在实际生产过程中，绕线机的精度与行程极大地限制LVDT类型传感器线圈的精度与长度，降低产品性能与生产效率，不利于技术发展与市场销售。

以上不足，有待改进。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种柔性板布线的线圈及LVDT直线位移传感器。

本发明技术方案如下所述：

一种柔性板布线的线圈，柔性板铺设多层螺线层，每层所述螺线层均设置多根互不连接的螺线；

卷曲所述柔性板，使得，

同一层所述螺线层中，上一根所述螺线的尾端与下一根所述螺线的首端连接，

不同所述螺线层之间，上一层所述螺线层尾端的所述螺线与下一层所述螺线层首端的所述螺线连接。

上述的一种柔性板布线的线圈，所述螺线的两端分别设置连接孔与凸台连接柱，所述凸台连接柱与所述连接孔插接，连接相邻两根所述螺线。

进一步的，同一层所述螺线层中，所述螺线设置于所述柔性板的内部，所述螺线的上端设置所述连接孔，所述螺线的下端设置所述凸台连接柱。

进一步的，同一层所述螺线层中，所述螺线设置于所述柔性板的外部，所述螺线的上端设置所述连接孔，所述螺线的下端设置所述凸台连接柱。

进一步的，所述凸台连接柱***所述连接孔焊接固定。

进一步的，所述螺线的一端经激光切割成所述连接孔，所述螺线的另一端加焊铜箔形成所述凸台连接柱。

进一步的，所述螺线倾斜，上一根所述螺线的尾端与下一根所述螺线的首端设置在同一竖直线上。

上述的一种柔性板布线的线圈，任意所述螺线层之间互相平行，任意所述螺线互相平行。

上述的一种柔性板布线的线圈，同一层所述螺线层所述螺线之间的间距s，所述柔性板的厚度t、所述螺线长度l、绕裹漆包线的直径d、所述螺线层层数n同时满足

上述的一种柔性板布线的线圈，所述柔性板材料包括聚亚酰胺，所述柔性板经覆铜后光刻刻蚀形成多根互不连接的所述螺线。

上述的一种柔性板布线的线圈，卷曲所述柔性板，所述柔性板的末端粘贴固定。

上述的一种柔性板布线的线圈，不同所述螺线层之间，上一层所述螺线层最后一根所述螺线的尾端与下一层所述螺线层第一根所述螺线的首端连接。

一种柔性板布线的LVDT直线位移传感器，包括上述的一种柔性板布线的线圈，所述线圈内外均设置有套管，所述套管的两端以端盖封堵。

上述的一种柔性板布线的LVDT直线位移传感器，包括三组所述柔性板布线的线圈，其中一组所述柔性板布线的线圈连接供电极，另外两组所述柔性板布线的线圈作为信号输出端连接外部电路。

进一步的，三组所述柔性板布线的线圈并排设置在内套管、外套管及两端所述端盖包围的空间内部，铁芯设置于所述内套管内。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明中的柔性板通过覆铜、光刻形成多层铜箔螺线，每层设置多条，一端设置凸台连接柱、一端设置连接孔，每层首尾两端的螺线分别连接上下两层的螺线，通过不断卷曲柔性板，凸台连接柱与连接孔插接，同一层中相邻两根螺线连接，从而贯通柔性板上所有螺线形成通路，且柔性板卷曲成多层结构，下一螺线层设置在上一螺线层的外层，层层叠加，从而形成线圈，在成型线圈外设置外壳即可制作成位移传感器。故而

1.每一层螺线层的长度与螺线的数量不受设备行程的限制，因此，柔性板卷曲后成型线圈的长度也不受限制，可无限延伸，提高绕线长度。

2.铜线位置固定，排设精度高，柔性板弯曲面光滑，整体平整度高，有利于传感器性能的提高。

3.位移传感器制作工艺简化，完成柔性板的覆铜光刻后，仅需将柔性板卷曲形成线圈，并设置一外壳即可完成位移传感器的制作，省略绕线，浸漆烘烤等工艺，加快生产节奏，提高生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为柔性板的结构示意图一。

图2为柔性板的结构示意图二。

图3为螺线的凸台连接柱与连接孔的结构示意图。

图4为柔性板布线线圈的结构示意图。

图5为螺线长度计算示意图。

图6为柔性板布线LVDT直线位移传感器的结构示意图一。

图7为柔性板布线LVDT直线位移传感器的结构示意图二。

图8为一个柔性板布线LVDT直线位移传感器实施例的结构示意图。

图9为一个柔性板布线LVDT直线位移传感器实施例的结构示意图。

图10为一个柔性板布线LVDT直线位移传感器实施例中的柔性板结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1.线圈；11.初级线圈；12.次级线圈；11.连接孔；12.凸台连接柱；2.内套管；3.外套管；4.端盖；5.铁芯；

d.绕裹漆包线的直径；l.螺线的长度；s.同一层螺线层螺线之间的间距；t.柔性板的厚度。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当部件被称为“固定”或“设置”或“连接”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。术语“上”、“下”、“竖直”、“内”、“外”、“首”、“尾”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

一种柔性板布线的线圈1，柔性板铺设多层螺线层，每层螺线层均设置多根互不连接的螺线，柔性板卷曲，同一层螺线层中，上一根螺线的尾端与下一根螺线的首端连接，不同螺线层之间，上一层螺线层尾端的螺线与下一层螺线层首端的螺线连接。

如图1、图2所示，任意螺线层之间互相平行，任意螺线之间相互平行，间距一致，下一螺线层大部分的螺线位于上一螺线的延长线上，有利于光刻机进行蚀刻成型。沿着柔性板卷曲后线圈1的电流方向，无论是螺线还是螺线层，电流流入的一端称为首端，电流流出的一端称为尾端，螺线层的层数自上而下数起，同一螺线层的螺线数自螺线层首端数起。

如图3所示，针对单根螺线，螺线的两端分别设置连接孔11与凸台连接柱12，卷曲柔性板时，凸台连接柱12***连接孔11中固定，令同一螺线层的相邻两根螺线连接。螺线倾斜，使得同一螺线层中，上一根螺线的首端与下一根螺线的尾端在同一竖直线上，保证柔性板沿竖直方向卷曲时，凸台连接柱12能够准确地***的连接孔11中实现固定连接。如图1中所示，柔性板自上向下卷曲，同一层螺线层中，螺线设置于柔性板的内部，螺线的上端设置连接孔11，螺线的下端设置凸台连接柱12；同一层螺线层中，螺线设置于柔性板的外部，螺线的上端设置连接孔11，螺线的下端设置凸台连接柱12。

不同螺线层之间，上一层螺线层尾端的螺线与下一层螺线层首端的螺线连接，或延长上一螺线层尾端的螺线形成下一螺线层首端的螺线，以此将连接不同螺线层。

在本实施例中，柔性板卷曲，螺线具体连接情况如下：

第一层螺线层的第一根螺线首端连接输入端，最后一层螺线层的最后一根螺线尾端连接输出端。卷曲柔性板，

在奇数层，第一根螺线尾端的凸台连接柱12***第二根螺线首端的连接孔11中连接，第二根螺线尾端的凸台连接柱12***第三根螺线首端的连接孔11中连接，第三根螺线尾端的凸台连接柱12***第四根螺线首端的连接孔11中连接，……，以此类推，倒数第二根螺线的凸台连接柱12***最后一根螺线首端的连接孔11中连接，至此，柔性板卷曲的奇数圈完成。

在偶数层，第二根螺线首端的凸台连接柱12***第一根螺线尾端的连接孔11中连接，第三根首端的凸台连接柱12***第二根尾端的连接孔11中连接，第四根首端的凸台连接柱12***第三根尾端的连接孔11中连接，……，以此类推，最后一根螺线首端的凸台连接柱12***倒数第二根螺线尾端的连接孔11中连接，至此，柔性板卷曲的偶数圈完成。

不同螺线层之间，上一层螺线层最后一根螺线的尾端与下一层螺线层第一根螺线的首端连接。

如图4所示，螺线的长度l，同一层螺线层螺线之间的间距；s，柔性板的厚度t，绕裹漆包线的直径d，螺线层层数n同时满足

螺线ACB为柔性板上的一条螺线，卷曲柔性板后，螺线ACB绕线圈1的一周，抽出螺线ACB后展开，如图5所示，螺线ACB为一直角三角形的斜边，同一层螺线层螺线之间的间距s为高，底边的长度等于以绕裹漆包线与柔性板厚度t的和为直径的圆周长，长度为π(d+t)，根据勾股定理，螺线ACB若在第一层螺线层，其长度

若在第二层，其长度

第三层，

……，依次类推，若螺线ACB位于第n层螺线层，其长度

由于第一层螺线层的首端连接输入端，最后一层螺线层的尾端连接输出端，卷曲柔性板，同一螺线层中断开的螺线通过凸台连接柱12与连接孔11进行连接，上一层螺线层尾端的螺线与下一层螺线层首端的螺线连接，使输入端与输出端之间形成通路，且柔性板卷曲形成多层结构，下一螺线层设置在上一螺线层的外层，层层叠加，从而形成线圈1。

在本实施例中，柔性板上的螺线是通过平铺覆铜后，再通过光刻刻蚀形成一根根单独的断开的铜线，铜线位置一定，排设精度高，有利于提高线圈1的稳定性。螺线上端的连接孔11通过激光切割或击穿形成连接孔11，穿透柔性板，螺线下端的凸台连接柱12在覆铜的基础上加焊铜箔形成凸台。柔性板卷曲过程中，凸台连接柱12***连接孔11，将同一层螺线层的螺线连接，为固定凸台连接柱12与连接孔11的连接，稳定线圈的性能，在凸台连接柱12与连接孔11的连接点处焊接固定，保证凸台连接柱12不从连接孔11中脱出。

柔性板的材料为聚亚酰胺。聚酰胺酸溶液流延成膜、拉伸后，高温酰亚胺化后形成聚亚酰胺薄膜。聚亚酰胺薄膜呈黄色透明状，具有突出的耐高温、耐辐射、耐化学腐蚀和电绝缘性能，在200摄氏度的温度下不会膨胀断裂，拉伸强度大，弹性模量仅次于碳纤维，玻璃化温度高，特别适合用作柔性印制电路板基材与各种耐高温电机电器的绝缘材料。在本发明中，柔性板采用聚亚酰胺，一方面适宜覆铜开孔等工艺，另一方面，优异的卷曲能力与抗拉强度，有利于形成多层多根的紧密排布的螺线及卷曲形成多层的线圈1。而柔性板卷曲后，该材料也可通过简单的贴胶固定柔性板的卷曲度，保证柔性板不散开，以维持线圈1的形状和结构。

一种柔性板布线的LVDT直线位移传感器，如图6、图7所示，包括上述的一种柔性板布线的线圈1，该线圈1的外部设置外套管3，内部设置内套管2，将线圈1置于两个套管所包围的空间内部，并在两端分别设置端盖4封堵。由于LVDT直线位移传感器通常包括一个初级线圈11及两个次级线圈12，通过改变铁芯5与两个次级线圈12的相对位置，令两个次级线圈12形成电压差。在本实施例中，初级线圈11与次级线圈12均通过卷曲柔性板形成。

在一个实施例中，如图8所示，将初级线圈11、第一次级线圈及第二次级线圈三者并排设置在内套管2与外套管3之间，甚至可在同一柔性板上并列设置三组线圈1的螺线层，卷曲形成并排的三组线圈。初级线圈11设置在两个次级线圈12的中间，分别连接不同的输入端与输出端。初级线圈11的两端连接供电极，两个次级线圈12作为信号输出端连接外部电路，在内套管2的内部设置铁芯5。移动铁芯5，改变其相对两个次级线圈12的位置，形成感应电压，输出信号。

在一个实施例中，如图9、图10所示，在同一块柔性板上设置三组线圈的螺线层，第一层螺线层与第二层螺线层连接，第二层螺线层与第三层螺线层断开。柔性板卷曲，连接孔与凸台连接柱连接，第一层螺线层与第二层螺线层形成初级线圈11，第三层螺线层均分，左半边形成第一次级线圈，右半边形成第二次级线圈，第一次级线圈与第二次级线圈并列，设置在初级线圈11的外侧。在第三层螺线层中，第一次级线圈的输入端与第二次级线圈的输出端分别设置在下一根螺线的首端与上一根螺线的尾端，卷曲柔性板，二者连接，令第一次级线圈的输入端与第二次级线圈的输出端连接。

以此类推，连接柔性板前若干个螺线层，将其视作一个大的线圈的螺线层，剩余的螺线层对半均分，视作两个小型的线圈的螺线层，卷曲柔性板，分别形成一个初级线圈11与两个次级线圈12。将该柔性板放置在内套管2与外套管3包围的空间内部，中间***一铁芯5，移动铁芯5，改变其相对两个次级线圈12的位置，形成感应电压，输出信号。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性板布线的线圈，其特征在于，柔性板铺设多层螺线层，每层所述螺线层均设置多根互不连接的螺线；

卷曲所述柔性板，使得，

同一层所述螺线层中，上一根所述螺线的尾端与下一根所述螺线的首端连接，

不同所述螺线层之间，上一层所述螺线层尾端的所述螺线与下一层所述螺线层首端的所述螺线连接。

2.根据权利要求1中所述的一种柔性板布线的线圈，其特征在于，所述螺线的两端分别设置连接孔与凸台连接柱，所述凸台连接柱与所述连接孔插接，连接相邻两根所述螺线。

3.根据权利要求2中所述的一种柔性板布线的线圈，其特征在于，所述螺线倾斜，上一根所述螺线的尾端与下一根所述螺线的首端设置在同一竖直线上。

4.根据权利要求2中所述的一种柔性板布线的线圈，其特征在于，所述螺线的一端切割形成所述连接孔，所述螺线的另一端加焊形成所述凸台连接柱，所述凸台连接柱***所述连接孔焊接固定。

5.根据权利要求1中所述的一种柔性板布线的线圈，其特征在于，任意所述螺线层之间互相平行，任意所述螺线互相平行。

6.根据权利要求1中所述的一种柔性板布线的线圈，其特征在于，同一层所述螺线层的所述螺线之间的间距s，所述柔性板的厚度t、所述螺线长度l、绕裹漆包线的直径d、所述螺线层层数n同时满足

。

7.根据权利要求1中所述的一种柔性板布线的线圈，其特征在于，所述柔性板材料包括聚亚酰胺，所述柔性板经覆铜后光刻刻蚀形成多根互不连接的所述螺线。

8.一种柔性板布线的LVDT直线位移传感器，其特征在于，包括上述权利要求1-7任意一项的一种柔性板布线的线圈，所述柔性板布线的线圈内外均设置有套管，所述套管的两端以端盖封堵。

9.根据权利要求8所述的一种柔性板布线的LVDT直线位移传感器，其特征在于，包括三组所述柔性板布线的线圈，其中一组所述柔性板布线的线圈连接供电极，另外两组所述柔性板布线的线圈作为信号输出端连接外部电路。

10.根据权利要求8所述的一种柔性板布线的LVDT直线位移传感器，其特征在于，所述柔性板布线的线圈并排设置在内套管、外套管及两端所述端盖包围的空间内部，铁芯设置于所述内套管内。

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