CN118188649A - 一种液压缸 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种液压缸，包括缸体、感应线圈以及LDC电感传感器，所述缸体内设置活塞，所述活塞与活塞杆的一端连接，所述活塞杆的另一端伸出所述缸体，所述感应线圈设置在所述缸体外壁上，所述感应线圈与所述LDC电感传感器连接。本公开实施例通过采用电感传感器和感应线圈针对活塞进行位移测量，能够实现非接触测量，避免了对液压缸和活塞的结构改造，降低液压缸关键部件的加工难度，提高了测量控制的适应性和友好性，同时具有高精度、高稳定性和易维护等优点。

Description

一种液压缸

技术领域

本公开涉及液压装置的技术领域，具体而言，涉及一种液压缸。

背景技术

液压缸是机械领域常用的执行元件，其广泛用于机床工业、冶金工业、工程机械等行业，对液压缸中的活塞位移的测量是实现对液压缸准确控制的基础。

现有技术中对液压缸中的活塞的行程测量主要有接触式和非接触式，其中，对于液压缸中的活塞的位移检测通常采用拉绳传感器、磁致伸缩传感器、激光传感器等。但是上述这些传感器都存在一定的问题，例如采用拉绳传感器来检测活塞行程，可靠性低，长时间运行会造成精度下降，维护困难；磁致伸缩传感器作为接触式传感器，其价格昂贵且体积较大，此外，安装磁致伸缩传感器对液压缸的活塞杆加工量大且磁致伸缩传感器损坏后维修困难；采用非接触式的激光传感器测量活塞行程，对活塞的加工量大，测量装置的安装和维护困难，此外，在测量时通常将激光传感器安装于液压缸的外侧，液压缸普遍用于重工业所以检测装置容易损坏，也会受到安装和使用场景环境的限制。

以上采用的接触式和非接触式传感器普遍存在传感器体积大，需要对活塞杆进行改造和加工、安装难度大、可靠性低和传感器维护困难等问题。

发明内容

有鉴于此，本公开旨在提供一种液压缸，以解决现有技术中接触式和非接触式传感器普遍存在传感器体积大，需要对活塞杆进行改造和加工、安装难度大、可靠性低和传感器维护困难等技术问题。

本公开的提供一种液压缸，包括缸体、感应线圈以及LDC电感传感器，所述缸体内设置活塞，所述活塞与活塞杆的一端连接，所述活塞杆的另一端伸出所述缸体，所述感应线圈设置在所述缸体外壁上，所述感应线圈与所述LDC电感传感器连接。

在一些实施例中，所述感应线圈为拉伸线圈，所述拉伸线圈按照预定形状布置以产生非均匀交流磁场。

在一些实施例中，所述拉伸线圈为矩形形状，所述拉伸线圈在所述缸体的外壁上沿周向设置。

在一些实施例中，所述缸体的外壁沿长度方向分为多段，所述缸体的外壁的每一段上设置线圈单元，所述线圈单元与所述LDC传感器中的LDC驱动电路连接，多个所述LDC驱动电路与所述LDC电感传感器中的微处理器连接。

在一些实施例中，所述缸体的外壁的每一段对应的所述线圈单元包括多个所述拉伸线圈，多个所述拉伸线圈之间通过电线连接，多个所述拉伸线圈在所述缸体的外壁上沿周向依次设置以形成串联结构。

在一些实施例中，所述缸体的外壁的每一段对应的所述线圈单元中，多个所述拉伸线圈按照长度大小顺序依次设置。

在一些实施例中，所述拉伸线圈的长度沿着所述缸体底部到所述活塞杆的方向依次减小或增加。

在一些实施例中，所述活塞采用铝合金、铜或铜合金材料制成。

在一些实施例中，所述缸体的外壁采用非金属材料或复合材料制成。

在一些实施例中，所述缸体的外壁采用电导率小于1×10^6S/m的材料制成。

本公开实施例通过采用电感传感器和感应线圈针对活塞进行位移测量，能够实现非接触测量，避免了对液压缸和活塞的结构改造，降低液压缸关键部件的加工难度，提高了测量控制的适应性和友好性，同时具有高精度、高稳定性和易维护等优点。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中

描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1是本公开所提供的液压缸的结构示意图；

图2是本公开所提供的拉伸线圈的结构示意图；

图3是本公开所提供的拉伸线圈在液压缸上的布置示意图；

图4是本公开所提供的拉伸线圈的结构示意图；

图5是本公开所提供的液压缸控制***的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1-缸体；2-活塞；3-活塞杆；10-拉伸线圈；20-LDC驱动电路；30-微处理器。

具体实施方式

下面，结合附图对本公开的具体实施例进行详细的描述，但不作为本公开的限定。

应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本公开的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本公开进行了描述，但本

领域技术人员能够确定地实现本公开的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。

需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。

本公开的第一实施例提出一种液压缸，如图1-图5所示，本公开实施例的所述液压缸包括缸体1，所述缸体1为圆筒形结构，所述缸体1内设置活塞2，所述活塞2与活塞杆3的一端连接，所述活塞杆3的另一端伸出所述缸体1并与例如千斤顶等外部装置连接，这样通过所述缸体1的压力变化驱动所述活塞2移动，从而使得所述活塞杆3带动外部装置运动。

本实施例采用LDC电感式测量原理对所述活塞2的位移进行测量，具体地，本公开实施例的所述液压缸能够基于LDC电感式测量原理实现对所述活塞2的位移的检测，这样不会改变所述液压缸内部的结构参数即可实时检测对于所述活塞2的位移的非接触式检测。具体地，在本实施例中，所述液压缸包括感应线圈和LDC电感传感器，所述感应线圈设置在所述缸体1外壁上，所述感应线圈与所述LDC电感传感器连接。

基于LDC电感式测量原理，这里的所述LDC电感传感器通过检测例如作为待测对象的金属目标与所述感应线圈的接近程度，利用所述感应线圈的自感或互感系数的变化来实现对金属目标位移的测量。这种测量方式是非接触式检测且是无磁体感应。其中，当待测对象接近所述感应线圈时会在所述待测对象的表面形成涡流，涡流产生自身磁场并与所述感应线圈产生的原始磁场相反。由于自身磁场与原始磁场相反，会导致原始磁场会被削弱。当所述待测对象与所述感应线圈之间的距离增加时，所述感应线圈的电感值会减小，这样通过测量电感值的变化，可以获得所述感应线圈与所述待测对象的位置相关的信息。

这里LDC电感式测量原理中的电感应传感的非接触性和高可靠性，是线性位置传感的理想测量方式。所述LDC电感传感器无需使用磁体即可运行，能够用于在位置感应应用中实现亚微米级精度。此外，采用所述LDC电感传感器的非接触式测量的特性，更能使其在恶劣环境中工作并保持可靠性，从而对位移、压力、振动、应变、流量等参数进行测量。这不仅得益于它结构简单、灵敏度高，其抗干扰能力强及测量精度高也有很重要的优势点。而电容传感器检测传感器和电极之间的电容变化。

在本实施例中，这里通过在所述缸体1的外壁上设置感应线圈1的方式以实现LDC电感式测量，能够降低对所述液压缸关键部件的加工难度，提高测量控制的适应性和友好性，具有体积小、不需要改造活塞、易于部署和维护方便等优点。具体地，本实施例涉及的LDC电感式测量基于电感偏移实现，其通过所述感应线圈通电后产生的磁场对待测对象产生涡流实现，这些涡流产生的二次电流与所述LDC电感传感器产生的磁场相反的磁场，从而引起电感变化感应，属于非接触和无磁铁的测量方式，能够在保证非常高的测量精度和高可靠性的同时还可以实现低功耗和低成本。

具体地，这里的LDC电感传感器获取的电感值决定所述待测对象在所述LDC电感传感器产生的磁场中的位置。其中，所述LDC电感传感器的集成电路芯片中主要包括电感-数字转换器，其可以精确地测量待测导***置的电感变化。

进一步地，在基于LDC电感式测量的测量过程中要求所述待测对象为导体，在本实施例中所述待测对象为所述活塞2，通过所述LDC电感传感器测量其电感的电感值以获取所述待测对象在所述感应线圈上的位置信息。这里的所述活塞2的材料需要具有高的电导率，以获得最佳的感应测量精度。其中，这里较高的电导率可以产生较强的涡流，从而产生较强的对应磁场。产生的磁场强度越强，所述LDC电感传感器中电感的位移越大，从而实现更高分辨率的测量。优选地，所述活塞2可以采用铝合金、铜或铜合金等材料。这里的所述缸体1的外壁采用电导率较弱的材料制成，这里的所述外壁的采用电导率小于1×10^6S/m的材料制成，例如强度高的非金属材料或复合材料等，以降低所述缸体1的外壁对所述感应线圈的影响和干扰。

本实施例中的所述感应线圈采用能产生非均匀交流磁场的拉伸线圈。具体地，为了使得所述待测对象能够实现线性位置传感，采用特定的线圈形状可以产生非均匀的交流磁场，这可以通过拉伸线圈来实现，这样就会产生一侧比另一侧更强的非均匀交流磁场。此外，在本实施例中，由于所述活塞2作为所述待测对象，在空间上的限制使得采用拉伸线圈更为适用。

具体地，在所述缸体1的外壁贴上软基柔性的拉伸线圈10，这里的所述拉伸线圈10例如可选用柔性可弯曲的软基PCB线圈，其能够实现预定方向的拉伸，其可以沿着所述缸体1的外壁轴向敷设并通过粘固剂或者外部固定的形式与所述缸体1的外壁之间紧固贴合。具体地，例如在玻璃纤维PCB上以刻印线圈的形式形成所述拉伸线圈10，以更加准确地实时感应所述活塞2的位移的变化。在本实施例中，通过在所述缸体1的外壁上设置所述拉伸线圈10能够降低液压缸关键部件的加工难度，不但实现非接触测量，还能提高测量控制的适应性和友好性。

如上所述，这里在通过所述LDC电感传感器获取电感值后可进一步获取所述活塞2的位置信息，从而实现对于所述活塞2位置的线性测量，这里对于位置的线性测量有助于提高所述活塞2的位移的测量精度。

进一步地，可以通过多种方式实现提高位移测量的线性度，例如通过所述电感值的输出响应拟合出曲线，从而将采集的所述电感值线性转换为所述活塞2的位移。此外，还可以采用特制的所述感应线圈的形状，使电感值的输出响应为线性状态，从而通过电磁建模或复杂的迭代实验以实现能够进行线性测量的所述LDC电感传感器。

具体地，在获取所述拉伸线圈10的电感值后，为了通过例如线性方式获取所述活塞2的位移，这里的所述拉伸线圈10通常采用圆形线圈。

在另一些实施例中，如图2和图3所示，考虑到圆形线圈更有利于检测近距离的所述待测对象的位置。然而，本实施例中由于所述缸体1的长度较长，也就是所述活塞2的位移较大，为此需要采用能够产生非均匀交流磁场的所述拉伸线圈10以用于确定较远的所述待测对象的位置。优选地，本实施例的所述拉伸线圈10为矩形形状，所述拉伸线圈10沿着所述缸体1的外壁周向设置。

本实施例中利用电磁感应原理确定所述待测对象(也就是所述活塞2)的位置，优选采用矩形形状的拉伸线圈10，相对于圆形线圈，采用矩形形状的所述拉伸线圈10的优点是便于检测较长且形状更简单的所述待测对象。

当然，在测量时通过所述待测对象靠近所述拉伸线圈10，使得所述拉伸线圈10的磁场与所述待测对象的位置相关联，所述拉伸线圈10的具体设置方式可以根据所述待测对象的形状和材质进行调整。

这里由于所述缸体1以及所述活塞2采用金属材料制成，通过采用LDC电磁感应原理测量所述活塞2的位移，这里电感值的测量可以通过所述LDC电感传感器内部的芯片获取，从而得到所述拉伸线圈10的电感值。这里的所述电感值与所述缸体1内的所述活塞2及所述活塞杆3的位置相关，通过测量所述拉伸线圈10的电感值得到与所述活塞2的位置相关的位移信息，从而实现非接触、可靠、精确测量所述活塞2的位移。

在本实施例中，考虑到待测对象的长度影响行程测量的分辨率和测量范围，较长的待测对象虽然可以提高分辨率但确实限制可用的行程测量范围，这里的所述待测对象的宽度必须延伸至超过所述拉伸线圈10的长度，

以确保最大限度的对于所述活塞2移动导致的所述电感值的灵敏变化。

进一步地，如图2-图4所示，在本实施例中考虑到所述缸体1的长度较长同时所述活塞2的行程较长，将所述缸体1的外壁沿长度方向分为多段，所述缸体1的外壁的每一段上设置线圈单元，所述线圈单元与所述LDC电感传感器中的LDC驱动电路20连接，这样每一段对应的于同一个所述LDC驱动电路20，多个所述LDC驱动电路20与例如LDC电感传感器中的微处理器30连接。

进一步地，这里每段中设置多个矩形的拉伸线圈10，多个所述拉伸线圈10沿着所述缸体1的周向依次设置布置在所述缸体1的外壁上并形成串联结构。这样，当所述活塞2在所述缸体1的内部往复运动时，在不同的所述拉伸线圈10产生不同的位置数据，便可利用LDC电感式测量原理进行位移的监测。这样，当所述液压缸的所述活塞2在所述缸体1内的行程较大时，通过采用多个所述拉伸线圈10依次串联拼接的形式贴合在所述缸体1的外壁，实现不同所述缸体1内不同位置处对应的所述拉伸线圈10的电感感应变化，从而实现对于具有较大行程的所述活塞2的位移测量。

进一步地，所述缸体1的外壁的每一段的所述线圈单元中，多个所述拉伸线圈10按照长度顺序依次设置，这样使得产生的电感值的变化更加敏感，提升测量的准确性。如图2所示，在每一段中多个所述拉伸线圈10依次设置，其中，多个所述拉伸线圈10的长度从所述缸体1底部到所述活塞杆3的方向依次减小，多个所述拉伸线圈10之间通过电线连接。当然，在另一些实施方式中，多个所述拉伸线圈10的长度从所述缸体1底部到所述活塞杆3的方向依次增加，这里无论依次减小还是增加都是用于产生非均匀磁场。

在本实施例中，还需要对测量得到的电感值进一步计算、分析和整理，以便得到所需要的所述活塞2的位移测量结果。这里的数据处理可以采用微控制器、微处理器或专用集成电路进行处理，通过编写程序或使用现有的算法对数据进行处理。例如，可以使用差分方程或滤波器等技术对数据进行修正和优化，以提高测量精度和稳定性。此外，还可以将处理后的数据存储或传输到其他***或设备中，以实现更广泛的应用。

本公开实施例通过采用电感传感器和感应线圈针对活塞进行位移测量，能够实现非接触测量，避免了对液压缸和活塞的结构改造，降低液压缸关键部件的加工难度，提高了测量控制的适应性和友好性，同时具有高精度、高稳定性和易维护等优点。

在本公开的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本公开的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液压缸，其特征在于，包括缸体、感应线圈以及LDC电感传感器，所述缸体内设置活塞，所述活塞与活塞杆的一端连接，所述活塞杆的另一端伸出所述缸体，所述感应线圈设置在所述缸体外壁上，所述感应线圈与所述LDC电感传感器连接。

2.根据权利要求1所述的液压缸，其特征在于，所述感应线圈为拉伸线圈，所述拉伸线圈按照预定形状布置以产生非均匀交流磁场。

3.根据权利要求2所述的液压缸，其特征在于，所述拉伸线圈为矩形形状，所述拉伸线圈在所述缸体的外壁上沿周向设置。

4.根据权利要求3所述的液压缸，其特征在于，所述缸体的外壁沿长度方向分为多段，所述缸体的外壁的每一段上设置线圈单元，所述线圈单元与所述LDC传感器中的LDC驱动电路连接，多个所述LDC驱动电路与所述LDC电感传感器中的微处理器连接。

5.根据权利要求4所述的液压缸，其特征在于，所述缸体的外壁的每一段对应的所述线圈单元包括多个所述拉伸线圈，多个所述拉伸线圈之间通过电线连接，多个所述拉伸线圈在所述缸体的外壁上沿周向依次设置以形成串联结构。

6.根据权利要求5所述的液压缸，其特征在于，所述缸体的外壁的每一段对应的所述线圈单元中，多个所述拉伸线圈按照长度大小顺序依次设置。

7.根据权利要求6所述的液压缸，其特征在于，所述拉伸线圈的长度沿着所述缸体底部到所述活塞杆的方向依次减小或增加。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的液压缸，其特征在于，所述活塞采用铝合金、铜或铜合金材料制成。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的液压缸，其特征在于，所述缸体的外壁采用非金属材料或复合材料制成。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的液压缸，其特征在于，所述缸体的外壁采用电导率小于1×10^6S/m的材料制成。