专利名称：磁感应角位移传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及固定摆磁感应旋转、倾斜、垂直度角位移传感器，但不仅限于此。
本发明的目的通过下述途径达到磁感应角位移传感器，由安装子转动轴上的永磁铁和固定于支架上的磁感应传感器组成，转动轴、永磁铁等组成固定摆，固定摆相对传感器之外的静参照物不产生旋转运动，磁感应传感器可同轴、绕轴线相对传感器之外的静参照物产生旋转运动；永磁铁是一轴向端为与转动轴倾斜的平面，永磁铁轴向端平面产生磁�。孀糯鸥杏Υ衅魍帷⑷浦嵯呦喽杂来盘男硕来盘嵯蚨似矫嬗氪鸥杏Υ衅鞯木嗬虢ケ洌鸥杏Υ衅鞴潭ǜ杏γ婊细惺艿接来盘拇懦∏慷人嬷⑸ケ洌坏被鸥杏Υ衅魍�、绕轴线相对永磁铁作相对旋转运动时，磁感应传感器的电参数(如电阻或输出电压、电流或磁通量)随着变化，依此检测倾斜、垂直度角位移；另外，为了使磁感应角位移传感器在检测微小倾斜、垂直度角位移时的灵敏度得到提高，通过增加固定摆径向上以固定摆轴心垂线为对称轴、轴承为支点、固定摆两端物体的平衡力矩，实现磁感应传感器同轴、绕轴线相对固定摆作相对旋转运动时，固定摆相对传感器之外的静参照物不产生旋转运动。
磁感应传感器是随辐射于固定表面的磁场强度变化而电参数变化的磁敏电阻型传感器，也可以是，电感式磁性传感器，或其它磁性感应传感器，如磁通门磁强计传感器等。
本发明提供了一种典型的检测旋转、倾斜、垂直度角位移的固定摆型磁感应角位移传感器，由转动轴、永磁铁及磁感应传感器组成，磁感应传感器固定于支架上，转动轴、永磁铁等构成固定摆，永磁铁是至少有一轴向端为斜面、厚度均匀、材料密度均匀的、圆筒形或圆柱形永磁铁，永磁铁以圆筒或圆柱的轴心线为轴线与转动轴同轴的安装；固定摆的重心不在转动轴的轴心线上；磁感应传感器处于永磁铁的磁场中；磁感应传感器可相对传感器之外的静参照物产生旋转运动，固定摆不可相对传感器之外的静参照物产生旋转运动；当磁感应传感器相对固定摆作旋转运动时，固定摆相对传感器之外的静参照物不产生旋转运动；随着磁感应传感器同轴、绕轴线相对永磁铁作旋转运动，永磁铁轴向端平面与固定于支架上的磁感应传感器的距离渐变，而永磁铁轴向端平面产生的磁�。诖鸥杏Υ衅鞴潭ǜ杏γ婊系拇懦∏慷人嬷⑸ケ洌淮τ谟来盘懦≈械拇鸥杏Υ衅鞯牡缱杌蚴涑龅缪�、电流或电感量随着变化，由此通过对磁感应传感器电参数的测量，表示测量倾斜、垂直度角位移；同时，同定摆相对传感器之外的静参照物不产生旋转运动，是通过固定摆在自由壮态时，固定摆的径向上，水平轴线之下，以通过转动轴、永磁铁等转动体组成的固定摆的轴心垂线为对称轴，轴承为支点，固定摆上，对称地安装平衡力矩重块，当磁感应传感器相对固定摆作旋转运动时，使固定摆相对传感器之外的静参照物不产生旋转运动。
本发明比现有技术具有如下优点固定摆磁感应角位移传感器结构简单，量程大，线性度好，加工容易，生产成本较低，利于批量制造，并且，在一定程度上克服了在检测微小倾斜、垂直度角位移时，灵敏度低的缺点。
此时，由于永磁铁2的一端为斜面，永磁铁2、连接件5、转动轴6等构成固定摆的重心不在轴心线上，重心产生重力矩，当底座10，固定支架8、9带动磁感应传感器1绕轴线oo相对传感器之外的静参照物作旋转运动时，固定摆相对传感器之外的静参照物不作旋转运动，由此，磁感应传感器1的电参数(电阻或输出电压、电流或磁通量)变化表示检测倾斜、垂直度角位移；但是，由于静摩察力的存在，这时，当底座10，固定支架8、9带动磁感应传感器1绕轴线oo相对传感器之外的静参照物作微小角位移的旋转运动时，固定摆相对传感器之外的静参照物会作旋转运动，因此，不能检测微小角位移。这也就是固定摆角位移传感器的一个缺点。为此，应在磁铁2、连接件5、转动轴6等构成固定摆上加装平衡力矩重块11、12，平衡力矩重块最好为不易磁化材料，如铅，水银等比重较大的材料，11、12如图2所示。当然，平衡力矩重块11、12也可装于图2虚线所示磁铁2以外。
应注意平衡力矩重块11、12是在固定体处于自由壮态时，固定摆径向上，以通过转动轴、永磁铁等转动体组成的固定摆的轴心垂线Y为对称轴，固定摆的水平轴心线X之下，对称轴与两对应体的几何重心点的距离之外，分别对称安装平衡力矩重块11、12，最好平衡力矩重块11、12的比重比磁铁2、连接件5、转动轴6等的平均比重大；如图3所示，P为水平线，水平轴心线X平行于p，此时，固定摆在自由壮态下，通过安装平衡力矩重块11、12，以固定摆的轴心垂线Y为对称轴，两对应体的重心点由几何重心(中心)点、A、B移动到非几何重心(中心)点、C、D，两对应体重心点与对称轴间的距离分别由原来的L1、L2增大为L3、L4，由此，增加固定摆以轴心垂线Y为对称轴，轴承3、4为支点，两对应体重心点的平衡力矩，实现，当底座10，固定支架8、9带动磁感应传感器1绕轴线oo相对传感器之外的静参照物作微小角位移旋转运动时，固定摆相对传感器之外的静参照物不作旋转运动。应该注意平衡重块11、12应在通过固定摆的水平轴心线X之下，以免固定摆发生翻转现象，同时，应尽量不增大固定摆重量，。
由此应当想到，本发明的通过增加固定摆以轴心垂线Y为对称轴，两对应体重心点的平衡力矩(L1、L2×A、B变为L2、L3×C、D)(A、B、C、D为重心点的重量)，由此提高检测微小倾斜、垂直度角位移灵敏度的方法，同样适用于其它固定摆电容、电感、光电、激光型倾斜角位移传感器；如专利89102296.1中
图1所述的“平行平板差动电容型定向倾斜检测角位移传感器”，按照本发明所述的增装平衡力矩重块的方法，增加固定摆以轴心垂线Y为对称轴，两对应体重心点的平衡力矩，由此提高检测微小倾斜、垂直度角位移灵敏度。同样，中国实用新型专利ZL专利号98212895.9名称为“电感式角位移传感器”的角位移传感器，其转动轴(3)、圆环形渐变铁芯(2)等组成的转动体，转动体上加装平衡力矩重块，电感线圈(1)固定于支架上，按照本发明所述的方法，也可以构成检测微小倾斜、垂直度角位移的传感器。
由此可以想到由转动轴等转动体(如带有编码孔的圆板)或固定摆和可与转动体或固定摆产生相对旋转运动的固定部件(如光发射与接收装置)构成的旋转角位移的传感器，通过使转动轴等转动体或固定摆重心不在轴心线上，转动轴等转动体或固定摆相对传感器之外的静参照物不产生旋转运动，固定部件可相对转动轴等转动体或固定摆作相对旋转运动，在自由壮态下，转动轴等转动体或固定摆的径向上，以通过轴心的垂线(垂直于水平面)为对称轴，两对应转动轴等转动体或固定摆的重心点之外，水平轴线之下，加装平衡力矩重块，可构成本发明检测微小倾斜、垂直度角位移的传感器如图4进一步描述了本发明角位移的传感器检测一倾斜物体垂直度或倾斜度时的工作原理，设P为一水平面，MK为垂线，13为被测倾斜物，14为角位移传感器上的基座，15为基座上的角位移的传感器，当基座14放置于被测倾斜物13的一个面上时，可以检测出13的垂直度偏差8，且所检测出的垂直度偏差θ不受传感器15的固定摆轴心线是否水平的影响，也就是说，横轴倾斜检测也有效。
请注意对于本发明所述角位移传感器，只有当固定摆转动轴的轴心线不垂直于水平线时，检测倾斜、垂直度角位移方有效。
同时，应当想到当底座10固定于一支承物上，延长转动轴6，转动轴6与旋转物体同轴联接时，随着旋转物体旋转角度的变化，带动永磁铁2.转动，磁感应传感器1的(电阻或电流、电压、磁通量)电参数随之相应变化，由此，检测旋转体物体的旋转角位移，此时，固定摆的重心对检测旋转体物体的旋转角位移是不重要的。
图5是本发明永磁铁绕转动轴心oo旋转一周时，一小固定面积上被辐射的磁场强度变化示意图，特别应注意的是永磁铁斜面端在永磁铁之外的物体上产生的轴向端磁场变化示意图，为此，要使磁感应传感器与角位移产生相应的线性变化；最好使磁感应传感器感受到如图5所示的磁场变化。应当想到只要轴向端面与转动轴倾斜安装的永磁铁，旋转一周时，也会在某一小固定面积上被辐射的磁场强度变化如图5所示，而构成本发明。B为单位面积上的磁场强度，S为单位面积上的磁通量。
图6是本发明椭圆环形永磁铁结构示意图，椭圆环形永磁铁是端面与oo轴线倾斜、厚度均匀(或两端面平行)、材料密度均匀的圆环体永磁铁，永磁铁与转动轴同轴安装；同时，也应当想到，永磁铁是实心的。该椭圆环形永磁铁对提高线性度有极积的作用。
磁敏电阻型传感器是一电阻随感受到的磁力或磁场大小变化而随之变化的传感器，这种传感器较多，选择范围较大，这里选择一种GMR巨磁电阻传感器，GMR巨磁电阻传感器是一集成电路，它有电压输入、输出端，在输入端加上恒定的直流电压时，输出端的电压会随感受到的磁场(强度)的变化而变化，它具有较小体积，和较好的综合电性能，当然，可选择其它的磁敏电阻型传感器；电感式磁性传感器，是由多组线圈、高导磁芯片的线圈制成的一体化磁性传感器，基本原理是检测磁通变化；本发明的固定摆磁阻型角位移传感器表示测量角位移的变化值是通过电子线路转变为电讯号的，如图7所示，22为稳压电源，23为磁阻传感器，24为电讯号接收电路，25、26为磁阻传感器的输入端，27、28为磁阻传感器的输出端。
本发明的固定摆电感式磁性传感器角位移传感器表示测量角位移的变化值是通过电子线路转变为电讯号的，它可在线圈一端输入稳定交流电压，则随着测量角位移的变化，其磁通量变化，输出电压或电流随之变化。
本发明图1所示的传感器可实现180度位移角的测量，应当想到，使用两个磁感应传感角位移传感器，反向对称的布置，也可测量360度位移角；此时，用两个磁感应传感器表示相同角位移变化量的电讯号绝对值应分别相等，两个磁感应传感器表示角位移变化量的电讯号绝对值之和是检测角位移；如在图1所示的传感器中，对应端加上另一个磁感应传感器7，将永磁铁改为图6所述的椭圆环形永磁体，则可实现360度角的测量。
本发明所述的固定摆磁感应角位移传感器应注意外界磁场的干拢，最好将其置于一磁屏蔽盒内，同时，在传感器内部应避让使用材料的磁干扰。
权利要求
1.磁感应角位移传感器，由磁感应传感器，转动轴、永磁铁等构成，永磁铁安装于转动轴上，磁感应传感器处于永磁铁的磁场中，磁感应传感器可同轴、绕轴线相对永磁铁作相对旋转运动，其特征在于随着转动轴的转动，永磁铁轴向端面与磁感应传感器的距离是渐变的。
2.如权利要求1所述的永磁铁，其特征在于永磁铁轴向端至少有一端为斜面。
3.如权利要求2所述的永磁铁的斜面，其特征在于是一圆环体或圆柱体沿与轴线倾斜剖切成的椭圆形或椭圆环形。
4.如权利要求2、3所述的永磁铁，其特征在于是端面与轴线倾斜、厚度均匀、材料密度均匀的圆环体永磁铁，永磁铁与转动轴同轴安装。
5.一种固定摆倾斜、垂直度角位移传感器，由转动轴等转动体或固定摆、固定部件组成的角位移传感器构成，转动轴等转动体或固定摆重心不在轴心线上，转动轴等转动体或固定摆相对传感器之外的静参照物不产生旋转运动，固定部件可相对转动轴等转动体或固定摆作相对旋转运动，其特征在于转动轴等转动体或固定摆处于自由壮态时，转动轴等转动体或固定摆径向上，以通过转动轴等转动体或固定摆的轴心垂线为对称轴，重心分别在转动轴等转动体或固定摆的水平轴心线之下，对称轴与两对应体的几何重心点的距离之外。
6.如权利要求5所述的转动轴等转动体或固定摆，其特征在于转动轴等转动体或固定摆处于自由壮态时，转动轴等转动体或固定摆径向上，以通过转动轴等转动体或固定摆的轴心垂线为对称轴，在转动轴等转动体或固定摆的水平轴心线之下，对称轴与两对应体的几何重心点的距离之外，装有平衡力矩重块。
7.如权利要求6所述的平衡力矩重块，其特征在于比重大于转动轴等转动体或固定摆的平均比重。
8.一种倾斜、垂直度角位移传感器，由磁敏电阻型传感器，也可以是电感式磁性传感器，转动轴、永磁铁等转动体或固定摆等构成，转动轴、永磁铁等转动体或固定摆重心不在轴心线上，转动轴、永磁铁等转动体或固定摆相对传感器之外的静参照物不产生旋转运动，磁敏电阻型传感器或电感式磁性传感器可相对转动轴等转动体或同定摆作相对旋转运动，其特征在于永磁铁是至少有一端面与轴线倾斜、厚度均匀、材料密度均匀的圆环体或圆柱体永磁铁，斜面形状是椭圆形或椭圆环形，永磁铁与转动轴同轴安装，转动轴、永磁铁等转动体或固定摆处于自由壮态时，转动轴、永磁铁等转动体或固定摆径向上，以通过转动轴、永磁铁等转动体或固定摆的轴心垂线为对称轴，转动轴、永磁铁等转动体或固定摆的水平轴心线之下，对称轴与两对应体几何重心点的距离之外，装有平衡力矩重块。
9.如权利要求8所述的平衡力矩重块，其特征在于比重大于转动轴等转动体或固定摆的平均比重。
全文摘要
本发明提供了一种检测旋转、倾斜及垂直角位移的磁感应角位移传感器，它主要由永磁铁及固定于支架上的磁感应传感器组成，永磁铁是一轴向端面与转动轴倾斜的平面，永磁铁轴向端平面产生磁场，随着磁感应传感器同轴、绕轴线相对永磁铁的旋转运动，永磁铁轴向端平面与磁感应传感器的距离渐变，磁感应传感器固定感应面积上感受到渐变的磁�。纱思觳饨俏灰疲痉⒚魍ü�、永磁铁等转动体或固定摆上，对称地安装平衡力矩重块提高灵敏度。
文档编号G01B7/30GK1417555SQ02150010
公开日2003年5月14日 申请日期2002年11月8日 优先权日2002年11月8日
发明者许建平 申请人:许建平
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
