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专利名称：非接触数字磁条、光栅条读出式位移传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于光机电一体化数字式测试仪器领域，具体涉及一种位移传感器。
背景技术：
位移传感器应用范围广，传统的位移传感器常采用变阻式或电感原理。如图1所示，变阻式位移传感器是采用滑线式变阻器作为基本元器件，滑块在所测非电量(线位移)的作用改变位置，引起变阻器的电阻变化，使测量电路中的电流随之改变，待测位移量转变成电量。滑块滑动触点使测量电路的电阻不断变化，对应于待测的滑块位移。同时由于触点磨损及灰尘等均可导到其接触电阻改变，从而降低测量精度。
电感式传感器是根据电磁效应的原理工作的，一种典型的螺旋管差动变压器式传感器，原理图见图2、图3。
铁芯B处于中间位置时，e2a＝e2b，输出电压U出＝e2a-e2b＝0，当B上移，e2a增加，e2b减少，B下移，e2a减少，e2b增加，输出为U出＝e2a-e2h。与前述情况相反，输出电压反向，传统位移传感器的缺点是小位移测量时分辨度不高，测量精度与测量范围矛盾不易解决，同时对电源稳定精度要求高，受结构限制大，而且易受环境及电磁场干扰，模拟量的数字化转换存在误差。

发明内容
本发明的目的在于提供一种测量精度高的非接触数字磁条、光栅条读出式位移传感器。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是非接触数字磁条、光栅条读出式位移传感器，其特征是磁条或光栅条上写有长度数据，长度数据沿直线方向布置成长度数据通道，长度数据读取元器件固定在位移杆上，位移时长度数据读取元器件沿长度数据通道位移，读出预写入的长度数据即对应于位移量。
磁条、光栅条作为现代信息记录的载体在很多领域得到广泛应用。本发明将这一信息载体预录入一种规定的、基准的测量数据(数字)信号，通过这些信号的读取元器件与工程领域的零部件同步运动的过程中读取数据(数字)信号，从而实现零部件运动量的测量。
该传感器实现了非接触、读出式测量。解决了传统位移传感器精度与测量范围无法协调的矛盾。结构简单，由于长度数据信号制做技术可达微米级，因此数据量很大，与常规传感器相比可提高几个数量级，即测量精度很高。采用光栅条时不受环境电磁场等物理环境的干扰，也不对环境产生新的污染源。是一种信息传递快，无须模拟量转换，有实时测量监控的效果，基本上无滞后反映的数字化测量方法。
线性位移是最基本的运动形式，在工程领域位移量的测量和监控是基础测量和控制，随着高科技的发展对位移测量控制的要求更高。本发明可以广泛应用于交通运输(飞机、船舶、车辆、航天技术)、石化、加工机械、工程机械、农业机械、地理勘探、军事和科学研究等需要测量控制位移的领域。


图1是变阻式位移传感器原理2是螺旋管差动变压器式传感器结构示意3是螺旋管差动变压器式传感器原理4是本发明实施例1结构示意5是本发明实施例1侧视结构示意6是本发明实施例2结构示意7是本发明实施例2侧视结构示意8是本发明实施例3结构示意9是本发明实施例3侧视结构示意10是本发明实施例4结构示意11是本发明实施例4侧视结构示意中1-磁条、2-长度数据磁通道、3-磁头、4-位移杆、5-光栅条、6-长度数据光栅通道、7-激光发射器、8-激光接受器、9-光反射板、10-反射板、11-连接杆。
具体实施例方式
非接触数字磁条、光栅条读出式位移传感器，磁条或光栅条上写有长度数据，长度数据沿直线方向布置成长度数据通道，长度数据读取元器件固定在位移杆上，位移时长度数据读取元器件沿长度数据通道位移，读出预写入的长度数据即对应于位移量。
本发明的工作原理长度数据通道当采用磁条时，长度数据为磁记录信号，磁记录信号沿长度分布，形成长度数据通道。当采用光栅条时，长度数据为二进制数或调制波长或条形码，沿长度等距分布形成长度数据通道。每一数据代表一定的位移。由于长度数据信号制做技术可达微米级，因此数据量很大，与常规传感器相比可提高几个数量级，即测量精度很高。
长度数据的写入磁条时，数据写入为磁录入的方法。光条时利用现有的准分子激光器写入光条。
长度数据的读出磁条时，采用磁头读取。光栅条时，由激光发射器，接受器或光纤或条形码读取设备(对应长度数据为条形码时)。
实施例1如图4、图5所示，非接触数字磁条(磁头)读出式位移传感器。磁条1上写有长度数据，长度数据数字的写入为数据磁记录信号，长度数据沿直线方向布置成长度数据通道，长度数据通道为长度数据磁通道2，长度数据读取元器件为磁头3，磁头3由连接杆11固定在位移杆4上，位移时长度数据读取元器件磁头3沿长度数据磁通道2位移，读出预写入的长度数据即对应于位移量。
工作原理为在磁条1上预写入长度数据磁通道2，磁头3固定在位移杆或滑杆4上，位移杆的线性位移即为待测位移。位移发生时，磁头随被测零部件同步运动的随之移动，在移动时同步读出磁条上预写入的数字数据，即位移量，从而实现非接触数字读出式位移测量，可以采用磁条固定或磁头固定的不同形式，从而得到二种结构形式的传感器，但基本工作原理是相同的。
由于磁条预写入的数字数据精度高，磁头的读出精度也很高，所以传感器的测量精度很高。理论上磁条可以制做得很长，与滑变电阻和电感式相比较，该传感器不存在小位移测量精度与大位移测量范围的矛盾。理论上无论多大的位移，测量精度仅取决于预写入的的数字数据的精度和磁头的分辨精度。直接读出数字数值，不存在模拟电量转换带来的误差和滞后现象。
实施例2如图6、图7所示，非接触数字透射式光栅(激光发射器、接受器)读出式位移传感器。光栅条5上写有长度数据，长度数据数字的写入为二进制数，长度数据沿直线方向布置成长度数据通道，长度数据通道为长度数据光栅通道6，长度数据读取元器件为激光发射器7和激光接受器8，激光发射器7和激光接受器8由连接杆11固定在位移杆4上，激光发射器7和激光接受器8分别位于光栅条5的两侧，位移时长度数据读取元器件激光发射器7和激光接受器8沿长度数据光栅通道6位移，读出预写入的长度数据即对应于位移量。
工作原理为在光栅条5上写入长度数据光栅通道6，激光发射器7和激光接受器8随位移杆(滑块)移动(随被测零部件同步运动)，直接读出预写入光栅条上的数字讯号，从而实现非接触读出式位移测量。根据光栅条或激光发射、接受器安装的不同，可实现激光发射接受器随位移杆(滑块)运动或光栅条随位移杆(滑块)运动二种不同的结构形式。
实施例3如图8、图9所示，非接触反射式光栅(激光发射器、接受器)读出式位移传感器。光栅条5上写有长度数据，长度数据沿直线方向布置成长度数据通道，长度数据通道为长度数据光栅通道6，长度数据读取元器件为激光发射器7和激光接受器8，激光发射器7和激光接受器8由连接杆11固定在位移杆4上，激光发射器7和激光接受器8分别位于光栅条5的同侧，位移时长度数据读取元器件激光发射器7和激光接受器8沿长度数据光栅通道6位移，与激光发射器7和激光接受器8相对的光栅条5的另一侧设有光反射板9，读出预写入的长度数据即对应于位移量。
在工程塑料等透光性好的材料制成的条尺状体上预刻录有调制波长，形成预录入数据通道，长度尺寸根据测量要求系列化。位移杆上固定激光发射、接受器，光栅条上还附有光反射板9，激光发射器7发出的光波通过反射板由激光接受器8接受。当激光发射器7随位移杆移动(随被测零部件同步运动)时，即测得位移值。同前述，根据激光发射器与位移杆(滑块)之间的布置形式的不同可组合成二种结构形式的传感器。
实施例4如图10、图11所示，非接触透射反射式光栅(激光发射器、激光接受器)读出式位移传感器。光栅条5上写有长度数据，长度数据沿直线方向布置成长度数据通道，长度数据通道为长度数据光栅通道6，长度数据读取元器件为激光发射器7和激光接受器8，激光发射器7和激光接受器8由连接杆11固定在位移杆4上，激光发射器7位于光栅条5的侧边，光栅条5内与激光发射器7相应位置设有反射板10，反射板10成45度朝向激光发射器7和长度数据光栅通道6，激光接受器8位于光栅条5的长度数据光栅通道6上端，位移时长度数据读取元器件激光接受器8沿长度数据光栅通道6位移，读出预写入的长度数据即对应于位移量。
在光栅条5上预写入位移数据，光栅条5内还制有反射板10，激光发射器7的激光通过反射，透射后由激光接受器8接受，激光发射器和接受器随位移杆(滑块)同步位移(随被测零部件同步运动)时读取光栅数据，完成位移的测量。同理根据激光发射器和接受器与位移杆(滑块)的联接形式，可组合成二种结构形式的传感器。
实施例5与实施例2或实施例3或实施例4基本相同，不同之处仅在于长度数据读取元器件激光发射器7和激光接受器8由光纤代替。
实施例6当采用光栅条时，光栅条上写有长度数据，长度数据为条形码，长度数据沿直线方向布置成长度数据通道，长度数据读取元器件为条形码读取设备，条形码读取设备位于条形码的一侧，长度数据读取元器件固定在位移杆上，位移时长度数据读取元器件沿长度数据通道位移，读出预写入的长度数据即对应于位移量。
权利要求
1.非接触数字磁条、光栅条读出式位移传感器，其特征是磁条或光栅条上写有长度数据，长度数据沿直线方向布置成长度数据通道，长度数据读取元器件固定在位移杆上，位移时长度数据读取元器件沿长度数据通道位移，读出预写入的长度数据即对应于位移量。
2.根据权利要求1所述的非接触数字磁条、光栅条读出式位移传感器，其特征是所述的磁条(1)上写有长度数据，长度数据沿直线方向布置成长度数据通道，长度数据通道为长度数据磁通道(2)，长度数据读取元器件为磁头(3)，磁头(3)由连接杆(11)固定在位移杆(4)上，位移时长度数据读取元器件磁头(3)沿长度数据磁通道(2)位移，读出预写入的长度数据即对应于位移量。
3.根据权利要求1所述的非接触数字磁条、光栅条读出式位移传感器，其特征是所述的光栅条(5)上写有长度数据，长度数据沿直线方向布置成长度数据通道，长度数据通道为长度数据光栅通道(6)，长度数据读取元器件为激光发射器(7)和激光接受器(8)，激光发射器(7)和激光接受器(8)由连接杆(11)固定在位移杆(4)上，激光发射器(7)和激光接受器(8)分别位于光栅条(5)的两侧，位移时长度数据读取元器件激光发射器(7)和激光接受器(8)沿长度数据光栅通道(6)位移，读出预写入的长度数据即对应于位移量。
4.根据权利要求1所述的非接触数字磁条、光栅条读出式位移传感器，其特征是所述的光栅条(5)上写有长度数据，长度数据沿直线方向布置成长度数据通道，长度数据通道为长度数据光栅通道(6)，长度数据读取元器件为激光发射器(7)和激光接受器(8)，激光发射器(7)和激光接受器(8)由连接杆(11)固定在位移杆(4)上，激光发射器(7)和激光接受器(8)分别位于光栅条(5)的同侧，位移时长度数据读取元器件激光发射器(7)和激光接受器(8)沿长度数据光栅通道(6)位移，与激光发射器(7)和激光接受器(8)相对的光栅条(5)的另一侧设有光反射板(9)，读出预写入的长度数据即对应于位移量。
5.根据权利要求1所述的非接触数字磁条、光栅条读出式位移传感器，其特征是所述的光栅条(5)上写有长度数据，长度数据沿直线方向布置成长度数据通道，长度数据通道为长度数据光栅通道(6)，长度数据读取元器件为激光发射器(7)和激光接受器(8)，激光发射器(7)和激光接受器(8)由连接杆(11)固定在位移杆(4)上，激光发射器(7)位于光栅条(5)的侧边，光栅条(5)内与激光发射器(7)相应位置设有反射板(10)，反射板(10)成45度朝向激光发射器(7)和长度数据光栅通道(6)，激光接受器(8)位于光栅条(5)的长度数据光栅通道(6)上端，位移时长度数据读取元器件激光接受器(8)沿长度数据光栅通道(6)位移，读出预写入的长度数据即对应于位移量。
6.根据权利要求3或4或5所述的非接触数字磁条、光栅条读出式位移传感器，其特征是所述的长度数据的数据为二进制数或调制波长或条形码。
7.根据权利要求3或4或5所述的非接触数字磁条、光栅条读出式位移传感器，其特征是长度读取元器件激光发射器(7)和激光接受器(8)可由光纤代替。
8.根据权利要求1所述的非接触数字磁条、光栅条读出式位移传感器，其特征是当采用光栅条时，长度数据的数据为条形码时，长度读取元器件为条形码读取设备，条形码读取设备位于条形码的一侧。
全文摘要
本发明涉及一种位移传感器。非接触数字磁条、光栅条读出式位移传感器，其特征是磁条或光栅条上写有长度数据，长度数据沿直线方向布置成长度数据通道，长度数据读取元器件固定在位移杆上，位移时长度数据读取元器件沿长度数据通道位移，读出预写入的长度数据即对应于位移量。本发明结构简单，测量精度高，采用光栅条时不受环境电磁场等物理环境的干扰，也不对环境产生新的污染源。
文档编号G01D5/12GK1558183SQ20041001272
公开日2004年12月29日 申请日期2004年2月13日 优先权日2004年2月13日
发明者何力生, 陈三昧, 金力人, 何子燚, 金德先 申请人:武汉理工大学