CN104776789A - 非接触式两自由度位置传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种非接触式两自由度位置传感器，包括壳体及安装于壳体内的运动组件和感测单元，运动组件为具有升降运动和旋转运动的两自由度运动部件，感测单元布置于运动组件的下方用来感测运动组件升降运动的位置信号和旋转运动的角度信号。本发明实现了非接触式的纵向位移量和周向旋转角度的两自由度位置检测，大大提高了检测精度、增强了环境适应性和抗干扰能力。

Description

非接触式两自由度位置传感器

技术领域

本发明涉及位置传感器领域，尤其涉及一种非接触式两自由度位置传感器。

背景技术

随着工业信息化的蓬勃发展，传感器作为核心基础部件，受到了越来越广泛的关注。随着机电伺服控制技术的不断推进，对其中的传感反馈信号的各项指标有了更高要求，迫切需要测量精度高、环境适应能力强的位置传感器。

现有技术中的编码器、光栅、压电式传感器、电容式传感器等都具有位置检测能力，但由于信号调理技术的限制，往往存在以下不足：

1、只能进行单个自由度的检测；

2、物体选择性较差，需要设计独特的工装，只能通过接触式测量；

3、抗噪声抗干扰的能力较弱且精度不高；

4、成本较高且环境适应性差，无法在油污、沙尘等恶劣条件下正常使用；

上述不足大大制约了现有技术的位置传感器的应用范围。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术存在的问题，提供一种检测精度高、环境适应性好、抗干扰能力强、可实现非接触式的纵向位移量和周向旋转角度的两自由度位置检测的非接触式两自由度位置传感器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种非接触式两自由度位置传感器，包括壳体及安装于壳体内的运动组件和感测单元，所述运动组件为具有升降运动和旋转运动的两自由度运动部件，所述感测单元布置于运动组件的下方用来感测所述运动组件升降运动的位置信号和旋转运动的角度信号。

作为本发明的进一步改进，所述运动组件包括运动本体和一个以上的感应导体，所述感应导体布置于运动本体上朝向感测单元的一端上。

作为本发明的进一步改进，所述感应导体为一个、且直接嵌在运动本体的下方。

作为本发明的进一步改进，所述感测单元包括感测板以及位于感测板上的三个激磁线圈，其中一个激磁线圈位于感测板中部以用来通过感应导体与激磁线圈之间的距离判断来进行升降运动的位置信号测量；其余两个激磁线圈呈对称状布置在感测板上的两侧，用来在感应导体旋转时进行差动式的角位移测量。

作为本发明的进一步改进，所述感测板为PCB板，所述激磁线圈分多层设置于PCB板上。

作为本发明的进一步改进，所述壳体上设置有运动腔体，所述运动组件位于运动腔体内，所述运动腔体的上下端分别设有升降限位部。

作为本发明的进一步改进，所述运动组件的上方设有运动调节部件。

作为本发明的进一步改进，在壳体内的底部还做了封胶处理以提高装置的防水性能。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的非接触式两自由度位置传感器，通过在壳体内设置可旋转/竖向移动的运动组件和感测单元，从而实现了非接触式的纵向位移量和周向旋转角度的两自由度位置检测，大大提高了检测精度、增强了环境适应性和抗干扰能力。

附图说明

图1是本发明的非接触式两自由度位置传感器在实施例中的结构原理示意图。

图2是本发明的非接触式两自由度位置传感器在实施例中的感应导体和感测板配合的原理示意图。

图例说明：

1、壳体；2、运动组件；21、运动本体；22、感应导体；23、运动调节部件；3、感测单元；31、感测板；4、运动腔体；41、升降限位部。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明提供一种非接触式两自由度位置传感器，包括壳体1及安装于壳体1内的运动组件2和感测单元3，所述运动组件2为具有升降运动和旋转运动的两自由度运动部件，所述感测单元3布置于运动组件2的下方用来感测所述运动组件2升降运动的位置信号和旋转运动的角度信号。

在本实施例中，所述运动组件2包括运动本体21和一个以上的感应导体22，所述感应导体22布置于运动本体21上朝向感测单元3的一端上。

在本实施例中，所述感应导体22为一个、且直接嵌在运动本体21的下方。这种嵌入式的设计不但最大限度地减小了安装空间，并且更便于零位的对准。

在本实施例中，所述感测单元3包括感测板31以及位于感测板31上的三个激磁线圈，其中一个激磁线圈位于感测板31中部以用来通过感应导体22与激磁线圈之间的距离判断来进行升降运动的位置信号测量；其余两个激磁线圈呈对称状布置在感测板31上的两侧，用来在感应导体22旋转时进行差动式的角位移测量。在本实施例中，位于感测板31上两侧的两个激磁线圈为异形线圈，当感应导体22旋转时，两个异形线圈同时起作用，与感应导体22的耦合面积变化方向相反，从而实现差动式的角度位移测量，有效提高了测量精度。

本实施例中，运动组件2基于回转轴系设计原理，壳体1为运动组件2和感测板31提供支承，同时也为运动组件2提供旋转和竖向移动的运动空间；利用电磁感应及电涡流效应原理感应激磁线圈的电感及阻抗变化，实现对低行程的精密竖向位移和有限转角的角度位移两自由度的非接触式位置测量。

工作时，运动组件2进行旋转或者竖向移动，使感应导体22和感测板31之间的耦合面积或间距发生变化，从而改变整体的磁场，引起电感参量的变化，这些变化的信号通过控制电路采集后，在嵌入式系统中完成采集处理，最终检测出感应导体22的位置变化量。

在本实施例中，所述感测板31为PCB板，所述激磁线圈分多层设置于PCB板上。区别于传统的电涡流式传感器，本发明的激磁线圈采用PCB工艺在1mm电路板上布了四层，整个装置小巧简洁。

在本实施例中，所述壳体1上设置有运动腔体4，所述运动组件2位于运动腔体4内，所述运动腔体4的上下端分别设有升降限位部41。在本实施例中，升降限位部41为运动腔体4内下方的限位凸台和上方的限位端盖，限位端盖不仅为运动组件2提供支承，而且还对其纵向移动起到限位的作用。

在本实施例中，所述运动组件2的上方设有运动调节部件23。在本实施例中运动调节部件23为与运动组件2连接的螺栓。

在本实施例中，在壳体1内的底部还做了封胶处理以提高装置的防水性能。

    在本实施例中，由于感测单元3需要焊出6根导线与控制电路相连，为了容置导线考虑，在所述壳体1内的底部还设置密封结构的线路孔，感测单元3通过穿过所述线路孔的导线（图中未示出）与所述控制电路电连接。

在本实施例中，所述感应导体22采用TI公司的型号为LDC1000的电感数字转换芯片，其作用是实现变参量线圈信号的实现和采集。该芯片能实现5KHz到5MHz的测试频率，有很高的测试精度。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种非接触式两自由度位置传感器，其特征在于，包括壳体（1）及安装于壳体（1）内的运动组件（2）和感测单元（3），所述运动组件（2）为具有升降运动和旋转运动的两自由度运动部件，所述感测单元（3）布置于运动组件（2）的下方用来感测所述运动组件（2）升降运动的位置信号和旋转运动的角度信号。

2.如权利要求1所述的非接触式两自由度位置传感器，其特征在于，所述运动组件（2）包括运动本体（21）和一个以上的感应导体（22），所述感应导体（22）布置于运动本体（21）上朝向感测单元（3）的一端上。

3.如权利要求2所述的非接触式两自由度位置传感器，其特征在于，所述感应导体（22）为一个、且直接嵌在运动本体（21）的下方。

4.如权利要求2所述的非接触式两自由度位置传感器，其特征在于，所述感测单元（3）包括感测板（31）以及位于感测板（31）上的三个激磁线圈，其中一个激磁线圈位于感测板（31）中部以用来通过感应导体（22）与激磁线圈之间的距离判断来进行升降运动的位置信号测量；其余两个激磁线圈呈对称状布置在感测板（31）上的两侧，用来在感应导体（22）旋转时进行差动式的角位移测量。

5.如权利要求4所述的非接触式两自由度位置传感器，其特征在于，所述感测板（31）为PCB板，所述激磁线圈分多层设置于PCB板上。

6.如权利要求1～3任意一项所述的非接触式两自由度位置传感器，其特征在于，所述壳体（1）上设置有运动腔体（4），所述运动组件（2）位于运动腔体（4）内，所述运动腔体（4）的上下端分别设有升降限位部（41）。

7.如权利要求1～3任意一项所述的非接触式两自由度位置传感器，其特征在于，所述运动组件（2）的上方设有运动调节部件（23）。

8.如权利要求1～3任意一项所述的非接触式两自由度位置传感器，其特征在于，在壳体（1）内的底部还做了封胶处理以提高装置的防水性能。