CN213778897U - 一种高精度直线位移检测装置 - Google Patents

Abstract

一种高精度直线位移检测装置，包括壳体、增量磁栅传感器以及位置输出电路，增量磁栅传感器包括磁头、磁栅尺以及移动组件；磁栅尺安装于移动组件上，磁栅尺沿长度方向上等间距排列N、S磁极，一对N、S磁极构成磁极对；磁头相对于磁栅尺固定安装于壳体上，磁头通过电缆与位置输出电路通信相连；直线位移检测装置还包括磁极对计数器，磁极对计数器通过电缆与位置输出电路通信相连；磁极对计数器包括读数传感器以及信号输出组件，读数传感器与磁头定位连接，信号输出组件相对于磁栅尺并列平行的定位安装于移动组件上，读数传感器与信号输出组件滑动连接。本实用新型通过增量磁栅传感器和磁极对计数器两者组合，能够实现高精度大距离的位置反馈。

Description

一种高精度直线位移检测装置

技术领域

本实用新型涉及测量技术领域，特别涉及一种高精度直线位移检测装置。

背景技术

当前，随着电子技术的发展，工业应用领域对生产过程中精度控制的要求不断提高，使得直线位移传感器得到了快速的发展。增量磁栅式位移传感器以其精度较高、成本低廉、抗污染能力强、对安装要求低等优点，广泛应用于各种需要测量直线位移的场合。

增量磁栅式位移传感器是利用磁栅尺与磁头的磁作用进行测量的位移传感器。其磁栅尺上设有多个磁极对，一般单个磁极对的长度为2mm左右，单个磁极分辨率最高为8192个脉冲，单个脉冲位置精度为0.24um，然而，增量磁栅式位移传感器只能测量单个磁极对栅距内的移动位置，如果要实现0.24um的位置精度，移动位置不能超过一个磁极对的栅距2mm，从而使得传统的增量磁栅式传感器无法实现高精度大距离的位置测量。

因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本实用新型所要研究解决的课题。

发明内容

本实用新型提供一种高精度直线位移检测装置，其目的是解决增量磁栅式传感器无法实现高精度大距离的位置测量的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种高精度直线位移检测装置，包括壳体、增量磁栅传感器以及位置输出电路，所述增量磁栅传感器包括磁头、磁栅尺以及移动组件；所述磁栅尺安装于所述移动组件上，所述磁栅尺沿长度方向上等间距排列N、S磁极，一对N、S磁极构成磁极对，用于提供交替变化的N/S磁场；所述磁头相对于所述磁栅尺固定安装于所述壳体上，所述磁头通过电缆与所述位置输出电路通信相连，所述磁头用于获取当所述移动组件带动所述磁栅尺运动至当前磁头上方时的脉冲信号并将该信号发送至所述位置输出电路，所述位置输出电路根据所述脉冲信号计算所述移动组件在单个磁极对栅距内的位移位置；所述直线位移检测装置还包括磁极对计数器，所述磁极对计数器通过电缆与所述位置输出电路通信相连；

所述磁极对计数器包括读数传感器以及信号输出组件，所述读数传感器与所述磁头定位连接，所述信号输出组件相对于所述磁栅尺并列平行的定位安装于所述移动组件上，所述读数传感器与所述信号输出组件滑动连接，所述磁极对计数器用于获取当所述移动组件带动所述信号输出组件运动至当前读数传感器上方时的磁极对计数信号并将该磁极对计数信号发送至所述位置输出电路，所述位置输出电路根据所述磁极对计数信号以及所述移动组件在单个磁极对栅距内的位移位置计算所述移动组件移动的绝对位置。

本实用新型的有关内容解释如下：

1．上述方案中，所述磁极对计数器包括读数传感器以及信号输出组件，所述磁极对计数器为电位计，所述读数传感器为电位计中的电刷，所述信号输出组件为电位计中的电阻器。所述磁头与电刷定位连接，均为固定设置，所述电阻器相对于所述磁栅尺并列平行的定位安装于所述移动组件上，当移动组件带动磁栅尺移动时，所述电阻器也同样在移动组件的带动下沿同一方向进行同样移动。所述电刷与电阻器滑动连接，电阻器随移动组件移动时，电刷固定设置，电阻器在电刷上滑动，电位计输出的电位计模拟量与电阻的位移成正比。

2．上述方案中，所述磁极对计数器包括读数传感器以及信号输出组件，所述磁极对计数器为编码器，所述读数传感器为编码传感器，所述信号输出组件为编码板。所述磁头与编码传感器定位连接，均为固定设置，所述编码板相对于所述磁栅尺并列平行的定位安装于所述移动组件上，当移动组件带动磁栅尺移动时，所述编码板也同样在移动组件的带动下沿同一方向进行同样移动。所述编码传感器与编码板滑动连接，编码板随移动组件移动时，编码传感器固定设置，编码板在编码传感器上滑动，编码传感器用于获取位于编码传感器上方的编码板上的编码信号。

3．上述方案中，位置输出电路将所述磁极对的数量以及移动组件在单个磁极对栅距内的位移位置输入参数计算模型进行计算获得所述移动组件移动的绝对位置。所述参数计算模型为Q=K*D+S，其中Q为移动组件移动的绝对位置，K为磁极对数量，D的单个磁极对的栅距，S为移动组件在单个磁极对栅距内的位移位置。

4．上述方案中，所述单个磁极对栅距为2mm。

5．上述方案中，所述磁栅尺位于所述磁头的正上方，沿所述磁栅尺的长度方向直线移动。

由于上述方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有以下优点和效果：

本实用新型的直线位移检测装置通过采用增量磁栅传感器和磁极对计数器两者组合，能够实现0.24um的测量精度且能够测量大距离的位置，实现高精度大距离的位置反馈。

附图说明

附图1为本实用新型实施例一的结构示意图；

附图2为本实用新型实施例一的电位计与磁栅尺的结构示意图；

附图3为本实用新型实施例一的电位计模拟量与磁极对的对应关系表；

附图4为本实用新型实施例二的结构示意图；

附图5为本实用新型实施例二的编码器与磁栅尺的结构示意图；

附图6为本实用新型实施例二的编码信号与磁极对的对应关系表。

以上附图中： 1. 磁极对计数器；11.读数传感器；12.信号输出组件；2.位置输出电路；3. 磁头；4. 磁栅尺；5.移动组件；41. 磁极对。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：以下将以图式及详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。

本文的用语只为描述特定实施例，而无意为本案的限制。单数形式如“一”、“这”、“此”、“本”以及“该”，如本文所用，同样也包含复数形式。

关于本文中所使用的“连接”或“定位”，均可指二或多个组件或装置相互直接作实体接触，或是相互间接作实体接触，亦可指二或多个组件或装置相互操作或动作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的用词（terms），除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在本案内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本案的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本案描述上额外的引导。

关于本文中所使用的 “上”、“下”，均为方向性用词，在本案中仅为说明各结构之间位置关系，并非用以限定本案保护方案及实际实施时的具体方向。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

实施例一：

如图1-3所示的一种高精度直线位移检测装置，包括壳体、增量磁栅传感器、位置输出电路2以及磁极对计数器1，所述磁极对计数器1通过电缆与所述位置输出电路2通信相连。本实施例一中，输出电路2为单片机。

所述增量磁栅传感器包括磁头3、磁栅尺4以及移动组件5，所述移动组件5用于带动所述磁栅尺4沿磁栅尺4的长度方向直线移动。所述移动组件5可以是动子，也可以是其他能够传动机构。

如图2所示，所述磁栅尺4安装于所述移动组件5上，所述磁栅尺4沿长度方向上等间距排列N、S磁极，一对N、S磁极构成磁极对41，用于提供交替变化的N/S磁场。

所述磁头3相对于所述磁栅尺4固定安装于所述壳体上，所述磁头3为固定设置，所述磁栅尺4为移动设置。所述磁头3通过电缆与所述位置输出电路2通信相连。

所述磁极对计数器1包括读数传感器11以及信号输出组件12，如图1-2所示，本实施例一中，所述磁极对计数器1为电位计，所述读数传感器11为电位计中的电刷，所述信号输出组件12为电位计中的电阻器。所述磁头3与电刷定位连接，均为固定设置，所述电阻器相对于所述磁栅尺4并列平行的定位安装于所述移动组件5上，当移动组件5带动磁栅尺4移动时，所述电阻器也同样在移动组件5的带动下沿同一方向进行同样移动。所述电刷与电阻器滑动连接，电阻器随移动组件5移动时，电刷固定设置，电阻器在电刷上滑动，电位计输出的电位计模拟量与电阻的位移成正比。

使用时，所述移动组件5带动所述磁栅尺4运动至当前磁头3上方时，所述磁头3获取此时产生的脉冲信号并将该信号发送至所述位置输出电路2，所述位置输出电路2根据所述脉冲信号计算所述移动组件5在单个磁极对41栅距内的位移位置，同时，所述电位计获取此时所述移动组件5带动所述电阻器移动至当前电刷上方时的电位计模拟量（即磁极对计数信号）并将所述电位计模拟量发送至所述位置输出电路2，所述位置输出电路2根据预先存储的电位计模拟量与磁极对41的对应关系表（如图3所示）获取当前的磁极对41的数量；位置输出电路2将所述磁极对41的数量以及移动组件5在单个磁极对41栅距内的位移位置输入参数计算模型进行计算获得所述移动组件5移动的绝对位置。所述参数计算模型为Q=K*D+S，其中Q为移动组件5移动的绝对位置，K为磁极对41数量，D的单个磁极对41的栅距，S为移动组件5在单个磁极对41栅距内的位移位置。本实施例中，所述单个磁极对41栅距为2mm，在其他实施例中，单个磁极对41栅距也可以为4mm、6mm等，本实施例在此不对单个磁极对41栅距作限定。

本实施例一中，所述磁栅尺4位于所述磁头3的正上方，沿所述磁栅尺4的长度方向直线移动。

实施例二：

如图4-6所示的一种高精度直线位移检测装置，包括壳体、增量磁栅传感器、位置输出电路2以及磁极对计数器1，所述磁极对计数器1通过电缆与所述位置输出电路2通信相连。本实施例一中，输出电路2为单片机。

所述增量磁栅传感器包括磁头3、磁栅尺4以及移动组件5，所述移动组件5用于带动所述磁栅尺4沿磁栅尺4的长度方向直线移动。所述移动组件5可以是动子，也可以是其他能够传动机构。

如图2所示，所述磁栅尺4安装于所述移动组件5上，所述磁栅尺4沿长度方向上等间距排列N、S磁极，一对N、S磁极构成磁极对41，用于提供交替变化的N/S磁场。

所述磁头3相对于所述磁栅尺4固定安装于所述壳体上，所述磁头3为固定设置，所述磁栅尺4为移动设置。所述磁头3通过电缆与所述位置输出电路2通信相连。

所述磁极对计数器1包括读数传感器11以及信号输出组件12，如图4-5所示，本实施例二中，所述磁极对计数器1为编码器，所述读数传感器11为编码传感器，所述信号输出组件12为编码板。所述磁头3与编码传感器定位连接，均为固定设置，所述编码板相对于所述磁栅尺4并列平行的定位安装于所述移动组件5上，当移动组件5带动磁栅尺4移动时，所述编码板也同样在移动组件5的带动下沿同一方向进行同样移动。所述编码传感器与编码板滑动连接，编码板随移动组件5移动时，编码传感器固定设置，编码板在编码传感器上滑动，编码传感器用于获取位于编码传感器上方的编码板上的编码信号。

使用时，所述移动组件5带动所述磁栅尺4运动至当前磁头3上方时，所述磁头3获取此时产生的脉冲信号并将该信号发送至所述位置输出电路2，所述位置输出电路2根据所述脉冲信号计算所述移动组件5在单个磁极对41栅距内的位移位置，同时，所述编码器获取此时所述移动组件5带动所述编码板移动至当前编码传感器上方时的编码信号（磁极对计数信号）并将所述编码信号发送至所述位置输出电路2，所述位置输出电路2根据预先存储的编码信号与磁极对41的对应关系表（如图6所示）获取当前的磁极对41的数量；位置输出电路2将所述磁极对41的数量以及移动组件5在单个磁极对41栅距内的位移位置输入参数计算模型进行计算获得所述移动组件5移动的绝对位置。所述参数计算模型为Q=K*D+S，其中Q为移动组件5移动的绝对位置，K为磁极对数量，D的单个磁极对的栅距，S为移动组件5在单个磁极对栅距内的位移位置。本实施例中，所述单个磁极对41栅距为2mm，在其他实施例中，单个磁极对41栅距也可以为4mm、6mm等，本实施例在此不对单个磁极对41栅距作限定。

本实施例二中，所述磁栅尺4位于所述磁头3的正上方，沿所述磁栅尺4的长度方向直线移动。

综上所述，本实用新型与现有技术相比具有以下优点和效果：

本实用新型的直线位移检测装置通过采用增量磁栅传感器和磁极对计数器两者组合，能够实现0.24um的测量精度且能够测量大距离的位置，实现高精度大距离的位置反馈。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高精度直线位移检测装置，包括壳体、增量磁栅传感器以及位置输出电路（2），所述增量磁栅传感器包括磁头（3）、磁栅尺（4）以及移动组件（5）；所述磁栅尺（4）安装于所述移动组件（5）上，所述磁栅尺（4）沿长度方向上等间距排列N、S磁极，一对N、S磁极构成磁极对（41），用于提供交替变化的N/S磁场；所述磁头（3）相对于所述磁栅尺（4）固定安装于所述壳体上，所述磁头（3）通过电缆与所述位置输出电路（2）通信相连，所述磁头（3）用于获取当所述移动组件（5）带动所述磁栅尺（4）运动至当前磁头（3）上方时的脉冲信号并将该信号发送至所述位置输出电路（2），所述位置输出电路（2）根据所述脉冲信号计算所述移动组件（5）在单个磁极对（41）栅距内的位移位置；其特征在于：所述直线位移检测装置还包括磁极对计数器（1），所述磁极对计数器（1）通过电缆与所述位置输出电路（2）通信相连；

所述磁极对计数器（1）包括读数传感器（11）以及信号输出组件（12），所述读数传感器（11）与所述磁头（3）定位连接，所述信号输出组件（12）相对于所述磁栅尺（4）并列平行的定位安装于所述移动组件（5）上，所述读数传感器（11）与所述信号输出组件（12）滑动连接，所述磁极对计数器（1）用于获取当所述移动组件（5）带动所述信号输出组件（12）运动至当前读数传感器（11）上方时的磁极对计数信号并将该磁极对计数信号发送至所述位置输出电路（2），所述位置输出电路（2）根据所述磁极对计数信号以及所述移动组件（5）在单个磁极对（41）栅距内的位移位置计算所述移动组件（5）移动的绝对位置。

2.根据权利要求1所述的高精度直线位移检测装置，其特征在于：所述磁极对计数器（1）为电位计，所述读数传感器（11）为电刷，所述信号输出组件（12）为电阻器。

3.根据权利要求1所述的高精度直线位移检测装置，其特征在于：所述磁极对计数器（1）为编码器，所述读数传感器（11）为编码传感器，所述信号输出组件（12）为编码板。

4.根据权利要求1-3任一所述的高精度直线位移检测装置，其特征在于：所述单个磁极对（41）栅距为2mm。

5.根据权利要求1-3任一所述的高精度直线位移检测装置，其特征在于：所述磁栅尺（4）位于所述磁头（3）的正上方，沿所述磁栅尺（4）的长度方向直线移动。

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