專利名稱：與陶瓷活塞桿結合使用的絕對型行程檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種絕對型行程檢測技術，特別是一種與陶瓷活塞桿結合 使用的絕對型行程檢測裝置。
背景技術：
液壓啟閉機的工作環(huán)境復雜多變，因此對其活塞桿的防腐蝕、耐磨性能要 求很高，故必須對其表面進行必要的防腐和耐磨等處理，以保證性能。傳統(tǒng)工 藝是在活塞桿表面電鍍鉻，而電鍍鉻中的六價鉻離子被證明是一種致癌物質。 并且經(jīng)過實踐證明，經(jīng)電鍍的活塞桿在投入運行多年后，也難免出現(xiàn)銹蝕的現(xiàn) 象，因此，電鍍鉻并非一種能從根本上解決活塞桿防腐的方法。而在活塞桿表 面噴涂陶瓷，不僅能有機地把金屬材料的強韌性、易加工性等和陶瓷材料的耐 高溫、耐磨和耐腐蝕等特性結合起來，提高活塞桿表面的耐腐蝕性、耐磨性等 優(yōu)點，并且無有害物質的產(chǎn)生而更有利于環(huán)保。
液壓缸原來所采用的內置式行程檢測裝置有兩種， 一種為磁致式線性位移
傳感器，其檢測長度最長不超過6000mm，而且當液壓缸的布置形式為傾斜或水 平時，傳感器就會產(chǎn)生一定的自由撓度，從而直接影響到行程檢測的精度；另 外它必須且只能安裝于液壓缸上蓋頂部，活塞桿中間也必須要留有用于安裝線 性位移傳感器的長孔。鑒于以上因素，這種磁致式線性位移傳感器的應用范圍 也較為有限。另外一種是鋼絲繩內置式行程檢測裝置，即將旋轉編碼器與恒力 彈簧機構組合成一種能安裝于液壓缸上蓋頂部的裝置，帶動編碼器旋轉的鋼絲 繩通過連接螺釘與活塞桿頭部連接，隨活塞桿的伸出與縮回而帶動編碼器旋 轉，從而檢測出油缸的行程。上述兩種內置式行程檢測裝置不僅外形較大，必須在有充裕的空間方能使用，而且安裝過程較為麻煩，特別是在檢修時，需將 液壓缸上蓋打開，整個過程費力費時。
陶瓷活塞桿用增量型內置式行程檢測裝置是在活塞桿基體上加工溝槽，采 用產(chǎn)生序列脈沖信號的傳感器對活塞桿進行行程檢測，這是一種與陶瓷活塞桿 結合使用的內置式行程檢測裝置，其具體方法是先在活塞桿表面加工等距離、 具有一定深度的溝槽，然后在其表面噴涂陶瓷材料，其原理是由于活塞桿基 體是45#鋼或合金鋼，它具有導磁性，而表面噴涂的陶瓷材料是非金屬材料， 無導磁性，當傳感器通過高低不一的溝槽時，產(chǎn)生的氣隙就有大小，氣隙的大 小就造成磁阻的大小，磁阻的大小就造成磁場的強弱，傳感器通過檢測出磁場 的強弱并轉換成電流的強弱，輸出脈沖信號，傳感器就可以檢測出活塞桿基體 上溝槽的間距，而活塞桿基體上的溝槽是等距離的，這樣就可以轉換成活塞桿 的行程。這種內置式行程檢測裝置集成于陶瓷活塞桿上，直接檢測出活塞桿的 位移，不需轉換，故也不存在累積誤差，所以其檢測不受行程限制，任意行程 均可檢測，而且其檢測精度可達到lmm;另外由于其結構緊湊、體積小，只需 直接安裝于液壓缸的下端蓋上，在液壓缸外部不需另外的裝置，因此其檢修非 常方便。增量型內置式行程檢測裝置的缺點在于如果系統(tǒng)斷電狀態(tài)下活塞桿滑 落，其滑落的行程將被忽略。
公開號為CN 1201118A的一種用于行程傳感缸的絕對位置檢測方法，是基 于固定間隔的增量式脈沖的變化來得到實際行程，不存在任何編碼的概念，在 基于等距凹槽的基礎上，在固定間隔下增加不同間距的校正凹槽來標校當前位 置的絕對位置，達到消除累計誤差的目的。因為采用的原理還是兩路相位差為 90度的信號來測量移動位移和移動方向，因此這項技術無法檢出系統(tǒng)掉電至再 上電期間產(chǎn)生的位移。

實用新型內容
為了克服增量型內置式行程檢測裝置在系統(tǒng)斷電狀態(tài)下活塞桿滑落，其滑 落的行程將被忽略的不足，本實用新型將編碼編制識別技術與現(xiàn)代制造技術結 合，在陶瓷活塞桿制造技術下，構造直線式位置編碼，通過陣列式傳感器識別 編碼，得到傳感器在陶瓷桿上精確的位置信息，從根本上拋棄了基于脈沖計數(shù) 的檢測方法。它將具備陶瓷活塞桿用增量型內置式行程檢測裝置的所有優(yōu)點， 同時又規(guī)避了陶瓷活塞桿用增量型內置式行程檢測裝置的缺點。首先是編碼的 構造作為編碼，最常用的絕對型編碼是環(huán)形編碼，在一個圓周內以固定間距 構造不同的碼道，絕對編碼器光碼盤上有許多道由里至外的刻線碼道，每道刻
線依次以2線、4線、8線、16線這樣編排，這樣，在編碼器的每一個位置， 通過n個光眼讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-l次方 變化的唯一的2進制編碼即格雷碼，這就稱為n位絕對編碼器。但是卻無法簡 單的將環(huán)形編碼展平變成可以用于直桿上的直線編碼。
本實用新型所采用的技術方案為 一種與陶瓷活塞桿結合使用的絕對型 行程檢測裝置，包括活塞桿上的具有區(qū)標記和區(qū)號標記的檢測段和讀取區(qū)標記 和區(qū)號標記的傳感器，活塞桿上的檢測段包括導磁性基體和覆蓋基體表面的陶 瓷材料，區(qū)標記和區(qū)號標記由設置在活塞桿檢測段上有規(guī)律的溝槽和凸環(huán)構 成，溝槽和凸環(huán)的寬度一致，傳感器為主動磁性探測式，傳感器緊貼活塞桿表 面或者保持小距離間隔，為主動磁性探測式。
因為是主動磁性探測，傳感器單元之間的距離受到了限制，不可能非常 接近，也就是無法在一條直線上實現(xiàn)小間隔的傳感器排布。為解決這個問題， 設計一種等距、大間隔的多聯(lián)裝陣列式傳感器。所述的傳感器包括多個多聯(lián)裝 傳感器、傳感器固定環(huán)和傳感器組基座，多聯(lián)裝傳感器內排列有數(shù)個傳感器單元，多聯(lián)裝傳感器通過傳感器固定環(huán)固定在傳感器組基座上，相鄰的多聯(lián)裝傳 感器在豎直方向彼此之間錯開，傳感器組基座與活塞桿的弧度相同。
進一步地，傳感器外安裝有殼體，殼體固定在活塞桿油缸的端面處，設 置在殼體和傳感器之間的壓緊彈簧將傳感器壓緊在活塞桿上。
本實用新型的有益效果是這種絕對型行程檢測技術保證了活塞桿在掉電 期間的滑動對位置的讀取不會造成影響，不存在累計誤差，數(shù)字化檢測，數(shù)字 量傳遞，系統(tǒng)高容差設計，因為利用了彈簧的大范圍有效形變力，使傳感器單
元緊貼在陶瓷活塞桿上，對于機械加工和裝配誤差的要求降到了 mm級水平，
同時在系統(tǒng)運行中，保證傳感器陣列與活塞桿相對位置穩(wěn)定。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是本實用新型的傳感器在陶瓷活塞桿上的安裝示意圖。
圖2是本實用新型的傳感器正視時的結構示意圖。
圖3是本實用新型的傳感器俯視時的結構示意圖。
圖4是本實用新型的陶瓷活塞桿上的檢測段的結構示意圖。
圖5是本實用新型的傳感器的平面展開圖。
圖中l(wèi).活塞桿，ll.一區(qū)，12.二區(qū)，13.三區(qū)，2.傳感器，21.多聯(lián)裝傳 感器，22.傳感器固定環(huán)，23.傳感器組基座，24.傳感器單元，3.區(qū)標記，4. 區(qū)號標記，5.殼體，6.壓緊彈簧，7.凸齒。
具體實施方式

如圖1、 2、 3和4所示的一種與陶瓷活塞桿結合使用的絕對型行程檢測裝 置，包括活塞桿1上的檢測段和讀取檢測段上的編碼信息的傳感器2。檢測段 沿軸線方向劃分為多個連續(xù)的區(qū)段，在每個區(qū)段內都設置一組標記，這組標記可以由傳感器2識別并且轉換成一組唯一的編碼，這組標記包括區(qū)標記3和區(qū) 號標記4，區(qū)標記3及其相應的那組區(qū)號標記4可以由傳感器2識別并且轉換 成區(qū)編碼和一組代表當前區(qū)標記4所處區(qū)段的唯一的區(qū)號編碼，相鄰的區(qū)號標 記4通過區(qū)標記3隔開，每個區(qū)段的區(qū)標記3為統(tǒng)一規(guī)格的并且等距設置的。 活塞桿1上的檢測段由導磁性基體和基體表面的陶瓷材料構成，區(qū)標記3和區(qū) 號標記4由設置在活塞桿檢測段上的溝槽和凸環(huán)構成。傳感器2為主動磁性探 測式?；钊麠U基體是45#鋼或合金鋼，它具有導磁性，而表面噴涂的陶瓷材料 是非金屬材料，無導磁性，當傳感器2通過溝槽和凸環(huán)時，產(chǎn)生的氣隙就有大 小，氣隙的大小就造成磁阻的大小，磁阻的大小就造成磁場的強弱，傳感器2 通過檢測出磁場的強弱轉換成相應的編碼信號。
如圖2和3所示，主動磁性探測的傳感器2包括多個多聯(lián)裝傳感器21、 傳感器固定環(huán)22和傳感器組基座23，多聯(lián)裝傳感器21內排列有數(shù)個傳感器單 元24，多聯(lián)裝傳感器21通過傳感器固定環(huán)22固定在傳感器組基座23上，如 圖5所示，相鄰的多聯(lián)裝傳感器21在豎直方向彼此之間錯開。傳感器組基座 23與活塞桿1的弧度相同。如圖1所示，傳感器2外安裝有殼體5，殼體5固 定在活塞桿油缸的端面處，設置在殼體5和傳感器2之間的壓緊彈簧6將傳感 器2壓緊在活塞桿1上。
以八個六聯(lián)裝線性排布的傳感器陣列為例與陶瓷活塞桿結合使用的絕對 型行程檢測方法。如圖5所示，多聯(lián)裝傳感器21內有六個傳感器單元24，每 個傳感器單元24之間間距為8mm。將八個多聯(lián)裝傳感器21按照豎直方向間距 lmm分布。這樣構成的陣列相當于一支由四十八個傳感器單元24直線排布的傳 感器組，傳感器組內的傳感器單元24間隔lmm，檢測范圍為47mm。在本實施 例中，活塞桿1上各個區(qū)段的長度都為44mm，而傳感器的檢測范圍為47mm，
所以傳感器2總是可以得到足夠的編碼用于判斷傳感器2所處的區(qū)段。
區(qū)段內的區(qū)號編碼的編碼規(guī)則為二進制順序編碼，當然區(qū)號編碼的編碼規(guī)
則可以并不局限本實施例，只要這種編碼規(guī)則保證通過對傳感器2采集到的編 碼進行解碼識別后即可得知區(qū)標記3所處區(qū)段這種目的可以實現(xiàn)，都可以應用 在本檢測方法中。按照二進制順序編碼規(guī)則，那么一區(qū)11、 二區(qū)12、三區(qū)13、 四區(qū)、五區(qū)……的區(qū)號標記4由傳感器2識別并且轉換后的區(qū)號編碼就分別是
000000001、 000000010、 000000011、 000000100、 000000101......。為此在區(qū)
段內的區(qū)號標記4范圍內劃分出9個相鄰2mm的齒位，每個齒位之間的寬度為 2mm， 9個齒位可以分別代表9位區(qū)號編碼中對應的編碼位，齒位上有齒存在的 為0，無齒存在的為l，區(qū)號標記4范圍內按照區(qū)號編碼進行排布的一系列凸 齒7就形成了構成區(qū)號標記4的有規(guī)則的溝槽和凸環(huán)。 一區(qū)11的區(qū)號編碼為 000000001，那么區(qū)段內的區(qū)號標記4范圍內，除了最后一個齒位沒有凸齒7 存在，其他的齒位上都有凸齒7存在；二區(qū)12的區(qū)號編碼為000000010，那么 區(qū)段內的區(qū)號標記4內的倒數(shù)第二個齒位上沒有凸齒7存在；三區(qū)13的區(qū)號 編碼為000000011，那么區(qū)段內的區(qū)號標記4內的最后二個齒位上都沒有凸齒 7存在。因為傳感器單元24的間距為l咖，而凸齒7的寬度為2mm，也就是保 證了每個齒位上是否有凸齒7可以被至少一個傳感器單元24檢測到。區(qū)段內 的區(qū)標記3是寬為6mm的凸環(huán)。
一種與陶瓷活塞桿結合使用的絕對型行程檢測方法，上述的與陶瓷活塞桿 結合使用的絕對型行程檢測裝置使用這種方法可以得出傳感器2當前的絕對位 置。這種方法首先利用傳感器2讀取傳感器2所處位置的各個標記，然后通過 對傳感器2采集到的編碼進行解碼識別得知傳感器2所處區(qū)段和傳感器2相對 所處區(qū)段的位置偏移量，將傳感器2所處區(qū)段結合傳感器2相對所處區(qū)段的位
置偏移量即可得出傳感器2當前的絕對位置。
本方法中通過對傳驊器2采集到的編碼進行解碼識別從而得到傳感器2所
處的絕對位置的過程具體為
A、 從傳感器2讀取的編碼中識別出區(qū)編碼；
讀取當前四十八個傳感器單元24的值，因為區(qū)標記3為6mm寬度的凸環(huán)， 那么傳感器2中至少有5只相鄰傳感器單元24得到讀值為1，搜尋到這連續(xù)為 1的幾只傳感器單元24，這些傳感器單元24所得到的編碼就是區(qū)編碼。
B、 將區(qū)編碼后面的編碼和區(qū)編碼前面的編碼計算生成區(qū)號編碼，由此確 定當前區(qū)標記屬于第幾區(qū)段。
讀取區(qū)編碼3 —側的高位編碼和另一側的低位編碼，高位編碼和低位編碼 運算銜接得到當前區(qū)標記3所處區(qū)段位置的區(qū)號編碼。以向一區(qū)11方向為右， 向三區(qū)13方向為左。從確定的區(qū)編碼3右方結束單元開始向右直到傳感器2 尾部，讀取的為高位編碼段，從確定的區(qū)編碼3左方結束單元開始向左直到傳 感器2頭部，讀取的為低位編碼段。例如當傳感器2處于一區(qū)11和二區(qū)12之 間時，傳感器2左邊處于二區(qū)12中，右邊處于一區(qū)ll中，那么傳感器2右邊 部分讀到的編碼就是高位編碼段，左邊部分得到的編碼的就是低位編碼段，將 兩段編碼運算銜接之后得到所在區(qū)段的區(qū)號編碼，即當前的區(qū)標記3在二區(qū)12 內。這種銜接運算是根據(jù)相鄰區(qū)段內的二進制區(qū)號編碼相差1，
C、 根據(jù)區(qū)編碼在傳感器2讀取的編碼中的位置，計算出傳感器2相對當 前區(qū)標記3的位移偏移量；
以傳感器2最左邊的傳感器單元24為位置基準，例如最右傳感器單元 24編號為1，最左傳感器單元24編號為48，順序編號，區(qū)標記3所反映的區(qū)
編碼出現(xiàn)在15-21號傳感器單元24，那么偏移量為15-1=14,因為間距為lmm， 那么偏移量就是14mm。
D、根據(jù)當前區(qū)標記3所處的區(qū)段結合傳感器2相對當前區(qū)標記3的位移 偏移量得到傳感器2當前的絕對位置。
根據(jù)上述例子，得到了區(qū)標記3在二區(qū)12內，區(qū)標記3相對最右邊的傳 感器單元24的偏移量為14mm。每個區(qū)段的長度為44mm，那么作為基準的傳感 器單元24所在位置為l*44ram-14mm二30mm，這樣即可得知傳感器2當前的絕對 位置。
權利要求1、一種與陶瓷活塞桿結合使用的絕對型行程檢測裝置，其特征是包括活塞桿(1)上的具有區(qū)標記(3)和區(qū)號標記(4)的檢測段和讀取區(qū)標記(3)和區(qū)號標記(4)的傳感器(2)，所述的活塞桿(1)上的檢測段包括導磁性基體和覆蓋基體表面的陶瓷材料，區(qū)標記(3)和區(qū)號標記(4)由設置在活塞桿(1)的檢測段上有規(guī)律的溝槽和凸環(huán)構成，所述的傳感器(2)緊貼活塞桿表面或者保持小距離間隔，并為主動磁性探測式。
2、 根據(jù)權利要求1所述的與陶瓷活塞桿結合使用的絕對型行程檢測裝置， 其特征是所述的傳感器(2)包括多個多聯(lián)裝傳感器(21)、傳感器固定環(huán)(22) 和傳感器組基座(23)，多聯(lián)裝傳感器(21)內排列有數(shù)個傳感器單元(24)， 多聯(lián)裝傳感器(21)通過傳感器固定環(huán)(22)固定在傳感器組基座(23)上， 相鄰的多聯(lián)裝傳感器(21)在豎直方向彼此之間錯開，傳感器組基座(23)與活塞 桿(1)的弧度相同。
3、 根據(jù)權利要求2所述的與陶瓷活塞桿結合使用的絕對型行程檢測裝置， 其特征是所述的傳感器(2)外安裝有殼體(5)，殼體(5)固定在活塞桿油 缸的端面處，設置在殼體(5)和傳感器(2)之間的壓緊彈簧(6)將傳感器(2) 壓緊在活塞桿(1)上。
專利摘要本實用新型涉及一種絕對行程檢測技術，特別是一種與陶瓷活塞桿結合使用的絕對型行程檢測裝置。它包括活塞桿上的具有區(qū)標記和區(qū)號標記的檢測段和傳感器，活塞桿上的檢測段包括導磁性基體和覆蓋基體表面的陶瓷材料。傳感器讀取當前位置的各個標記的編碼，然后通過對傳感器讀取到的編碼進行解碼識別得知傳感器所處區(qū)段和傳感器相對所處區(qū)段的位置偏移量，將傳感器所處區(qū)段結合傳感器相對所處區(qū)段的位置偏移量即可得出傳感器當前的絕對位置。這種絕對行程檢測技術保證了活塞桿在掉電期間的滑動對位置的讀取不會造成影響，也不存在累計誤差。
文檔編號G01B7/00GK201193630SQ200820035498
公開日2009年2月11日 申請日期2008年5月7日 優(yōu)先權日2008年5月7日
發(fā)明者吳國棟, 姚加明, 徐志峰, 朱琴玉, 云 湯, 沈建明, 高吉元 申請人:江蘇武進液壓啟閉機有限公司