非接觸式兩自由度位置傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及位置傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種非接觸式兩自由度位置傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)信息化的蓬勃發(fā)展，傳感器作為核心基礎(chǔ)部件，受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。隨著機(jī)電伺服控制技術(shù)的不斷推進(jìn)，對(duì)其中的傳感反饋信號(hào)的各項(xiàng)指標(biāo)有了更高要求，迫切需要測(cè)量精度高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的位置傳感器。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的編碼器、光柵、壓電式傳感器、電容式傳感器等都具有位置檢測(cè)能力，但由于信號(hào)調(diào)理技術(shù)的限制，往往存在以下不足:
1、只能進(jìn)行單個(gè)自由度的檢測(cè)；
2、物體選擇性較差，需要設(shè)計(jì)獨(dú)特的工裝，只能通過(guò)接觸式測(cè)量；
3、抗噪聲抗干擾的能力較弱且精度不高；
4、成本較高且環(huán)境適應(yīng)性差，無(wú)法在油污、沙塵等惡劣條件下正常使用；
上述不足大大制約了現(xiàn)有技術(shù)的位置傳感器的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種檢測(cè)精度高、環(huán)境適應(yīng)性好、抗干擾能力強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)非接觸式的縱向位移量和周向旋轉(zhuǎn)角度的兩自由度位置檢測(cè)的非接觸式兩自由度位置傳感器。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種非接觸式兩自由度位置傳感器，包括殼體及安裝于殼體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)組件和感測(cè)單元，所述運(yùn)動(dòng)組件為具有升降運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的兩自由度運(yùn)動(dòng)部件，所述感測(cè)單元布置于運(yùn)動(dòng)組件的下方用來(lái)感測(cè)所述運(yùn)動(dòng)組件升降運(yùn)動(dòng)的位置信號(hào)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角度信號(hào)。
[0006]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述運(yùn)動(dòng)組件包括運(yùn)動(dòng)本體和一個(gè)以上的感應(yīng)導(dǎo)體，所述感應(yīng)導(dǎo)體布置于運(yùn)動(dòng)本體上朝向感測(cè)單元的一端上。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述感應(yīng)導(dǎo)體為一個(gè)、且直接嵌在運(yùn)動(dòng)本體的下方。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述感測(cè)單元包括感測(cè)板以及位于感測(cè)板上的三個(gè)激磁線(xiàn)圈，其中一個(gè)激磁線(xiàn)圈位于感測(cè)板中部以用來(lái)通過(guò)感應(yīng)導(dǎo)體與激磁線(xiàn)圈之間的距離判斷來(lái)進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)的位置信號(hào)測(cè)量；其余兩個(gè)激磁線(xiàn)圈呈對(duì)稱(chēng)狀布置在感測(cè)板上的兩側(cè)，用來(lái)在感應(yīng)導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行差動(dòng)式的角位移測(cè)量。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述感測(cè)板為PCB板，所述激磁線(xiàn)圈分多層設(shè)置于PCB板上。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述殼體上設(shè)置有運(yùn)動(dòng)腔體，所述運(yùn)動(dòng)組件位于運(yùn)動(dòng)腔體內(nèi)，所述運(yùn)動(dòng)腔體的上下端分別設(shè)有升降限位部。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述運(yùn)動(dòng)組件的上方設(shè)有運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在殼體內(nèi)的底部還做了封膠處理以提高裝置的防水性會(huì)K。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
本發(fā)明的非接觸式兩自由度位置傳感器，通過(guò)在殼體內(nèi)設(shè)置可旋轉(zhuǎn)/豎向移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)組件和感測(cè)單元，從而實(shí)現(xiàn)了非接觸式的縱向位移量和周向旋轉(zhuǎn)角度的兩自由度位置檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)精度、增強(qiáng)了環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明的非接觸式兩自由度位置傳感器在實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明的非接觸式兩自由度位置傳感器在實(shí)施例中的感應(yīng)導(dǎo)體和感測(cè)板配合的原理示意圖。
[0016]圖例說(shuō)明:
1、殼體；2、運(yùn)動(dòng)組件；21、運(yùn)動(dòng)本體；22、感應(yīng)導(dǎo)體；23、運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件；3、感測(cè)單元；31、感測(cè)板；4、運(yùn)動(dòng)腔體；41、升降限位部。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種非接觸式兩自由度位置傳感器，包括殼體I及安裝于殼體I內(nèi)的運(yùn)動(dòng)組件2和感測(cè)單元3，所述運(yùn)動(dòng)組件2為具有升降運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的兩自由度運(yùn)動(dòng)部件，所述感測(cè)單元3布置于運(yùn)動(dòng)組件2的下方用來(lái)感測(cè)所述運(yùn)動(dòng)組件2升降運(yùn)動(dòng)的位置信號(hào)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角度信號(hào)。
[0019]在本實(shí)施例中，所述運(yùn)動(dòng)組件2包括運(yùn)動(dòng)本體21和一個(gè)以上的感應(yīng)導(dǎo)體22，所述感應(yīng)導(dǎo)體22布置于運(yùn)動(dòng)本體21上朝向感測(cè)單元3的一端上。
[0020]在本實(shí)施例中，所述感應(yīng)導(dǎo)體22為一個(gè)、且直接嵌在運(yùn)動(dòng)本體21的下方。這種嵌入式的設(shè)計(jì)不但最大限度地減小了安裝空間，并且更便于零位的對(duì)準(zhǔn)。
[0021]在本實(shí)施例中，所述感測(cè)單元3包括感測(cè)板31以及位于感測(cè)板31上的三個(gè)激磁線(xiàn)圈，其中一個(gè)激磁線(xiàn)圈位于感測(cè)板31中部以用來(lái)通過(guò)感應(yīng)導(dǎo)體22與激磁線(xiàn)圈之間的距離判斷來(lái)進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)的位置信號(hào)測(cè)量；其余兩個(gè)激磁線(xiàn)圈呈對(duì)稱(chēng)狀布置在感測(cè)板31上的兩側(cè)，用來(lái)在感應(yīng)導(dǎo)體22旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行差動(dòng)式的角位移測(cè)量。在本實(shí)施例中，位于感測(cè)板31上兩側(cè)的兩個(gè)激磁線(xiàn)圈為異形線(xiàn)圈，當(dāng)感應(yīng)導(dǎo)體22旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)異形線(xiàn)圈同時(shí)起作用，與感應(yīng)導(dǎo)體22的耦合面積變化方向相反，從而實(shí)現(xiàn)差動(dòng)式的角度位移測(cè)量，有效提高了測(cè)量精度。
[0022]本實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)組件2基于回轉(zhuǎn)軸系設(shè)計(jì)原理，殼體I為運(yùn)動(dòng)組件2和感測(cè)板31提供支承，同時(shí)也為運(yùn)動(dòng)組件2提供旋轉(zhuǎn)和豎向移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)空間；利用電磁感應(yīng)及電渦流效應(yīng)原理感應(yīng)激磁線(xiàn)圈的電感及阻抗變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)低行程的精密豎向位移和有限轉(zhuǎn)角的角度位移兩自由度的非接觸式位置測(cè)量。
[0023]工作時(shí)，運(yùn)動(dòng)組件2進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或者豎向移動(dòng)，使感應(yīng)導(dǎo)體22和感測(cè)板31之間的耦合面積或間距發(fā)生變化，從而改變整體的磁場(chǎng)，引起電感參量的變化，這些變化的信號(hào)通過(guò)控制電路采集后，在嵌入式系統(tǒng)中完成采集處理，最終檢測(cè)出感應(yīng)導(dǎo)體22的位置變化量。
[0024]在本實(shí)施例中，所述感測(cè)板31為PCB板，所述激磁線(xiàn)圈分多層設(shè)置于PCB板上。區(qū)別于傳統(tǒng)的電渦流式傳感器，本發(fā)明的激磁線(xiàn)圈采用PCB工藝在Imm電路板上布了四層，整個(gè)裝置小巧簡(jiǎn)潔。
[0025]在本實(shí)施例中，所述殼體I上設(shè)置有運(yùn)動(dòng)腔體4，所述運(yùn)動(dòng)組件2位于運(yùn)動(dòng)腔體4內(nèi)，所述運(yùn)動(dòng)腔體4的上下端分別設(shè)有升降限位部41。在本實(shí)施例中，升降限位部41為運(yùn)動(dòng)腔體4內(nèi)下方的限位凸臺(tái)和上方的限位端蓋，限位端蓋不僅為運(yùn)動(dòng)組件2提供支承，而且還對(duì)其縱向移動(dòng)起到限位的作用。
[0026]在本實(shí)施例中，所述運(yùn)動(dòng)組件2的上方設(shè)有運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件23。在本實(shí)施例中運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件23為與運(yùn)動(dòng)組件2連接的螺栓。
[0027]在本實(shí)施例中，在殼體I內(nèi)的底部還做了封膠處理以提高裝置的防水性能。
[0028]在本實(shí)施例中，由于感測(cè)單元3需要焊出6根導(dǎo)線(xiàn)與控制電路相連，為了容置導(dǎo)線(xiàn)考慮，在所述殼體I內(nèi)的底部還設(shè)置密封結(jié)構(gòu)的線(xiàn)路孔，感測(cè)單元3通過(guò)穿過(guò)所述線(xiàn)路孔的導(dǎo)線(xiàn)(圖中未示出)與所述控制電路電連接。
[0029]在本實(shí)施例中，所述感應(yīng)導(dǎo)體22采用TI公司的型號(hào)為L(zhǎng)DC1000的電感數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，其作用是實(shí)現(xiàn)變參量線(xiàn)圈信號(hào)的實(shí)現(xiàn)和采集。該芯片能實(shí)現(xiàn)5KHz到5MHz的測(cè)試頻率，有很高的測(cè)試精度。
[0030]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種非接觸式兩自由度位置傳感器，其特征在于，包括殼體(I)及安裝于殼體(I)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)組件(2 )和感測(cè)單元(3 )，所述運(yùn)動(dòng)組件(2 )為具有升降運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的兩自由度運(yùn)動(dòng)部件，所述感測(cè)單元(3)布置于運(yùn)動(dòng)組件(2)的下方用來(lái)感測(cè)所述運(yùn)動(dòng)組件(2)升降運(yùn)動(dòng)的位置信號(hào)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角度信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的非接觸式兩自由度位置傳感器，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)組件(2)包括運(yùn)動(dòng)本體(21)和一個(gè)以上的感應(yīng)導(dǎo)體(22)，所述感應(yīng)導(dǎo)體(22)布置于運(yùn)動(dòng)本體(21)上朝向感測(cè)單元(3)的一端上。
3.如權(quán)利要求2所述的非接觸式兩自由度位置傳感器，其特征在于，所述感應(yīng)導(dǎo)體(22)為一個(gè)、且直接嵌在運(yùn)動(dòng)本體(21)的下方。
4.如權(quán)利要求2所述的非接觸式兩自由度位置傳感器，其特征在于，所述感測(cè)單元(3)包括感測(cè)板(31)以及位于感測(cè)板(31)上的三個(gè)激磁線(xiàn)圈，其中一個(gè)激磁線(xiàn)圈位于感測(cè)板(31)中部以用來(lái)通過(guò)感應(yīng)導(dǎo)體(22)與激磁線(xiàn)圈之間的距離判斷來(lái)進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)的位置信號(hào)測(cè)量；其余兩個(gè)激磁線(xiàn)圈呈對(duì)稱(chēng)狀布置在感測(cè)板(31)上的兩側(cè)，用來(lái)在感應(yīng)導(dǎo)體(22)旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行差動(dòng)式的角位移測(cè)量。
5.如權(quán)利要求4所述的非接觸式兩自由度位置傳感器，其特征在于，所述感測(cè)板(31)為PCB板，所述激磁線(xiàn)圈分多層設(shè)置于PCB板上。
6.如權(quán)利要求1?3任意一項(xiàng)所述的非接觸式兩自由度位置傳感器，其特征在于，所述殼體(I)上設(shè)置有運(yùn)動(dòng)腔體(4 )，所述運(yùn)動(dòng)組件(2 )位于運(yùn)動(dòng)腔體(4 )內(nèi)，所述運(yùn)動(dòng)腔體(4 )的上下端分別設(shè)有升降限位部(41)。
7.如權(quán)利要求1?3任意一項(xiàng)所述的非接觸式兩自由度位置傳感器，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)組件(2 )的上方設(shè)有運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)部件(23 )。
8.如權(quán)利要求1?3任意一項(xiàng)所述的非接觸式兩自由度位置傳感器，其特征在于，在殼體(I)內(nèi)的底部還做了封膠處理以提高裝置的防水性能。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種非接觸式兩自由度位置傳感器，包括殼體及安裝于殼體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)組件和感測(cè)單元，運(yùn)動(dòng)組件為具有升降運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的兩自由度運(yùn)動(dòng)部件，感測(cè)單元布置于運(yùn)動(dòng)組件的下方用來(lái)感測(cè)運(yùn)動(dòng)組件升降運(yùn)動(dòng)的位置信號(hào)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角度信號(hào)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了非接觸式的縱向位移量和周向旋轉(zhuǎn)角度的兩自由度位置檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)精度、增強(qiáng)了環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力。
【IPC分類(lèi)】G01B7-30, G01B7-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104776789
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510137109
【發(fā)明人】范世珣, 陳寧, 汲自強(qiáng), 張書(shū)鋒, 洪華杰, 翟德德, 范大鵬
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年3月26日