恒速旋轉式無接觸型直線位移傳感器的制作方法

本實用新型涉及一種機械直線位移傳感裝置，尤其是通過恒速旋轉的馬達使軟鐵產生周期性勻速直線位移的運動觸發工作在雙穩態的D觸發器翻轉，并以D觸發器輸出翻轉脈沖電壓的脈寬T的大小來反映位移量的傳感器。

背景技術：

目前市場上所使用性價比最高的直線位移傳感器電阻尺存在諸多缺陷，電阻尺本質上是一個滑動變阻器，在電阻尺的電阻導軌兩端加上恒定的電壓，滑塊上的電刷在電阻導軌上滑動，并以滑塊電刷在電阻導軌中的位置的變化來改變分壓比的大小，從而實現來自滑塊輸出電壓大小的變化與滑塊電刷在電阻導軌中的位置變化大小的線性變化的關系，最終達到直線位移測量的目的。首先電子尺的電刷必須與電阻導軌表面緊密相貼，并且相貼的緊密程度影響接觸電阻大小從而導致輸出顯示數字跳動，這就存在安裝中性度的問題，如果安裝中性度不符合要求，這就使得滑塊在電阻導軌上滑動過程中電刷與電阻導軌表面緊密程度發生改變，其接觸電阻也隨之改變，嚴重影響輸出線性度。并且電刷與電阻體表面存在嚴重摩擦磨損，不但限制直線位移測量速度，而且由于長時間的磨損嚴重影響其使用壽命。電阻尺在長時間使用過程中，由于老化和密封問題導致內部電刷與電阻導軌表面進入大量的灰塵及其其他雜質也會影響其接觸電阻導致測量精確度的問題。

技術實現要素：

為了解決上述電阻尺的不足，本實用新型提供了全新的直線位移傳感裝置，不但解決了普通電阻尺安裝中性度導致其電刷與電阻導軌接觸電阻影響輸出線性度的問題，更重要的是解決了普通電阻尺的電刷與電阻導軌表面存在嚴重接觸磨損，不但嚴重影響其使用壽命和限制直線位移測量速度的問題。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：采用兩個直徑相同的小輪M1和M2，且兩小輪處于在同一平面內，M1和M2表面上套有同一條履帶，M1和M2的距離保持在L使得履帶上下呈現兩條直線并保持相互平行，履帶上放有一個軟鐵塊（凸起），作用是觸發磁電式傳感器，M1由一個恒速轉動的馬達驅動按照逆時針以恒速V轉動，小輪M2通過履帶在M1的帶動下按照相同速度逆時針以恒速V轉動，履帶上的軟鐵塊保持恒定的速度V沿著履帶表面做周期性循環移動，并在上履帶上呈現出以恒定速度V在L距離內做周期性勻速直線運動，其移動的速度要遠遠高于直線位移傳感器滑塊的移動速度以便于直線位移傳感器有足夠的響應時間。在上履帶的上面有一個滑桿并與上履帶保持平行，并且與上履帶之間的最大距離保持在軟鐵塊能觸發磁電式傳感器所能響應的最大距離內。在滑桿的B端固定有一個不可移動磁電式傳感器，在其A端有另一個可以在滑桿上左右自由移動的磁電式傳感器，作用是充當直線位移傳感器的滑塊。此滑塊（磁電式傳感器）在滑桿上左右移動的軌跡與上履帶上的軟鐵塊周期性勻速直線移動軌跡保持互相平行。兩組磁電式傳感器的輸出端分別與與之對應的放大/整形電路輸入端相連，軟鐵塊在移動過程中觸發每組磁電式傳感器所感應出的電壓由與之對應放大/整形電路的放大整形的作用后變成有一定輸出幅度并且呈現規則的脈沖電壓后送到或門電路兩組輸入端，或門的輸出端與D觸發器的觸發端CLK相連，D觸發器工作在雙穩態狀態，并且其Q端輸出脈沖電壓u0的脈寬寬度T大小為輸出位移量參數。或門電路的作用在于軟鐵塊在經過每組磁電式傳感器時形成觸發電壓時其輸出端UC都由低電0平轉為高電平1并觸發D觸器發生翻轉。假設初始狀態時D觸發器Q端呈現出低電平0，當小輪M1在馬達驅動下并通過履帶帶動小輪M2同時按照逆時針以相同的恒定速度V轉動，履帶上的軟鐵塊也以同一種恒定速度V沿整個履帶表面周期性運動時到達B端固定不可移動的磁電式傳感器下方時并感應出感應電壓，此脈沖電壓經過放大整形電路處理后變成具有一定幅度的規則觸發電壓u1送到或門電路輸入端UA，或門電路輸出端UC由低電0平轉為高電平1并觸發D觸發器翻轉，其輸出Q端由低電平0轉為高電平1并保持不變。隨著軟鐵塊繼續向左恒速移動，直至移動到滑塊（另一個可以在滑桿上左右移動的磁電式傳感器）下方時將感應出電壓并由另一組放大/整形電路進行放大整形后形成另一個具有一定幅度規則的觸發電壓u2并送到或門電路的輸入端UB，或門電路輸出端UC再次由低電平0轉為高電平1，此時D觸發器再次發生翻轉，其Q端由高電平1轉為低電平0并保持不變。當直線位移傳感器的滑塊在滑桿上左右自由移動時，D觸發器翻轉所形成的脈沖電壓的脈寬T與兩組磁電式傳感器之間的相對距離呈現正比變化，最終將位移量轉為脈沖電壓脈寬參數T的變化，達到無接觸直線位移測量的目的。

本實用新型的有益效果是：滑塊（一組可在滑桿上左右移動的磁電式傳感器）與在履帶表面做周期性勻速直線運動的軟鐵塊之間無任何接觸，所以不存在普通電阻尺電刷與電阻導軌表面之間接觸磨損限制測量速度和影響其使用壽命的問題，大大提升了直線位移傳感器的使用壽命和直線位移測量速度，由于軟鐵塊在整個周期性勻速直線移動過程中保持恒定速度，且其移動速度遠遠高于滑塊磁電式傳感器在滑桿上左右移動速度，就保證了整個直線位移測量過程中具有良好的重復性和足夠快的響應時間。兩個磁電式傳感器所輸出的脈沖電壓觸發工作在雙穩態的D觸發器的翻轉并以D發器翻轉所形成脈沖電壓的脈寬T的寬度來反映位移量的變化，和普通電阻尺以輸出電壓大小變化來反映位移量相比解決了其安裝中性度影響其電刷與電阻導軌之間的接觸電阻變化對輸出電壓的影響，導致直線位移測量的精確度的問題。即使由于長時間使用使得履帶表面進入大量灰塵和其他雜質，只要不影響軟鐵塊對兩組磁電式傳感器的觸發，最終仍然不能影響其測量結果的精確度。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的原理圖

圖2是本實用新型中兩個磁電式傳感器結構圖

圖3是本實用新型工作原理示意圖

圖中1.為馬達直接驅動的小輪M1，2.與M1直經相同并與M1處在同一平面內的小輪M2，3.下履帶，4.上履帶，5.軟鐵塊，6.滑塊，7.固定磁電式傳感器，8. 滑桿，9.彈簧線，10.與固定磁電式傳感器對應的第二放大/整形電路，11，與滑塊對應的第一放大/整形電路，12觸發電壓u2，13. 觸發電壓u1，14.或門電路，15. 觸發電壓u3，16.D觸發器，17.輸出脈沖電壓u0，18.軟鐵塊，19.永磁鐵，20.線圈，21.線圈引線，22.線圈引線。

具體實施方式

在圖1中，小輪M1（1）與小輪M2（2）直徑相同，并處于在同一平面內，M1M2距離保持固定為L，使得下履帶（3）和上履帶（4）變成直線且互相平行。M1（1）在馬達驅動下以恒速V逆時針轉動，M2 (2)在通過整條履帶作用下由M1 (1)帶動以恒速V逆時針轉動。軟鐵塊（5）在整條履帶表面以恒速V做周期性循環移動，在上下履帶以恒定速度V在L距離內做周期性勻速直線運動。滑桿（8）與下履帶（3）上履帶（4）互相平行，固定磁電式傳感器（7）在滑桿（8）B端位置固定不變，滑塊（6）在滑桿（8）上左右自由移動，滑桿（8）與上履帶（4）距離固定在使軟鐵塊（5）引起滑塊（6）和固定磁電式傳感器（7）的響應距離內為準。滑塊（6）移動軌跡沿軟鐵塊（5）整個周期性循環移動的運動軌跡的直線部分移動，固定磁電式傳感器（7）與滑塊（6）沿著軟鐵塊（5）整個周期性循環移動的運動軌跡直線部分呈現相對運動。滑塊（6）輸出端經彈簧線（9）與第一放大/整形電路（11）輸入端相連，第一放大/整形電路（11）輸出端與或門電路（14）輸入端UB相連，固定磁電式傳感器（7）輸出端與第二放大/整形電路（10）輸入端相連，第二放大/整形電路（10）輸出端與或門電路（14）輸入端UA相連，或門電路（14）輸出端UC與D觸發器（16）觸發端CLK相連，D觸發器（16）Q端為最終輸出端Out。

在圖2中，線圈（20）纏繞在永磁體（19）上，穿過線圈（20）的磁通量不會變化，當軟鐵（18）靠近永磁鐵（19）的缺口時，由于軟鐵（18）的磁導率比空氣大，會使得永磁鐵與缺口空氣所以形成的閉合磁路的磁阻比軟鐵（18）與永磁鐵所形成的閉合磁路的磁阻大，最終引起穿過線圈（20）的磁通量的變化而在線圈中產生感應電壓并通過線圈引線21和22引出進行放大/整形的處理。

在圖3中，假設初始時間滑塊（6）在滑桿（8）的A位置，D觸發器 (16) Q端為低電平0，隨著小輪M1 (1)和M2 (2)以恒定速度V逆時針轉動，履帶上的軟鐵塊（5）也以恒定速度V運動，在t0時刻運動到固定磁電式傳感器（7）下方時，固定磁電式傳感器（7）輸出一脈沖電壓經第二放大/整形電路（10）后變成具有一定幅度觸發電壓u1并送入或門電路（14）輸入端UA，或門電路（14）輸出的端UC由低電平0轉為高電平1，D觸發器（16）翻轉，其Q端輸出高電平1并保持不變，在t1時刻，軟鐵塊（5）移動到滑塊（6）下方，滑塊（可在滑桿上左右移動的磁電式傳感器）輸出一脈沖電壓經過第一放大/整形電路（11）放大整形后變成具有一定幅度觸發電壓u2并送入或門電路（14）輸入端UB，或門電路（14）輸出端UC由低電平0轉為高電平1，D觸發器（16）在t1時刻再次翻轉，其Q端由高電平1再次轉為低電平0并保持不變，輸出脈沖電壓u0脈寬為T0，如果滑塊（6）移動到滑桿（8）的位置a1位置，D觸發器（16）在t2時刻再次翻轉為低電平0，輸出脈沖電壓的脈寬為T1，滑塊（6）移動到滑桿（8）a2位置時，D觸發器（16）在t3時刻再次翻轉為低電平0，輸出脈沖電壓脈寬為T2，滑塊（6）移動到滑桿（8）a3位置時，D觸發器（16）在t4時刻再次翻轉為低電平0，輸出脈沖電壓脈寬為T3，滑塊（6）移動到滑桿（8）a4位置時，D觸發器（16）在t5時刻再次翻轉為低電平0，輸出脈沖電壓脈寬為T4。軟鐵塊（5）在履帶表面以恒定速度V做周期性循環移動，滑塊（6）和固定磁電式傳感器（7）在軟鐵塊（5）運動軌跡上，以軟鐵塊（5）能觸發其響應距離內，與軟鐵塊（5）的距離保持固定不變。固定磁電式傳感器（7），在軟鐵塊（5）的運動軌跡，上面的一固定位置不變，滑塊（6）沿軟鐵塊（5）的移動軌跡自由移動。滑塊（6）與固定磁電式傳感器（7），沿軟鐵塊（5）移動軌跡保持相對運動。軟鐵塊（5）在履帶表面以恒速V做周期性循環移動速度，要遠遠高于滑塊（6）與固定磁電式傳感器（7），沿軟鐵塊（5）移動軌跡保持相對運動的速度，以保證整個直線位移測量的響應時間。固定磁電式傳感器（7）與滑塊（6），在軟鐵塊（5）移動軌跡上面，受到軟鐵塊（5）周期性觸發。固定磁電式傳感器（7），在軟鐵塊（5）周期性觸發后所輸出的脈沖電壓u1，引起工作在雙穩態的D觸發器（16）輸出翻轉，與滑塊（6）在軟鐵塊（5）周期性觸發后所輸出的脈沖電壓u2，引起工作雙穩態的D觸發器（16）的輸出翻轉的狀態相反。由處在雙穩態的D觸發器（16），所輸出脈沖電壓u0（17）的脈沖寬度T，與固定式磁電傳感器（7）和滑塊（6），沿軟鐵塊（5）移動軌跡之間的相對距離成正比。