专利名称：基于光学引擎的阀门行程传感器的制作方法
技术领域：
基于光学引擎的阀门行程传感器技术领域[0001]本实用新型涉及一种行程传感器，特别涉及一种基于光学引擎的阀门行程传感 器，用于阀门阀杆的角行程和直行程的检测。
背景技术：
[0002]光学跟踪原理是当物体移动时，其在某一平面移动的轨迹形成一组连续的图像， 通过一个光感应器将其高速拍摄下来，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图 像，将这些图像传输到一块专用的图像分析芯片对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析 处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断物体的移动方向和移动距离， 从而得出物体在该平面X，y方向的移动数值。[0003]光学引擎是由CMOS图像感应器和光学定位DSP组成，前者负责图像的收集并将其 同步为二进制的数字图像矩阵，而DSP则负责相邻图像矩阵的分析比较，并据此计算出物 体的位置偏移。[0004]如何将传动结构阀杆朝某一方向移动的距离或者旋转的角度精确测量出来转换 为数字信号，并转换成符合工业标准的模拟量信号，目前尚没有良好的解决方案。实用新型内容[0005]本实用新型所要解决的技术问题是要提供一种通过位移量或者旋转的角度精确 计算出阀杆的角行程和直行程的基于光学引擎的阀门行程传感器。[0006]为了解决上述的技术问题，本实用新型提供了一种基于光学引擎的阀门行程传感 器，该传感器的电路部分放置于防爆腔体内，防爆腔体的前盖与圆筒支架螺接，圆筒支架上 固定有轴承，一传动轴卡在轴承上，一定位圆筒螺接于传动轴上；所述防爆腔体分为前、后 两室，前室内设有主PCB板，主PCB板上设有数据处理芯片、发光二极管，且主PCB板的中间 开口处设有光学传感器，其开口大小与透镜体的顶部大小相匹配，PCB板固定螺丝将主PCB 板、透镜体卡具及透镜体固定于防爆腔体的前腔；后腔内设有副PCB板，副PCB板上设有D/ A转换模块和电源模块，主、副PCB板通过一电缆连接进行数据通讯及供电；主PCB板上的 光学传感器正对着定位圆筒，将检测的定位圆筒边缘扫过的圆周位移量传送至数据处理芯 片，数据处理芯片根据位移量及定位圆筒的直径换算出相应阀杆的角行程和直行程的数字 信号，通过电缆传送至D/A转换模块，转换成模拟量信号，并远传。[0007]所述主、副PCB板分别固定在防爆腔体内的隔断体上。所述防爆腔体内的隔断 体上设有一通道，一电缆贯穿该通道连接主、副PCB板，且通道内布满密封胶来隔开前、后 腔。副PCB板上有自适应电源模块，该电源模块能够自适应输入的电源类型，如220VAC或 24VDC,从而对整个电路部分进行供电。D/A转换模块对从主PCB板传过来的数据进行转换， 将其转换为符合工业标准的模拟量信号，如4-20mA、频率、脉冲等。[0008]所述的防爆腔体，是由固定螺丝将后盖、腔体、防爆玻璃体及前盖固定，之间用0 型圈密封，能用于防爆的场合。[0018] D- )。定义顺时针方向为正，逆时针方向为负。[0019]其中Rl、R2、D的单位为毫米。[0020]本实用新型的优越功效在于能够准确测量阀门的角行程与直行程，角行程 可以精确到0. 5°以下，直行程可以精确到0. 5mm以内；量程比宽，且没有死角，比传统的行 程传感器更精确、更灵敏，测量范围更广。[0011]光学引擎的分辨率位为1200dpi，即定位圆筒边缘每扫过1英寸的位移即产生 1200个脉冲信号，其可以扫描X轴以及Y轴方向上的位移，其有4个引脚用于发生脉冲信 号，即XA、XB、YA JB，分别代表X轴以与Y轴正反两个方向上的位移。在本应用中Y轴方向 上位移为零，不需要考虑，只需要考虑X轴方向上的位移。[0012]假设光学引擎传输了 XA个脉冲，则其表示定位圆筒顺时针转动的角度 = (XA/1200*25. 4)*180/(3. 14*R),其中 R 的单位为毫米；[0013]若传输了 XB个脉冲，则其表示定位圆筒逆时针转动的角度0 = (XB/1200*25. ) *180/(3. 1，其中 R 的单位为毫米。[0014]当进行角行程检测时，得到的即为角行程。[0015]当进行直行程检测时，如图3所示，若光学引擎传输了 XA个脉冲，贝IJ[0016]D=2R2*sin( 0 /2) ；[0017]若光学引擎传输了 XB个脉冲，则CN 201818889 Ui兑明 2/5 页[0009]所述防爆腔体的前腔深度使得防爆玻璃体与透镜体卡具的背面紧密贴合。[0010]所述主PCB板上的透镜体上有两个透镜，发光二极管发出光线通过其 中一个透镜反射后穿过防爆玻璃体以及防爆腔前盖上的窗口照射在定位圆筒 上，部分光线经漫反射通过另一个透镜后被光学传感器接收。当定位圆筒转动 时，光学传感器检测定位圆筒边缘扫过的圆周位移长度并将该位移数据传送到 数据处理芯片进行处理，数据处理芯片根据位移量及定位圆筒的直径换算出相 应阀杆的角行程和直行程的数字信号，其计算原理如图2所示，定位圆筒的直径 为R，当其沿某一方向转动某一角度时，其边缘扫过的圆周位移为C，则扫过的角度
[0021] 图1为本实用新型的结构示意图；4[0022]图2为本实用新型的计算角行程的原理图；[0023]图3为本实用新型的计算直行程的原理图；[0024]图中标号说明[0025]1 一防爆腔后盖；[0026]3—防爆墙前盖；[0027]5—圆筒支架；[0028]7 —电源接线端子；[0029]9一电源模块；[0030]11一PCB 板间电缆；[0031]13—透镜体卡具；[0032]15—防爆玻璃体；[0033]17—光学传感器；[0034]19一定位圆筒；[0035]21—防爆腔固定螺丝；[0036]23—PCB板固定螺丝；[0037]25—轴承；[0038]27—套筒固定孔；[0039]四一前后腔体通道。
具体实施方式
[0040]请参阅附图所示，对本实用新型作进一步的描述。[0041]如图1所示，本实用新型提供了一种基于光学引擎的阀门行程传感器，该传感器 的电路部分放置于防爆腔体2内，防爆腔体2的前盖3与圆筒支架5通过支架固定螺丝M 螺接，支架固定螺丝M通过轴承固定支架观将轴承25固定在圆筒支架5上，一传动轴4 卡在轴承25上，一定位圆筒19通过圆筒固定螺栓沈螺接于传动轴4上；所述防爆腔体2 分为前、后两室，前室内设有主PCB板12，主PCB板12上设有数据处理芯片18、发光二极管 16，且主PCB板12的中间开口处设有光学传感器17，其开口大小与透镜体14的顶部大小相 匹配，PCB板固定螺丝23将主PCB板12、透镜体卡具13及透镜体14固定于防爆腔体2的 前腔；后腔内设有副PCB板6，副PCB板6上设有D/A转换模块10和电源模块9，主PCB板 12与副PCB板6通过一电缆11连接进行数据通讯及供电；主PCB板12上的光学传感器17 正对着定位圆筒19，将检测的定位圆筒19边缘扫过的圆周位移量传送至数据处理芯片18， 数据处理芯片18根据位移量及定位圆筒19的直径换算出相应阀杆的角行程和直行程的数 字信号，通过电缆11传送至D/A转换模块10，转换成模拟量信号，并远传。[0042]所述主PCB板12与副PCB板6分别固定在防爆腔体内的隔断体上。所述防爆腔 体内的隔断体上设有一通道四，一电缆11贯穿该通道四连接主PCB板12与副PCB板6， 且通道四内布满密封胶来隔开前、后腔。副PCB板6上有自适应电源模块9，该电源模块9 能够自适应输入的电源类型，如220VAC或MVDC，从而对整个电路部分进行供电。D/A转换 模块10对从主PCB板12传过来的数据进行转换，将其转换为符合工业标准的模拟量信号， 如4-20mA、频率、脉冲等，然后通过信号接线端子8进行远传。2—防爆腔体； 4一传动轴； 6—副PCB板； 8—信号接线端子；10 — D/A转换模块； 12—主 PCB 板； 14一透镜体； 16—发光二极管； 18—数据处理芯片； 20—葛兰头； 22 — 0型圈； 24—支架固定螺丝；圆筒固定螺栓； 观一轴承固定支架；[0043]所述的防爆腔体2，是由防爆腔固定螺丝21将后盖1、腔体2、防爆玻璃体15及前 盖3固定，之间用0型圈22密封，能用于防爆的场合。[0044]所述防爆腔体2的前腔深度使得防爆玻璃体15与透镜体卡具13的背面紧密贴I=I O[0045]所述主PCB板12上的透镜体14上有两个透镜，发光二极管16发出光线通过其中 一个透镜反射后穿过防爆玻璃体15以及防爆腔前盖3上的窗口照射在定位圆筒19上，部 分光线经漫反射通过另一个透镜后被光学传感器17接收。当定位圆筒19转动时，光学传 感器17检测定位圆筒19边缘扫过的圆周位移长度并将该位移数据传送到数据处理芯片18 进行处理，数据处理芯片18根据位移量及定位圆筒的直径换算出相应阀杆的角行程和直 行程的数字信号。[0046]本实用新型的具体实施例1用于角行程的检测将阀杆与传动轴4通过连接套筒 固定在一起。当阀杆转动时，带动传动轴4与定位圆筒19转动，其计算原理如图2所示，定 位圆筒的直径为R，当其沿某一方向转动某一角度时，其边缘扫过的圆周位移为C，则扫过的角度“=180*C/(3,。定义顺时针方向为正，逆时针方向为负。[0047]光学引擎的分辨率位为1200dpi，即定位圆筒边缘每扫过1英寸的位移即产生 1200个脉冲信号，其可以扫描X轴以及Y轴方向上的位移，其有4个引脚用于发生脉冲信 号，即XA、XB、YA JB，分别代表X轴以与Y轴正反两个方向上的位移。在本应用中Y轴方向 上位移为零，不需要考虑，只需要考虑X轴方向上的位移。[0048]假设光学引擎传输了 XA个脉冲，则其表示定位圆筒顺时针转动的角度“=(XA/1200*25. 4)*180/(3. 1.1 *R),其中 R 的单位为毫米；[0049]若传输了 XB个脉冲，则其表示定位圆筒逆时针转动的角度0 = (XB/1200*25. )*180/(3. 1+1*11),其中R的单位为毫米。通过光学传感器将相应的行程检测出来并转换成工业标准信号。[0050]本实用新型的具体实施例2用于直行程的检测阀杆上安装一个夹具，用螺丝紧 固，该夹具伸出一个带限位螺丝小页片，在传感器传动轴上安装一个带凹槽的传动连杆，限 位螺丝穿过该凹槽，可以在凹槽内自由滑动。当阀杆上下移动时，带动传动连杆以传动轴中 心转动，从而带动传动轴与定位圆筒转动，其计算原理如图3所示，若光学引擎传输了 XA个脉冲，贝丨J ο =IXA/1200*25. 4)*180/(3. 11*R1)；[0051]D=2R2*sin( 0 /2) ；[0052]若光学引擎传输了 XB个脉冲，则[0053] 其中Rl、R2、D的单位为毫米。通过光学传感器将相应的行程检测出来并转换成 工业标准信号。
权利要求1.一种基于光学引擎的阀门行程传感器，其特征在于该传感器的电路部分放置于防 爆腔体内，防爆腔体的前盖与圆筒支架螺接，圆筒支架上固定有轴承，一传动轴卡在轴承 上，一定位圆筒螺接于传动轴上；所述防爆腔体分为前、后两室，前室内设有主PCB板，主 PCB板上设有数据处理芯片、发光二极管，且主PCB板的中间开口处设有光学传感器，PCB板 固定螺丝将主PCB板、透镜体卡具及透镜体固定于防爆腔体的前腔；后腔内设有副PCB板， 副PCB板上设有D/A转换模块和电源模块，主、副PCB板通过一电缆连接进行数据通讯及供 电；主PCB板上的光学传感器正对着定位圆筒，将检测的定位圆筒边缘扫过的圆周位移量 传送至数据处理芯片，数据处理芯片根据位移量及定位圆筒的直径换算出相应阀杆的角行 程和直行程的数字信号，通过电缆传送至D/A转换模块，转换成模拟量信号，并远传。
2.根据权利要求1所述的基于光学引擎的阀门行程传感器，其特征在于所述主、副 PCB板分别固定在防爆腔体内的隔断体上。
3.根据权利要求2所述的基于光学引擎的阀门行程传感器，其特征在于所述防爆腔 体内的隔断体上设有一通道，一电缆贯穿该通道连接主、副PCB板，且通道内布满密封胶。
4.根据权利要求1所述的基于光学引擎的阀门行程传感器，其特征在于所述的防爆 腔体，是由固定螺丝将后盖、腔体、防爆玻璃体及前盖固定，之间用0型圈密封。
5.根据权利要求4所述的基于光学引擎的阀门行程传感器，其特征在于所述防爆玻 璃体与透镜体卡具的背面紧密贴合。
6.根据权利要求1所述的基于光学引擎的阀门行程传感器，其特征在于所述主PCB 板上的开口，其开口大小与透镜体的顶部大小相匹配。
专利摘要本实用新型公开一种基于光学引擎的阀门行程传感器，电路部分放置于防爆腔体内，腔体的前盖与圆筒支架螺接，圆筒支架上固定有轴承，传动轴卡在轴承上，定位圆筒螺接于传动轴上；腔体前室内的主PCB板上设有数据处理芯片、发光二极管，且主PCB板的中间开口处设有光学传感器；后腔内的副PCB板上设有D/A转换模块，主、副PCB板通过电缆连接进行数据通讯及供电；主PCB板上的光学传感器正对着定位圆筒，将检测的定位圆筒边缘扫过的圆周位移量传送至数据处理芯片，芯片根据位移量及定位圆筒的直径换算出阀杆的角行程和直行程的数字信号，传送至D/A转换模块，转换成模拟量信号。本实用新型的优点是能够准确测量阀门的角行程与直行程。
文档编号F16K37/00GK201818889SQ20102056242
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月15日 优先权日2010年10月15日
发明者王成刚 申请人:王成刚