一种直线位移电位器的制作方法

本发明涉及电子器件领域的一种直线位移电位器。

背景技术：

目前，传统的直线位移电位器是电刷接触工作方式，组成部件包括：电阻体、滑动电刷、轴、外壳。供电电压通过接线端加载在电阻体两端，电刷在其之上滑动探测并输出电刷所在位置的电压，是直接接触的方式。其存在几个固有的缺陷：第一，电刷在电阻体上滑动有摩擦存在，导致其工作寿命有限，同时由于磨损，精度也会有变化；第二，电位器一般只能输出线性变化的电压信号，对于特殊输出信号和曲线难以实现。

为了克服上述接触式直线位移电位器所存在的寿命有限、线性精度随磨损变化的不足，本领域技术人员尝试将传统的直线位移电位器以非接触的工作方式进行改进。目前比较常见的是基于磁致伸缩原理的磁致伸缩位移传感器，该传感器工作时磁环随测杆移动，其产生的磁场经由控制电路处理后，控制电路输出模拟信号，其工作寿命比传统的直线位移电位器更长。然而磁致伸缩位移传感器结构复杂，且对零件材料有一定的要求，故其成本高昂。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种直线位移电位器：其工作寿命长，能输出高线性精度的线性信号，同时也能输出其它种类的输出信号，实现多种工作行程的测量，降低了产品的成本。

实现上述目的的一种技术方案是：一种直线位移电位器，包括磁屏蔽外壳，以及固定在所述磁屏蔽外壳内的霍尔传感器，以及可在所述磁屏蔽外壳内，沿着所述磁屏蔽外壳的轴向，进行水平直线位移的永磁部件，在所述磁屏蔽外壳内，所述霍尔传感器和所述永磁部件是错层布置的，所述霍尔传感器的输出信号通过导线输出。

进一步的，所述直线位移电位器还包括沿着所述磁屏蔽外壳的轴向水平贯穿所述磁屏蔽外壳，并可沿着所述磁屏蔽外壳的轴向进行水平直线位移的主轴；所述永磁部件在所述主轴的下方与所述主轴固定；所述霍尔传感器在所述主轴的上方与所述磁屏蔽外壳固定。

再进一步的，所述磁屏蔽外壳包括两端开口的壳体，以及将所述壳体前端封闭的前盖，以及将所述壳体后端封闭的后盖，所述前盖内设有前轴套，所述主轴的前端水平贯穿所述前轴套和所述前盖，所述主轴的后端水平贯穿所述后盖。

更进一步的，所述主轴的后部套接位于所述磁屏蔽外壳内的复位弹簧。

更进一步的，所述后盖内设有后轴套，所述主轴的后端水平贯穿所述后轴套和所述后盖。

更进一步的，所述永磁部件包括在所述主轴的下方与所述主轴固定的滑块，以及置于所述滑块的水平顶面上的磁钢，所述滑块与所述壳体之间形成导轨副。

进一步的，根据所述永磁部件产生的磁场的正交分量和所述霍尔传感器之间的夹角的取值范围，确定所述永磁部件进行水平直线位移的工作范围，并设定所述工作范围内，所述霍尔传感器输出信号的幅值的上限和下限；

对所述工作范围进行分割，确定所述工作范围内的每个分割点以及所述工作范围的两个端点处所述霍尔传感器的输出信号的特征幅值，使所述霍尔传感器根据所述工作范围内输出信号的幅值的上限和下限，以及所述工作范围内每个分割点处的输出信号的特征幅值，以及所述工作范围的两个端点处的输出信号的特征幅值，输出所需的输出信号。

再进一步的，所述霍尔传感器的输出信号为数字量信号或模拟量信号。

再进一步的，所述霍尔传感器的输出信号为线性信号。

进一步的，所述霍尔传感器上设有Vdd引脚、Test0引脚、Test2引脚、NU引脚、Ground引脚、Vdig引脚、Test1引脚和Out引脚；

Ground引脚、Test1引脚、Test0引脚、Test2引脚和NU引脚同时接地，Vdig引脚通过电容C1接地，Vdd引脚连接VCC端，并通过电容C2接地；

Out引脚通过并联设置的电阻R1和电容C3接地；

Out引脚连接所述导线。

采用了本发明的一种直线位移电位器的技术方案，包括磁屏蔽外壳，以及固定在所述磁屏蔽外壳内的霍尔传感器，以及可在所述磁屏蔽外壳内，沿着所述磁屏蔽外壳的轴向，进行水平直线位移的永磁部件，在所述磁屏蔽外壳内，所述霍尔传感器和所述永磁部件是错层布置的，所述霍尔传感器的输出信号通过导线输出。其技术效果是：第一避免电刷与电阻体间的磨损所导致的精度变化，延长了直线位移电位器的工作寿命，第二，当霍尔传感器的输出信号为线性信号时，其具有比传统直线位移电位器更好的线性精度，第三，可以通过对霍尔传感器的预编程，增加所能输出的输出信号的种类，实现多种工作行程的测量，降低了产品的成本。

附图说明

图1为本发明的一种直线位移电位器的第一实施例的立体示意图。

图2为本发明的一种直线位移电位器的第一实施例的剖视图。

图3为本发明的一种直线位移电位器的第二实施例的立体示意图。

图4为本发明的一种直线位移电位器的第二实施例的剖视图。

图5为本发明的一种直线位移电位器的支架的示意图。

图6为本发明的一种直线位移电位器的线路板的电路图。

图7为本发明的一种直线位移电位器的霍尔传感器的设定流程图。

图8为本发明的一种直线位移电位器的霍尔传感器调整前的输出信号。

图9为本发明的一种直线位移电位器的霍尔传感器调整后的输出信号。

具体实施方式

请参阅图1至图9，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：

第一实施例：

本发明的一种直线位移电位器的第一实施例，包括磁屏蔽外壳1，以及沿着磁屏蔽外壳1的水平轴向贯穿磁屏蔽外壳1，并可沿着磁屏蔽外壳1的轴向进行水平直线位移的主轴2。

其中磁屏蔽外壳1分为两端开口壳体11，以及将壳体11的前端封闭的前盖12，以及将壳体11后端封闭的后盖13。其中前盖12中镶嵌有前轴套14。主轴2的前端沿着磁屏蔽外壳1的轴向水平贯穿前轴套14和前盖12。前轴套14对主轴2进行支撑和导向，前轴套14与主轴2之间的配合可根据不同的使用场合，选择对应的直线轴承来实现，比如滑动轴承、衬套、带有密封性的直线轴承等。

主轴2的后部套接有位于磁屏蔽外壳1内部的复位弹簧21，复位弹簧21为主轴2的水平直线位移提供复位功能，复位弹簧21的前端与主轴2固定，后端与后盖13固定。复位弹簧21不是必要部件。主轴2的后端向后贯穿后盖13。

磁屏蔽外壳1为型材，可采用高磁导率、高饱和磁化强度的材料对内部进行磁屏蔽，防止外界磁场的干扰。

主轴2为金属轴类零件，在前轴套14和后盖13上的通孔的导向作用下，进行水平直线位移。

主轴2的下方设有可在磁屏蔽外壳1内随着主轴2同步进行水平直线位移的永磁部件3，永磁部件3包括滑块31以及磁钢32。滑块31为塑料零件，在主轴2下方通过螺丝与主轴2连接并固定。磁钢32置于滑块31的水平顶面上，从而将磁钢32与主轴2之间的相对位置固定。磁钢32为由磁性材料制成的永磁体，滑块31与磁钢32同步随主轴2沿着磁屏蔽外壳1的轴向，进行水平直线位移。

在主轴2带动滑块31与磁钢32进行水平直线位移的过程中，滑块31与壳体11配合，形成导轨副，前轴套14对主轴2起到支撑和导向的作用，确保主轴2在水平直线位移过程中的稳定性，从而降低主轴2因水平直线位移可能产生的晃动对产品精度造成的影响。

主轴2的上方设有位于与磁屏蔽外壳1固定的线路板4，线路板4上固定有霍尔传感器41，霍尔传感器41为MLX90360霍尔传感器。霍尔传感器41上设有Vdd引脚、Test0引脚、Test2引脚、NU引脚、Ground引脚、Vdig引脚、Test1引脚和Out引脚。其中Ground引脚、Test1引脚、Test0引脚、Test2引脚和NU引脚同时接地，Vdig引脚通过电容C1接地，Vdd引脚连接VCC端，并通过电容C2接地，形成传感电路。Out引脚通过并联设置的电阻R1和电容C3接地，形成了转换电路。Out引脚连接导线42，导线42焊接在线路板4上，并通过后盖13上的孔引出磁屏蔽外壳1，与相关外部设备，如存储设备、信号收录设备等连接，根据不同的使用场合，导线42可与各种形式的接插件组合。

电容C1，电容C2和电容C3的击穿电压为10V，电容量为100nF，电阻R1的阻值为20kΩ。

线路板4的表面，其中包含导线42与霍尔传感器41的Out引脚焊接的部分，通过防护材料涂覆进行物理隔离，使线路板4的表面，其中包含导线42与霍尔传感器41的Out引脚焊接的部分，具备防潮、防霉、防盐雾、防尘、防静电、绝缘的性能。

通过对霍尔传感器41的设定，使霍尔传感器41的输出信号，既可以是模拟量信号，比如电流信号、电压信号等，也可以为数字量信号，比如SER信号、SSI信号等，并且霍尔传感器41的输出信号是可修改的。

本发明的一种直线位移电位器，根据主轴2的位置，由霍尔传感器41输出相对应的输出信号，该功能主要由霍尔传感器41和磁钢32实现。

霍尔传感器41可通过非接触的形式检测磁钢32所产生的磁场在三维方向上磁感应强度的变化，通过该磁场的正交分量与霍尔传感器41之间的夹角θ的变化计算出磁钢32当前的角度位置或线性位置。

在实施过程中，主要的两个难点在于：第一，磁钢32沿磁屏蔽外壳1的轴向进行水平直线位移时，其产生的磁场的正交分量和霍尔传感器41之间的夹角θ，霍尔传感器41的输出信号的幅值，两者之间呈非线性关系；第二，磁钢32的直线位移量L，磁钢32产生的磁场的正交分量和霍尔传感器41之间的夹角θ，两者之间呈非线性关系。

为解决上述难点，通过对霍尔传感器41进行编程调试，使霍尔传感器41的输出信号符合特定的特性曲线，其基本原理见图7。

在实施过程中，首先需确认磁钢32的直线位移范围，磁钢32产生的磁场的正交分量和霍尔传感器41之间的夹角θ的取值范围。其次，根据磁钢32产生的磁场的正交分量和霍尔传感器41之间的夹角θ的取值范围，选取磁钢32进行水平直线位移的工作范围，并设定所述工作范围内，霍尔传感器41输出信号的幅值的上限和下限。此时磁钢32产生的磁场的正交分量和霍尔传感器41之间的夹角θ，霍尔传感器41的输出信号的幅值，两者之间呈非线性关系。

对磁钢32进行水平直线位移的工作范围进行分割，所述工作范围内的每个分割点以及所述工作范围的两个端点，霍尔传感器41的输出信号都有对应的特征幅值，通过设定所述工作范围内每个分割点处霍尔传感器41的输出信号的特征幅值，任意两个相邻分割点之间，霍尔传感器41的输出信号的幅值均近似线性分布，因此霍尔传感器41的输出信号具有多段线性分布的特点。通过上述手段，可使霍尔传感器41根据所述工作范围内输出信号的幅值的上限和下限，以及所述工作范围内每个分割点处的输出信号的特征幅值，以及所述工作范围的两个端点处的输出信号的特征幅值，输出任意需要的输出信号。

比如对磁钢32进行水平直线位移的工作范围进行多段等分，且任意两个相邻的等分点之间的直线位移量为ΔL，如图8所示。所述工作范围的两个端点以及所述工作范围内的每个等分点处，霍尔传感器41的输出信号均有对应的特征幅值，调整所述工作范围内的每个等分点处霍尔传感器41的输出信号的特征幅值，使得霍尔传感器41的输出信号连续且具有多段线性，最终使霍尔传感器41的输出信号的幅值近似线性分布，霍尔传感器41的输出信号为线性信号，所述工作范围的两个端点处的特征幅值对应为霍尔传感器41的输出信号的幅值的上限和下限，如图9所示。因此，霍尔传感器41的输出信号为线性信号，该线性信号的幅值可以单调递增，也可以单调递减，并达到预期的线性精度。

本发明的一种直线位移电位器工作时，霍尔传感器41被置于磁钢32产生的磁场空间内，随着主轴2带动滑块31与磁钢32进行水平直线位移，霍尔传感器41检测到X轴，即与主轴2轴向平行的方向，和Z轴，即竖直方向，两个方向上磁场强度的变化，这种变化通过霍尔传感器41的设定转换成需要的模拟量信号或数字量信号进行输出，得到输出信号。输出信号可以为PWM信号、SPI信号或SSI信号等，外部设备通过采集上述的输出信号来达到直线位移检测的目的。

本发明的一种直线位移电位器的有益效果在于，将传统直线位移电位器的接触式工作方式改为利用霍尔效应的非接触式工作方式，避免电刷与电阻体间的磨损所导致的精度变化，延长了直线位移电位器的工作寿命。同时当霍尔传感器41的输出信号为线性信号时，本发明的一种直线位移电位器具有更好的线性精度。同时也可以通过对霍尔传感器41的预编程，增加本发明的一种直线位移电位器所能输出的输出信号的种类，在同一长度磁屏蔽外壳1内，实现多种工作行程的测量，降低了产品的成本。

同时，本发明的一种直线位移电位器还配备用于固定磁屏蔽外壳1的支架16。

第二实施例：

本发明的一种直线位移电位器的第二实施例，相比于第一实施例的区别在于：后盖13中镶嵌有后轴套15。主轴2的前端沿着磁屏蔽外壳1的轴向水平贯穿前轴套14和前盖12。前轴套14对主轴2进行支撑和导向，前轴套14与主轴2之间的配合可根据不同的使用场合，选择对应的直线轴承来实现，比如滑动轴承、衬套、带有密封性的直线轴承等。

主轴2的后端沿着磁屏蔽外壳1的轴向水平贯穿后轴套15和后盖13。后轴套15对主轴2进行支撑和导向。后轴套15与主轴2之间的配合可根据不同的使用场合，选择对应的直线轴承来实现，比如滑动轴承、衬套、带有密封性的直线轴承等。

主轴2的后部套接有位于磁屏蔽外壳1内部的复位弹簧21，复位弹簧21为主轴2的水平直线位移提供复位功能，复位弹簧21的前端与主轴2固定，复位弹簧21的后端与后轴套15固定。复位弹簧21不是必要部件。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。