专利名称：感力尺的制作方法
技术领域：
本发明涉及长度测量器具，尤其涉及一种电子长度测量器具。
技术背景所谓尺就是一种长度或位置的测量器具。目前的长度测量器具可分为 机械式和电子式，机械式长度测量器具有直尺式、游标式、指针表式等； 电子式长度测量器具有容栅式、磁栅式和光栅式等。机械式长度测量器具 是靠刻度来指示位置或长度，具有直观和测量基本不受环境影响等优点； 但机械式长度测量器具也存在读数误差和无法直接向电脑传输数据的问 题。电子式长度测量器具是靠传感器探测游标的位置或探测游标的移动 量，具有数字读数、高分辨率高精度、可向电脑传输数据等优点，可向电 脑传输数据更是为数控设备的闭环控制提供了手段;但电子式长度测量器 具也存在易受环境影响的问题，其中容栅式怕水怕油、磁栅式怕外磁场和 磁性粉末、光栅式怕尘，这样在许多工作环境下就存在可靠性问题；而且 在超长测量中，电子式长度测量器具都会受到超长传感器的制作困难。发明内容本发明旨在提供一种感力的电子长度测量器具，以力来传递位置信 息，提高电子长度测量器具的可靠性并降低成本。本发明的技术解决方案是与如图1所示， 一个长为L的条状尺身100，条状尺身100两端有支承点110和120。在未受压力时条状尺身100 处于受力平衡态，即两端支承点110和120支承力Fi和F2之和等于条状尺身100的重量。在条状触控板100距两端两支承点110和120分别为a 和b的位置130上，对条状尺身IOO施加压力P，支承力Fi和F2的变化 之和AFi+AF2等于压力P，两支承点支承力的变化AFi和AF2反比于施 压点130距支承点的距离a和b，即压力的分配反比于施压点130距支承 点的距离，即<formula>formula see original document page 5</formula>，依上面的关系式，通过测量两个支承点支承力的变化(即压力的分配)AFi 和厶F2，甚至只是测量两个支承点支承力变化的比值AFi/AF2，即两个 支承点支承力变化的相对大小，就可得到施压点130在条状尺身100两端 支承点连线上的位置。而测量被测物体头尾两端的位置，就可得到被测物 体的长度。将两个力学传感元件分别设置在条状直线尺尺身两端的支承位上，两 个力学传感元件都连接测量电路。以一定的弹性力将一游标触压在尺身 上，并让游标在尺身两端的支承位间可自由移动。游标处于尺身的某一位 置时，游标将触压力传递到尺身上，尺身再将触压力分配到两个支承位置， 测量电路由两个力学传感元件感测到触压力的大小，以及在两个支承位置 上的分配，确定游标在直线感力尺尺身上的一维位置。同样，只要在面状平面尺尺身不少于三个的支承位置上都设置力学传 感元件，力学传感元件都连接测量电路。以一定的弹性力将一游标触压在 定位板上，并让游标在面状尺尺身上可自由移动。游标处于面状尺尺身上 的某一位置时，游标将触压力传递到面状尺尺身上，面状尺尺身再将触压 力分配到各支承位置，测量电路由各力学传感元件感测到触压力在各支承 位置上的分配，确定游标在平面感力尺尺身上的二维位置。也可以用两个相互垂直的直线尺来测量游标在平面上的二维位置。当游标在平面上绕固定点旋转时，通过测量游标在平面上两个垂直方 向的位置，也可获得游标的角位置。力学传感元件可以是压力传感元件，也可以是张力传感元件。 力学传感元件通过机构与尺身相连接。 力学传感元件也可以直接安置在尺身上。也可以将力学传感元件安置在尺身的支承框架上，触压力通过尺身传 递到支承框架上，安置在尺身支承框架上的力学传感元件感测到触压力以 及触压力的分布。可以在安置力学传感元件的尺身上或支承框架上设置特别的结构，以 便尺身被触压时，在特别结构处产生相对大的形变，便于力学传感元件对 触压力的测量。与尺身相接触的游标上具有磁性材料，可以被被测物件上的磁性物体 带动，实现非接触非测量。本发明与现有技术对比的有益效果是本发明的感力尺只需测量触压力在尺身上的分布，也就是只需测量各 力学传感元件所受触压力的相对值，就可确定游标在尺身上的位置。力学 测量是一种成熟技术，市场上已具有多种低成本的力学传感元件(如应变 电阻)及其测量电路。而相对值的测量可进大大提高测量精度、降低成本。本发明的感力尺只需在尺身上的少数固定位置设置力学传感元件，就 可测量游标在整个尺身上的位置,克服了大距离测量器具中传感器的制作 困难。触压力的变化值，特别是各力学传感元件所受触压力的相对值，对环 境温度的变化不敏感，湿度对力的传递也完全没有影响，外界声光电也不 会干扰力的传递，故本发明的感力尺几乎不受测量环境的影响，大大提高 测量器具的可靠性。
图1是感力尺位置感测原理的示意图； 图2是本发明具体实施方式
一的结构示意图； 图3是本发明具体实施方式
二的结构示意图； 图4是本发明具体实施方式
三的结构示意图； 图5是本发明具体实施方式
四的结构示意图。
具体实施方式
本发明的实施例之一如图2所示:一种直线感力尺200具有条状尺身 210、尺基座220、游标230、两个力学传感元件241和242、测量电路250 和显示器260等。游标230安装在支架231上，游标230具有滚珠232， 游标230内的弹片233将滚珠232压向尺身210，保持滚珠232与尺身210 相接触。支架231在尺基座220的轨道221上沿条状尺身210方向可自由 移动。支架231在尺基座220的轨道221上滑动时，带动滚珠232在尺身 210上滚动。两个力学传感元件241和242分别设置在尺身210两端的支 承位上，力学传感元件241和242均连接测量电路250，测量电路250连 接显示器260。在游标230处于感力尺200某一位置时，滚珠232在A点 与尺身210相接触触压尺身，尺身210再将触压力传递到两个支承位置， 测量电路250由两个力学传感元件241和242感测到触压力，由两个力学 传感元件241和242感测的触压力的比值确定滚珠232(也就是游标230) 在条状尺身210上的位置，并在显示器260上显示出游标230的位置。实 现一种通过测量压力，在一维方向上获知游标位置的直线感力尺200。本发明的实施例之二如图3所示一种非接触式直线尺300具有条状 尺身310、尺基座320、游标330、两个力学传感元件341和342、测量电 路350和显示器360等。游标330以磁性材料制作，尺身310和尺基座 320均以非磁性材料制作。游标330具有触点331与尺身310相接触，并在尺身310上可自由移动。在被测物件370上固定磁块371。将感力尺300 靠近被测物件370，让条状尺身310的方向与被测物件370运动方向一致， 并让磁性游标330对准被测物件370上的磁块371。当被测物件370移动 时，固定在被测物件370上的磁块371靠磁力带动游标330也同步在尺身 310上移动。两个力学传感元件341和342分别设置在尺身310两端的支 承位上，力学传感元件341和342均连接测量电路350，测量电路350连 接显示器360。被测物件370处于某一位置时，游标330也随同被测物件 370上的磁块371停留在尺身310的对应位置，游标330上的触点331在 A点与尺身310相接触触压尺身，尺身310再将触压力传递到两个支承位 置，测量电路350由两个力学传感元件341和342感测到触压力，由两个 力学传感元件341和342感测的触压力的比值确定触点331 (也就是游标 330)在条状尺身310上的位置，并在显示器360上显示出游标330的位置。 实现一种通过测量磁性压力的非接触式直线尺300。本发明的实施例之三如图4所示 一种平面感力尺400具有面状尺身 410、尺基座420、游标430、四个力学传感元件441和442和443和444、 测量电路450和显示器460等。游标430安装在支架431上，游标430 具有滚珠432，游标430内的弹片433将滚珠432压向尺身410，保持滚 珠432与尺身410相接触。支架431在尺基座420的轨道425上沿垂直于 支架431的方向可自由移动，游标430在支架431上可自由移动，相当于 游标430可在整个面状尺身410上自由移动。支架431在尺基座420的轨 道425上滑动，游标430在支架431上滑动时，滚珠432在面状尺身410 上滚动。四个张力应变电阻片441、 442、 443和444分别直接贴覆在尺身 410面上的四角支承位421、 422、 423和424附近，张力应变电阻片441、 442、 443和444均连接测量电路450，测量电路450连接显示器460。在 游标430处于面状尺身410上某一位置时，滚珠432在A点与尺身410 接触触压尺身，尺身410发生轻微的形变，测量电路450由四个张力应变电阻片441、 442、 443和444感测到尺身410四角形变的不同，而测量出 四角的触压力，由两个张力应变电阻片441和442感测的触压力的比值， 或张力应变电阻片443和444感测的触压力的比值确定滚珠432(也就是 游标430)在面状尺身410上x方向的位置；由两个张力应变电阻片441 和443感测的触压力的比值，或张力应变电阻片442和444感测的触压力 的比值确定滚珠432(也就是游标430)在面状尺身410上y方向的位置； 并在显示器460上显示出游标430的位置。实现一种通过测量压力，在二 维方向上获知游标位置的平面感力尺400。本发明的实施例之四如图5所示: 一种感力角度尺500具有面状尺身 510、尺基座520、游标530、四个力学传感元件541和542和543和544、 测量电路550和显示器560等。游标530固定安装在转架531上，游标 530具有滚珠532，游标530内的弹片533将滚珠532压向尺身510，保 持滚珠532与尺身510相接触。转架531可绕尺基座520上一垂直于面状 尺身510的轴521自由转动，相当于游标530可绕垂直于面状尺身510 的轴521自由转动，并定义轴521的位置为平行于面状尺身510的平面坐 标系x-y的原点。转架531在绕轴521转动时，滚珠532在面状尺身510 上滚动。四个力学传感元件541、 542、 543和544分别设置在尺身510 四角的支承位上，力学传感元件541、 542、 543和544均连接测量电路 550，测量电路550连接显示器560。在游标530处于面状尺身510上某 一位置时，滚珠532在圆R的A点与尺身510接触触压尺身，尺身510 再将触压力传递到四角的支承位置，测量电路550由四个力学传感元件 541、 542、 543和544感测到四角的触压力，由两个力学传感元件541和 542感测的触压力的比值，或力学传感元件543和544感测的触压力的比 值确定滚珠532(也就是游标530)在面状尺身510上x方向的位置；由两 个力学传感元件541和543感测的触压力的比值，或力学传感元件542 和544感测的触压力的比值确定滚珠532(也就是游标530)在面状尺身510上y方向的位置；再由x向和y向的位置计算出游标530的角位置0 ; 并在显示器560上显示出游标530的角位置9 。实现一种通过测量压力， 获知游标角位置的感力角度尺500。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说 明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若 干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1. 一种感力尺，其特征在于具有尺身、游标、若干个力学传感元件、测量电路等，所述的游标触压在尺身上，并且可在尺身上自由移动，所述的力学传感元件通过机构与尺身相连接，力学传感元件连接测量电路，测量电路测量力学传感元件上的触压力，以各力学传感元件上的触压力，确定游标在尺身上的位置。
2、 根据权利要求1所述的感力尺，其特征在于两个力学传感元件分设置在条状尺身的两端，以两个力学传感元件感 测到的触压力，确定游标在尺身上的一维位置。
3、 根据权利要求1所述的感力尺，其特征在于-不少于三个力学传感元件分设置在面状尺身上，以各力学传感元件感测到的触压力，确定游标在尺身上的二维位置。
4、 根据权利要求3所述的感力尺，其特征在于以各力学传感元件感测到的游标的二维位置，确定游标的角位置。
5、 根据权利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于以各力学传感元件感测到触压力的比值，确定游标在尺身上的位置。
6、 根据权利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于所述力学传感元件是压力传感元件或张力传感元件。
7、 根据权利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于所述力学传感元件安置在尺身的支承位上。
8、 根据权利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于所述力学传感元件直接安置在尺身上。
9、 根据权利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于所述力学传感元件安置在尺身的支承框架上。
10、 根据权利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于所述游标上具有磁性材料。
全文摘要
本发明公开了一种感力尺，尺身上具有可移动的游标，在与尺身相连接的机构上设置力学传感元件，通过各力学传感元件测量游标对尺身各支承位触压力的相对大小，确定游标在尺身上的位置。本发明的感力尺通过各力学传感元件所受触压力相对值测位置的方法，可大大提高测量精度、降低成本；通过感力测位置更是几乎不受测量环境的影响，提高了测量器具的可靠性。
文档编号G01B21/02GK101251378SQ20071008425
公开日2008年8月27日 申请日期2007年2月24日 优先权日2007年2月24日
发明者陈其良, 陈梅英 申请人:陈其良;陈梅英