专利名称：导电塑料脉冲计数传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种脉冲计数传感器，尤其涉及一种导电塑料脉冲计数传感器。适用于光机电一体化领域里的计算机测控系统。
背景技术：
目前市场上以电压或是电流形式输出位移信号的导电塑料传感器应用比较广泛， 但这类产品输出的是一种模拟量信号，还要通过电路模块或信号转换器件进行转换后才能被计算机测控系统使用。目前，位移导电塑料传感器应用领域里的自动控制系统、伺服系统和信息反馈系统，仍然以接收这两类模拟量信号为主。对于以计算机为控制核心的新型应用领域，模拟量信号的输入是靠模/数转换电路来实现的，转换电路中信号放大电路输出端存在残留电压，无形中增加了传感器的非线性指标，从而损失了传感器的测量精度。另外，导电塑料传感器长时间使用后，电刷与电阻体之间易产生瞬间接触断点，这是这类传感器致命的缺陷。光机电一体化领域的测控系统要求提供能直接输出数字脉冲信号的传感器，目前国内外市场有光电、霍尔、编码器等均能直接输出数字信号。光电传感器通过光电原理产生脉冲方波，经转换线路输出数字信号，其价格昂贵，结构体积大，而且防震功能差，不能适应严酷的工作环境。霍尔传感器，产生方波脉冲计数的工作方式是使用霍尔元件通过磁钢和增速机构再配上电路的作用下，达到要求的方波脉冲数量，这种结构原理通过实践使用，发现其增速机构容易卡死失效，增速机构磨损产生间隙而降低精度。另外，霍尔磁场易受到电磁干扰而失去脉冲信号，或是造成输出信号错乱。这种产品结构较复杂，安装麻烦，在实际使用过程中常出现结构零件破碎等问题，因此，其可靠性差、使用寿命短、外形几何尺寸匹配难、工作环境要求高和抗干扰能力差等诸多不利因素，适应不了现代高性能、高可靠性光机电一体化领域测控系统的需求。
发明内容
本发明的目的在于解决以上所述两类传感器的诸多不良问题，提供一种新型的导电塑料脉冲传感器。本发明的目的通过以下方案实现导电塑料信号源部件及信号微电路模块两部份组成；导电塑料信号源部件包括第一导电塑料条形码盘及第二导电塑料条形码盘均与两组相应的动触点电刷部件的滑动产生两组脉冲信号源；信号微电路模块将其中一组处理信号源为脉冲计数并通过多圈产生累加计数功能，另一组处理信号源为脉冲相位检测信号实现可逆计数功能。本发明导电塑料信号源部件包括壳体、设置在壳体内壁的第一导电塑料条形码盘、设置在壳体上端的同步联、设置在同步联内壁的第二导电塑料条形码盘、设置在壳体内壁的第一轴承、设置在同步联内壁的第二轴承、穿过两轴承的转轴衬套部件、设置在转轴衬套部件上的电刷部件、设置在转轴衬套部件上的用于限位的第一挡圈、设置在转轴衬套部件上的用于限位的第二挡圈、设置在壳体侧面的第一引出端部件、设置在壳体侧面的第二引出端部件、设置在同步联侧面的第三引出端部件、设置在同步侧面的第四引出端部件、设置在壳体侧面的第一引出端部件上的导线、设置在壳体侧面的第二引出端部件上的导线、 设置在同步联侧面的第三引出端部件上的导线、设置在同步联侧面的第四引出端部件上的导线；信号处理微电路模块部件包括微电路模块总成、保护面板、设置于保护面板上的连接插座；防插反的六针连接插座与测控系统的通讯直接插入连接插针。本发明产品的有效工作角度为360° /每圈，任意点可清零，无死区。本发明在传感器壳体的外端面，设置用于安装的螺纹孔，安装端面垂直于转轴的轴心线。本发明传感器伸出的转轴衬套部件上设置有铣扁特征。本发明将导电塑料信号源部件及信号处理微电路模块设计为一体式结构，内部通讯采用设置在壳体侧面的第一引出端部件上的导线、设置在壳体侧面的第二引出端部件上的导线、设置在同步联侧面的第三引出端部件上的导线、设置在同步联侧面的第四引出端部件上的导线共四根导线连接。 本发明所述连接插座为六针防插反插座。本发明所述第一导电塑料条形码盘及第二导电塑料条形码盘产生的两组脉冲信号源，在每360°内连续输出24、48或任意个数占空比为50%的方波脉冲计数信号。本发明所述微电路模块总成由第一输入限流电阻、第二输入限流电阻、第一分压电阻、第二分压电阻、第一输出限流电阻、第二输出限流电阻、第一反馈电阻、第二反馈电阻、第一限幅二极管、第二限幅二极管、第三限幅二极管、第四限幅二极管、第一稳压二极管、第二稳压二极管、第三稳压二极管、第四稳压二极管、第一运算放大器、第二运算放大器、及第一触发器、第二 D触发器构成；第一输入限流电阻、第二输入限流电阻分别接第一运算放大器、第二运算放大器输入正端，第一输入限流电阻、第二输入限流电阻另一端分别为信号处理微电路模块的两个信号源输入端，分别接导电塑料信号源部件产生的两组脉冲信号源；第一限幅二极管、第三限幅二极管反向并接后一端接第一运算放大器输入正端，另一端串接第一反馈电阻后连接至第一 D触发器的脚3，第一运算放大器输出端串接第一输出限流电阻后接至第一 D触发器的脚3，第一分压电阻跨接于第一运算放大器输入负端及第一 D触发器的脚6间，第一稳压二极管、第三稳压二极管反向串联后并接于第一 D触发器的脚3与脚6间；第二限幅二极管、第四限幅二极管反向并接后一端接第二运算放大器输入正端，另一端串接第二反馈电阻后连接至第二 D触发器的脚3，第二运算放大器输出端串接第二输出限流电阻后接至第二 D触发器的脚3，第二分压电阻跨接于第二运算放大器U2输入负端及第二 D触发器的脚6间，第二稳压二极管、第四稳压二极管反向串联后并接于第二 D触发器的脚3与脚6间，第一 D触发器脚2与第二 D触发器U4脚4连接，第一 D触发器脚5与第二 D触发器脚5连接，第一 D触发器的脚1及第二 D触发器的脚1作为本传感器的两个输出端。本发明克服了上述两类传感器的诸多缺憾，减去了模拟量信号传感器所需的模块转换装置，也减去了数字量信号传感器所需的增速机构及磁钢，消除了电磁干扰，结构简单牢固，安装灵活方便。即保持了导电塑料传感器高寿命、高精度、抗干扰能力强等特点，又直接能输出数字信号满足现代智能型的光机电一体化领域测控系统的需求。
图1为本发明总体结构示意图； 图2为本发明外部安装结构示意图； 图3为本发明内部结构示意图4为本发明通讯接口示意图； 图5为本发明在测控系统上的安装示意图； 图6为本发明微电路模块总成电路原理图。
具体实施例方式以下结合实施例并对照附图对本发明进行详细说明。 实施例本实施例由角位移导电塑料脉冲计数传感器构成，传感器由导电塑料信号源部件及信号处理微电路模块两部份组成。导电塑料信号源部件包括壳体1、设置在壳体内壁的第一导电塑料条形码盘2、设置在壳体上端的同步联3、设置在同步联内壁的第二导电塑料条形码盘4、设置在壳体内壁的第一轴承5、设置在同步联内壁的第二轴承6、穿过两轴承的转轴衬套部件7、设置在转轴衬套部件上的电刷部件8、设置在转轴衬套部件上的用于限位的第一挡圈9、设置在转轴衬套部件上的用于限位的第二挡圈10、设置在壳体侧面的第一引出端部件11、设置在壳体侧面的第二引出端部件12、设置在同步联侧面的第三引出端部件13、设置在同步联侧面的第四引出端部件14、设置在壳体侧面的第一引出端部件上的导线15、设置在壳体侧面的第二引出端部件上的导线16、设置在同步联侧面的第三引出端部件上的导线17、设置在同步联侧面的第四引出端部件上的导线18 ；第一导电塑料条形码盘 2、第二导电塑料条形码盘4产生方波脉冲计数信号。信号处理微电路模块部件包括微电路模块总成19、保护面板20、设置于保护面板20上的六针连接插座21 ；防插反的六针连接插座21与测控系统的通讯直接插入连接插针，免导线焊接，具有防电磁干拢功能又使用方便。微电路模块总成19由第一、第二输入限流电阻Rl、R2、第一、第二分压电阻R3、R4、第一、第二输出限流电阻R5、R6、第一、第二反馈电阻R7、R8、第一至第四限幅二极管D1-D4、第一至第四稳压二极管D5-D8、第一、第二运算放大器Ul、U2、及第一、第二 D触发器U3、U4构成。第一、第二输入限流电阻R1、R2分别接第一、第二运算放大器U1、U2输入正端，第一、第二输入限流电阻Rl、R2另一端分别为信号处理微电路模块的两个信号源输入端，分别接导电塑料信号源部件产生的两组脉冲信号源；第一限幅二极管D1、第三限幅二极管D3反向并接后一端接第一运算放大器Ul输入正端，另一端串接第一反馈电阻R7后连接至第一 D触发器U3的脚3，第一运算放大器Ul输出端串接第一输出限流电阻R5后接至第一 D触发器 U3的脚3，第一分压电阻R3跨接于第一运算放大器Ul输入负端及第一 D触发器U3的脚6 间，第一稳压二极管D5、第三稳压二极管D7反向串联后并接于第一 D触发器U3的脚3与脚6间；第二限幅二极管D2、第四限幅二极管D4反向并接后一端接第二运算放大器U2输入正端，另一端串接第二反馈电阻R8后连接至第二 D触发器U4的脚3，第二运算放大器U2 输出端串接第二输出限流电阻R6后接至第二 D触发器U4的脚3，第二分压电阻R4跨接于第二运算放大器U2输入负端及第二 D触发器U4的脚6间，第二稳压二极管D6、第四稳压二极管D8反向串联后并接于第二 D触发器U4的脚3与脚6间，第一 D触发器U3脚2与第二 D触发器U4脚4连接，第一 D触发器U3脚5与第二 D触发器U4脚5连接。第一 D触发器 U3的脚1及第二 D触发器U4的脚1作为本发明的两个输出端。本实施例中的导电塑料条形码盘作为传感器的核心零件，利用导电塑料条形码盘产生方波脉冲计数信号。设计上，采用纳米级的导电塑料树脂及导电填料按全新的工艺及配方按模压法加工，在温度、时间、压力的优选条件下，聚合成立体网状结构，成为不溶不熔的聚合物，表面光洁如镜面，坚硬耐磨，性能稳定，可靠性高。当电流通过时，动触点电刷在导电塑料条形码盘镜面导体上相应的轨迹随传感器转轴的旋转产生位移，通过动触点电刷便360度连续产生占空比为50%的方波脉冲计数信号。每圈可按不同型号要求输出24、48 或任意个数的方波脉冲信号。利用导电塑料条形码盘与电刷的滑动产生的两组信号源，将两组信号源同时输送到传感器的微电路模块中，一组信号源处理为脉冲计数，并通过多圈可以产生累加计数功能。另一组信号源处理为相位检测信号，实现可逆计数功能。当外部测控系统主机停电时，传感器停留在当前位置，恢复用电后当前位置具备记忆功能。产品的有效工作角度为360° /每圈，任意点可清零，无死区。这种分层整体式的传感器输出的信号经处理具有抗电磁干扰的优势。传感器整体结构采用全新设计理念，产品外部结构与市场需求接轨，满足安装要求。在其安装端面设计有安装螺纹孔22，可以将传感器牢牢固定测控系统的安装板23上。传感器的转轴按行业标准尺寸直径为Φ6，在转轴的安装末端，设计有铣扁特征对，便于与测控系统的连轴器有效牢固的安装。安装端面的形位公差保证与转轴的轴心垂直。当在测控系统上使用本发明时，首先将传感器的转轴部件插入测控系统的连轴器，然后将传感器的安装面与测控系统的安装板23贴平，用3个螺钉将传感器固定在安装板23上，再把连轴器上的止动螺钉固紧。传感器安装完毕之后，将测控系统的六针插针插入到传感器的保护面板20上的六针插座上，然后将测控系统接通电源，这时测控系统面板 25上显示的位置为默认值50%。工作状态开始时，执行器的主轴开始旋转，面板上根据传感器输出的信号变化显示的位置量也相应变化，顺时针百分比增大，最大为100%，为位置全开状态，主轴逆时针旋转时，显示的百分比递减，最小为0%，为位置全关状态。通过测控系统的调试，根据主轴旋转的圈数，可调试出所需要的每圈增减百分比值。
权利要求
1.一种导电塑料脉冲计数传感器，其特征在于包括导电塑料信号源部件及信号微电路模块两部份组成；导电塑料信号源部件包括第一导电塑料条形码盘及第二导电塑料条形码盘均与两组相应的动触点电刷部件的滑动产生两组脉冲信号源；信号微电路模块将其中一组处理信号源为脉冲计数并通过多圈产生累加计数功能，另一组处理信号源为脉冲相位检测信号实现可逆计数功能。
2.根据权利要求1所述的导电塑料脉冲计数传感器，其特征在于导电塑料信号源部件包括壳体、设置在壳体内壁的第一导电塑料条形码盘、设置在壳体上端的同步联、设置在同步联内壁的第二导电塑料条形码盘、设置在壳体内壁的第一轴承、设置在同步联内壁的第二轴承、穿过两轴承的转轴衬套部件、设置在转轴衬套部件上的电刷部件、设置在转轴衬套部件上的用于限位的第一挡圈、设置在转轴衬套部件上的用于限位的第二挡圈、设置在壳体侧面的第一引出端部件、设置在壳体侧面的第二引出端部件、设置在同步联侧面的第三引出端部件、设置在同步侧面的第四引出端部件、设置在壳体侧面的第一引出端部件上的导线、设置在壳体侧面的第二引出端部件上的导线、设置在同步联侧面的第三引出端部件上的导线、设置在同步联侧面的第四引出端部件上的导线；信号处理微电路模块部件包括微电路模块总成、保护面板、设置于保护面板上的连接插座；防插反的六针连接插座与测控系统的通讯直接插入连接插针。
3.根据权利要求1所述的导电塑料脉冲计数传感器，其特征在于产品的有效工作角度为360° /每圈，任意点可清零，无死区。
4.根据权利要求1所述的导电塑料脉冲计数传感器，其特征在于在传感器壳体的外端面，设置用于安装的螺纹孔，安装端面垂直于转轴的轴心线。
5.根据权利要求1所述的导电塑料脉冲计数传感器，其特征在于传感器伸出的转轴衬套部件上设置有铣扁特征。
6.根据权利要求1所述的导电塑料脉冲计数传感器，其特征在于将导电塑料信号源部件及信号处理微电路模块设计为一体式结构，内部通讯采用设置在壳体侧面的第一引出端部件上的导线、设置在壳体侧面的第二引出端部件上的导线、设置在同步联侧面的第三引出端部件上的导线、设置在同步联侧面的第四引出端部件上的导线共四根导线连接。
7.根据权利要求2或3所述的传感器，其特征在于连接插座为六针防插反插座。
8.根据权利要求2或3所述的导电塑料脉冲计数传感器，其特征在于第一导电塑料条形码盘及第二导电塑料条形码盘产生的两组脉冲信号源，在每360°内连续输出24、48 或任意个数占空比为50%的方波脉冲计数信号。
9.根据权利要求2或3所述的导电塑料脉冲计数传感器，其特征在于微电路模块总成由第一输入限流电阻、第二输入限流电阻、第一分压电阻、第二分压电阻、第一输出限流电阻、第二输出限流电阻、第一反馈电阻、第二反馈电阻、第一限幅二极管、第二限幅二极管、第三限幅二极管、第四限幅二极管、第一稳压二极管、第二稳压二极管、第三稳压二极管、第四稳压二极管、第一运算放大器、第二运算放大器、及第一触发器、第二 D触发器构成；第一输入限流电阻、第二输入限流电阻分别接第一运算放大器、第二运算放大器输入正端，第一输入限流电阻、第二输入限流电阻另一端分别为信号处理微电路模块的两个信号源输入端，分别接导电塑料信号源部件产生的两组脉冲信号源；第一限幅二极管、第三限幅二极管反向并接后一端接第一运算放大器输入正端，另一端串接第一反馈电阻后连接至第一 D触发器的脚3，第一运算放大器输出端串接第一输出限流电阻后接至第一 D触发器的脚3，第一分压电阻跨接于第一运算放大器输入负端及第一 D触发器的脚6间，第一稳压二极管、第三稳压二极管反向串联后并接于第一 D触发器的脚3与脚6间；第二限幅二极管、 第四限幅二极管反向并接后一端接第二运算放大器输入正端，另一端串接第二反馈电阻后连接至第二 D触发器的脚3，第二运算放大器输出端串接第二输出限流电阻后接至第二 D触发器的脚3，第二分压电阻跨接于第二运算放大器U2输入负端及第二 D触发器的脚6间，第二稳压二极管、第四稳压二极管反向串联后并接于第二 D触发器的脚3与脚6间，第一 D触发器脚2与第二 D触发器U4脚4连接，第一 D触发器脚5与第二 D触发器脚5连接，第一 D触发器的脚1及第二 D触发器的脚1作为本传感器的两个输出端。
全文摘要
本发明公开了一种导电塑料脉冲计数传感器，由导电塑料信号源部件及信号处理微电路模块两部份组成。将导电塑料条形码盘作为传感器的核心零件，利用导电塑料条形码盘与动触点电刷的滑动产生的两组信号源，两组脉冲信号分别通过导电塑料条形码盘、壳体、同步联在内部结构中用导线与微电路模块连接，完成内部通讯。两组信号源同时输送到传感器的微电路模块中，一组信号源处理为脉冲计数，并通过多圈可以产生累加计数功能，另一组信号源处理为相位检测信号，实现可逆计数功能。本发明的结构简单牢固，安装灵活方便，耐磨寿命高达上亿次，可靠性能高，具有高精度、抗干扰能力强等特点，又直接能输出数字信号满足现代智能型的光机电一体化领域测控系统的需求。
文档编号G01D5/244GK102297705SQ201110131570
公开日2011年12月28日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者常见, 张巍林, 简文辉 申请人:江西天河传感器科技有限公司