恒速旋转式无接触型直线位移传感器的制作方法

本实用新型涉及一种机械直线位移传感装置，尤其是通过恒速旋转的马达使软铁产生周期性匀速直线位移的运动触发工作在双稳态的D触发器翻转，并以D触发器输出翻转脉冲电压的脉宽T的大小来反映位移量的传感器。

背景技术：

目前市场上所使用性价比最高的直线位移传感器电阻尺存在诸多缺陷，电阻尺本质上是一个滑动变阻器，在电阻尺的电阻导轨两端加上恒定的电压，滑块上的电刷在电阻导轨上滑动，并以滑块电刷在电阻导轨中的位置的变化来改变分压比的大小，从而实现来自滑块输出电压大小的变化与滑块电刷在电阻导轨中的位置变化大小的线性变化的关系，最终达到直线位移测量的目的。首先电子尺的电刷必须与电阻导轨表面紧密相贴，并且相贴的紧密程度影响接触电阻大小从而导致输出显示数字跳动，这就存在安装中性度的问题，如果安装中性度不符合要求，这就使得滑块在电阻导轨上滑动过程中电刷与电阻导轨表面紧密程度发生改变，其接触电阻也随之改变，严重影响输出线性度。并且电刷与电阻体表面存在严重摩擦磨损，不但限制直线位移测量速度，而且由于长时间的磨损严重影响其使用寿命。电阻尺在长时间使用过程中，由于老化和密封问题导致内部电刷与电阻导轨表面进入大量的灰尘及其其他杂质也会影响其接触电阻导致测量精确度的问题。

技术实现要素：

为了解决上述电阻尺的不足，本实用新型提供了全新的直线位移传感装置，不但解决了普通电阻尺安装中性度导致其电刷与电阻导轨接触电阻影响输出线性度的问题，更重要的是解决了普通电阻尺的电刷与电阻导轨表面存在严重接触磨损，不但严重影响其使用寿命和限制直线位移测量速度的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：采用两个直径相同的小轮M1和M2，且两小轮处于在同一平面内，M1和M2表面上套有同一条履带，M1和M2的距离保持在L使得履带上下呈现两条直线并保持相互平行，履带上放有一个软铁块（凸起），作用是触发磁电式传感器，M1由一个恒速转动的马达驱动按照逆时针以恒速V转动，小轮M2通过履带在M1的带动下按照相同速度逆时针以恒速V转动，履带上的软铁块保持恒定的速度V沿着履带表面做周期性循环移动，并在上履带上呈现出以恒定速度V在L距离内做周期性匀速直线运动，其移动的速度要远远高于直线位移传感器滑块的移动速度以便于直线位移传感器有足够的响应时间。在上履带的上面有一个滑杆并与上履带保持平行，并且与上履带之间的最大距离保持在软铁块能触发磁电式传感器所能响应的最大距离内。在滑杆的B端固定有一个不可移动磁电式传感器，在其A端有另一个可以在滑杆上左右自由移动的磁电式传感器，作用是充当直线位移传感器的滑块。此滑块（磁电式传感器）在滑杆上左右移动的轨迹与上履带上的软铁块周期性匀速直线移动轨迹保持互相平行。两组磁电式传感器的输出端分别与与之对应的放大/整形电路输入端相连，软铁块在移动过程中触发每组磁电式传感器所感应出的电压由与之对应放大/整形电路的放大整形的作用后变成有一定输出幅度并且呈现规则的脉冲电压后送到或门电路两组输入端，或门的输出端与D触发器的触发端CLK相连，D触发器工作在双稳态状态，并且其Q端输出脉冲电压u0的脉宽宽度T大小为输出位移量参数。或门电路的作用在于软铁块在经过每组磁电式传感器时形成触发电压时其输出端UC都由低电0平转为高电平1并触发D触器发生翻转。假设初始状态时D触发器Q端呈现出低电平0，当小轮M1在马达驱动下并通过履带带动小轮M2同时按照逆时针以相同的恒定速度V转动，履带上的软铁块也以同一种恒定速度V沿整个履带表面周期性运动时到达B端固定不可移动的磁电式传感器下方时并感应出感应电压，此脉冲电压经过放大整形电路处理后变成具有一定幅度的规则触发电压u1送到或门电路输入端UA，或门电路输出端UC由低电0平转为高电平1并触发D触发器翻转，其输出Q端由低电平0转为高电平1并保持不变。随着软铁块继续向左恒速移动，直至移动到滑块（另一个可以在滑杆上左右移动的磁电式传感器）下方时将感应出电压并由另一组放大/整形电路进行放大整形后形成另一个具有一定幅度规则的触发电压u2并送到或门电路的输入端UB，或门电路输出端UC再次由低电平0转为高电平1，此时D触发器再次发生翻转，其Q端由高电平1转为低电平0并保持不变。当直线位移传感器的滑块在滑杆上左右自由移动时，D触发器翻转所形成的脉冲电压的脉宽T与两组磁电式传感器之间的相对距离呈现正比变化，最终将位移量转为脉冲电压脉宽参数T的变化，达到无接触直线位移测量的目的。

本实用新型的有益效果是：滑块（一组可在滑杆上左右移动的磁电式传感器）与在履带表面做周期性匀速直线运动的软铁块之间无任何接触，所以不存在普通电阻尺电刷与电阻导轨表面之间接触磨损限制测量速度和影响其使用寿命的问题，大大提升了直线位移传感器的使用寿命和直线位移测量速度，由于软铁块在整个周期性匀速直线移动过程中保持恒定速度，且其移动速度远远高于滑块磁电式传感器在滑杆上左右移动速度，就保证了整个直线位移测量过程中具有良好的重复性和足够快的响应时间。两个磁电式传感器所输出的脉冲电压触发工作在双稳态的D触发器的翻转并以D发器翻转所形成脉冲电压的脉宽T的宽度来反映位移量的变化，和普通电阻尺以输出电压大小变化来反映位移量相比解决了其安装中性度影响其电刷与电阻导轨之间的接触电阻变化对输出电压的影响，导致直线位移测量的精确度的问题。即使由于长时间使用使得履带表面进入大量灰尘和其他杂质，只要不影响软铁块对两组磁电式传感器的触发，最终仍然不能影响其测量结果的精确度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的原理图

图2是本实用新型中两个磁电式传感器结构图

图3是本实用新型工作原理示意图

图中1.为马达直接驱动的小轮M1，2.与M1直经相同并与M1处在同一平面内的小轮M2，3.下履带，4.上履带，5.软铁块，6.滑块，7.固定磁电式传感器，8. 滑杆，9.弹簧线，10.与固定磁电式传感器对应的第二放大/整形电路，11，与滑块对应的第一放大/整形电路，12触发电压u2，13. 触发电压u1，14.或门电路，15. 触发电压u3，16.D触发器，17.输出脉冲电压u0，18.软铁块，19.永磁铁，20.线圈，21.线圈引线，22.线圈引线。

具体实施方式

在图1中，小轮M1（1）与小轮M2（2）直径相同，并处于在同一平面内，M1M2距离保持固定为L，使得下履带（3）和上履带（4）变成直线且互相平行。M1（1）在马达驱动下以恒速V逆时针转动，M2 (2)在通过整条履带作用下由M1 (1)带动以恒速V逆时针转动。软铁块（5）在整条履带表面以恒速V做周期性循环移动，在上下履带以恒定速度V在L距离内做周期性匀速直线运动。滑杆（8）与下履带（3）上履带（4）互相平行，固定磁电式传感器（7）在滑杆（8）B端位置固定不变，滑块（6）在滑杆（8）上左右自由移动，滑杆（8）与上履带（4）距离固定在使软铁块（5）引起滑块（6）和固定磁电式传感器（7）的响应距离内为准。滑块（6）移动轨迹沿软铁块（5）整个周期性循环移动的运动轨迹的直线部分移动，固定磁电式传感器（7）与滑块（6）沿着软铁块（5）整个周期性循环移动的运动轨迹直线部分呈现相对运动。滑块（6）输出端经弹簧线（9）与第一放大/整形电路（11）输入端相连，第一放大/整形电路（11）输出端与或门电路（14）输入端UB相连，固定磁电式传感器（7）输出端与第二放大/整形电路（10）输入端相连，第二放大/整形电路（10）输出端与或门电路（14）输入端UA相连，或门电路（14）输出端UC与D触发器（16）触发端CLK相连，D触发器（16）Q端为最终输出端Out。

在图2中，线圈（20）缠绕在永磁体（19）上，穿过线圈（20）的磁通量不会变化，当软铁（18）靠近永磁铁（19）的缺口时，由于软铁（18）的磁导率比空气大，会使得永磁铁与缺口空气所以形成的闭合磁路的磁阻比软铁（18）与永磁铁所形成的闭合磁路的磁阻大，最终引起穿过线圈（20）的磁通量的变化而在线圈中产生感应电压并通过线圈引线21和22引出进行放大/整形的处理。

在图3中，假设初始时间滑块（6）在滑杆（8）的A位置，D触发器 (16) Q端为低电平0，随着小轮M1 (1)和M2 (2)以恒定速度V逆时针转动，履带上的软铁块（5）也以恒定速度V运动，在t0时刻运动到固定磁电式传感器（7）下方时，固定磁电式传感器（7）输出一脉冲电压经第二放大/整形电路（10）后变成具有一定幅度触发电压u1并送入或门电路（14）输入端UA，或门电路（14）输出的端UC由低电平0转为高电平1，D触发器（16）翻转，其Q端输出高电平1并保持不变，在t1时刻，软铁块（5）移动到滑块（6）下方，滑块（可在滑杆上左右移动的磁电式传感器）输出一脉冲电压经过第一放大/整形电路（11）放大整形后变成具有一定幅度触发电压u2并送入或门电路（14）输入端UB，或门电路（14）输出端UC由低电平0转为高电平1，D触发器（16）在t1时刻再次翻转，其Q端由高电平1再次转为低电平0并保持不变，输出脉冲电压u0脉宽为T0，如果滑块（6）移动到滑杆（8）的位置a1位置，D触发器（16）在t2时刻再次翻转为低电平0，输出脉冲电压的脉宽为T1，滑块（6）移动到滑杆（8）a2位置时，D触发器（16）在t3时刻再次翻转为低电平0，输出脉冲电压脉宽为T2，滑块（6）移动到滑杆（8）a3位置时，D触发器（16）在t4时刻再次翻转为低电平0，输出脉冲电压脉宽为T3，滑块（6）移动到滑杆（8）a4位置时，D触发器（16）在t5时刻再次翻转为低电平0，输出脉冲电压脉宽为T4。软铁块（5）在履带表面以恒定速度V做周期性循环移动，滑块（6）和固定磁电式传感器（7）在软铁块（5）运动轨迹上，以软铁块（5）能触发其响应距离内，与软铁块（5）的距离保持固定不变。固定磁电式传感器（7），在软铁块（5）的运动轨迹，上面的一固定位置不变，滑块（6）沿软铁块（5）的移动轨迹自由移动。滑块（6）与固定磁电式传感器（7），沿软铁块（5）移动轨迹保持相对运动。软铁块（5）在履带表面以恒速V做周期性循环移动速度，要远远高于滑块（6）与固定磁电式传感器（7），沿软铁块（5）移动轨迹保持相对运动的速度，以保证整个直线位移测量的响应时间。固定磁电式传感器（7）与滑块（6），在软铁块（5）移动轨迹上面，受到软铁块（5）周期性触发。固定磁电式传感器（7），在软铁块（5）周期性触发后所输出的脉冲电压u1，引起工作在双稳态的D触发器（16）输出翻转，与滑块（6）在软铁块（5）周期性触发后所输出的脉冲电压u2，引起工作双稳态的D触发器（16）的输出翻转的状态相反。由处在双稳态的D触发器（16），所输出脉冲电压u0（17）的脉冲宽度T，与固定式磁电传感器（7）和滑块（6），沿软铁块（5）移动轨迹之间的相对距离成正比。