一种基于线性位移测量的紧凑式直线位移传感器的制作方法

本发明涉及线性位移传感器测量，具体涉及一种基于线性位移测量的紧凑式直线位移传感器。

背景技术：

1、位移传感器用于位移测量，按照测量方式主要分为绝对式测量和增量式测量两种类型，被广泛应用于直线电机、运动平台、半导体设备、及一些专用自动化设备中。其中增量式的直线位移传感器可以将测量范围内的任何一点作为起始零点，且相比于绝对式的位移传感器成本更低，故而被广泛应用于不追求绝对定位能力的小型直线电机、运动导轨及一些自动化产线设备中。

2、对于这类需求，市面上主要是采用钢带作为标尺的一类传感器，但是其安装方法相对复杂且表面相对脆弱，容易被刮/磨伤以损失其功能，存在较大的优化空间。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种基于线性位移测量的紧凑式直线位移传感器，结构设置紧凑，小型化程度高，安装方便，能够适用于安装空间较小的线性位移测量场景。

2、本发明提供的基础方案为：一种基于线性位移测量的紧凑式直线位移传感器，包括定尺组件、读数头和零点模块；所述定尺组件包括定尺及信号处理模块；所述读数头包括动尺及前置信号处理模块；所述定尺上设有激励电极，所述动尺上设有感应电极，所述激励电极和感应电极用于进行信号传输与位移测量；所述信号处理模块分别与前置信号处理单元及外接驱动器建立信号连接；所述零点模块用于判断零点位置；

3、且定尺与动尺的安装方式为：定尺与动尺对向平行设置且相隔有间隙；所述定尺组件通过背胶固定安装；所述定尺、动尺和零点模块均为pcb材质。

4、进一步，所述定尺与信号处理模块集成为定尺组件；所述定尺上的激励电极设置处的定尺宽度小于等于10mm；定尺组件的最大宽度小于等于28mm。

5、进一步，所述读数头的最大总宽度小于等于18mm；所述零点模块的宽度小于等于7mm。

6、进一步，所述信号处理模块中设有信号处理电路；所述信号处理电路包含有激励单元、信号处理单元和用于指示定尺与读数头安装间隙状态的安装指示灯单元。

7、进一步，所述信号处理模块还包括第一壳体；所述信号处理电路设于第一壳体内。

8、进一步，所述第一壳体上开设有用于观察安装状态的指示灯灯孔。

9、进一步，所述前置信号处理模块中设有前置信号处理电路；所述前置信号处理电路包括信号放大单元和光敏耦合单元。

10、进一步，所述读数头还包括第二壳体；所述动尺和前置信号处理电路设于第二壳体内；所述动尺上开设有一窗口，且所述窗口与所述前置信号处理电路的光敏耦合单元正对设置。

11、进一步，所述零点模块设于定尺的有激励电极分布段的一侧边；所述零点模块的正反两面分别设有黑白黑的间隔丝印和白黑白的间隔丝印。

12、进一步，所述定尺、动尺和零点模块均为柔性pcb材质，且所述定尺的厚度设定为1mm--1.3mm范围内；动尺21的厚度设定为1mm--1.3mm范围内；零点模块的厚度设定为0.5mm--0.9mm范围内。

13、本发明的工作原理及优点在于：将定尺设置在被测件的固定部件上，并使得定尺的基准边与被测件的运动轨迹保持良好的直线度关系；读数头则设置在与被测件同步做线性运动的部件上，根据用户的零点位置定义将零点模块设置在定尺周边某段位置，在开机后，当读数头带动其中的光敏单元运动到与零点模块对齐时，即可进行零点位置读取和判断。被测件相对于零点的位移被转换为读数头相对于零点模块位置的位移，进而被测件的位移将通过动尺感应电极相对于定尺激励电极之间的线性运动所产生的信号进行转换测量。在此过程中，信号处理电路发出激励信号，通过信号处理单元处理并传递于定尺的激励电极，在读数头相对于定尺运动时，动尺的感应电极经电场耦合获得行波信号，并经前置信号处理单元对信号进行放大和比较处理，再通过读数头与信号处理电路的连接导线将信号传输回信号处理电路变为数字信号并通过与驱动器连接的导线传输至驱动器端以获取当前位移。

14、本发明一种基于线性位移测量的紧凑式直线位移传感器，结构设置简洁，能够精准测量直线位移。并且，本方案中，定尺、动尺和零点模块均为pcb材质，相比于常规采用钢带等作为标尺的一类传感器，加工精度与加工要求相对较低，更易于加工制作，且pcb材质定尺的韧性更佳，在固定标尺时能够通过对定尺涂覆背胶以进行粘贴固定，安装方式更为简洁方便。此外，标尺宽度能够进一步减小，进而能够进一步缩减传感器体积，小型化程度高，能够适用于安装空间较小的线性位移测量场景。此外，本方案还设置有第一、第二壳体，能够充分保护传感器结构，传感器运作更安全。

技术特征：

1.一种基于线性位移测量的紧凑式直线位移传感器，包括定尺组件、读数头和零点模块；其特征在于，所述定尺组件包括定尺及信号处理模块；所述读数头包括动尺及前置信号处理模块；所述定尺上设有激励电极，所述动尺上设有感应电极，所述激励电极和感应电极用于进行信号传输与位移测量；所述信号处理模块分别与前置信号处理单元及外接驱动器建立信号连接；所述零点模块用于判断零点位置；

2.根据权利要求1所述的一种基于线性位移测量的紧凑式直线位移传感器，其特征在于，所述定尺与信号处理模块集成为定尺组件；所述定尺上的激励电极设置处的定尺宽度小于等于10mm；定尺组件的最大宽度小于等于28mm。

3.根据权利要求2所述的一种基于线性位移测量的紧凑式直线位移传感器，其特征在于，所述读数头的最大总宽度小于等于18mm；所述零点模块的宽度小于等于7mm。

4.根据权利要求1所述的一种基于线性位移测量的紧凑式直线位移传感器，其特征在于，所述信号处理模块中设有信号处理电路；所述信号处理电路包含有激励单元、信号处理单元和用于指示定尺与读数头安装间隙状态的安装指示灯单元。

5.根据权利要求4所述的一种基于线性位移测量的紧凑式直线位移传感器，其特征在于，所述信号处理模块还包括第一壳体；所述信号处理电路设于第一壳体内。

6.根据权利要求5所述的一种基于线性位移测量的紧凑式直线位移传感器，其特征在于，所述第一壳体上开设有用于观察安装状态的指示灯灯孔。

7.根据权利要求1所述的一种基于线性位移测量的紧凑式直线位移传感器，其特征在于，所述前置信号处理模块中设有前置信号处理电路；所述前置信号处理电路包括信号放大单元和光敏耦合单元。

8.根据权利要求7所述的一种基于线性位移测量的紧凑式直线位移传感器，其特征在于，所述读数头还包括第二壳体；所述动尺和前置信号处理电路设于第二壳体内；所述动尺上开设有一窗口，且所述窗口与所述前置信号处理电路的光敏耦合单元正对设置。

9.根据权利要求1所述的一种基于线性位移测量的紧凑式直线位移传感器，其特征在于，所述零点模块设于定尺的有激励电极分布段的一侧边；所述零点模块的正反两面分别设有黑白黑的间隔丝印和白黑白的间隔丝印。

10.根据权利要求1所述的一种基于线性位移测量的紧凑式直线位移传感器，其特征在于，所述定尺、动尺和零点模块均为柔性pcb材质，且所述定尺的厚度设定为1mm--1.3mm范围内；动尺21的厚度设定为1mm--1.3mm范围内；零点模块的厚度设定为0.5mm--0.9mm范围内。

技术总结
本发明涉及线性位移传感器测量技术领域，公开了一种基于线性位移测量的紧凑式直线位移传感器，包括定尺组件、读数头和零点模块；定尺组件包括定尺及信号处理模块；读数头包括动尺及前置信号处理模块；定尺上设有激励电极，动尺上设有感应电极，激励电极和感应电极用于进行信号传输与位移测量；信号处理模块分别与前置信号处理单元及外接驱动器建立信号连接；零点模块用于判断零点位置；且定尺与动尺的安装方式为定尺与动尺对向平行设置且相隔有间隙；定尺组件通过背胶固定安装；定尺、动尺和零点模块均为PCB材质。本发明结构设置紧凑，小型化程度高，安装方便，能够适用于安装空间较小的线性位移测量场景。

技术研发人员：蒲红吉,彭凯,于治成,王合文,樊星辰
受保护的技术使用者：通用技术集团国测时栅科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13