一种拉线式位移传感器及基于该传感器的测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种拉线式位移传感器，包括轮毂、拉线、恒力弹簧、轴承、磁铁、磁敏芯片和壳体，所述拉线盘绕设置在轮毂的转轴上，所述恒力弹簧与轮毂相连，所述磁铁固定设置在所述转轴上并与转轴同轴，所述磁敏芯片与磁铁之间具有一定轴向间隙，所述磁敏芯片包括磁纳米膜，所述磁纳米膜为闭合的环状结构，且所述磁纳米膜沿环状结构的长度方向形成闭合磁路，所述环状结构的宽度小于环状结构的边长。相应地，本发明专利技术还提供了一种基于拉线式位移传感器的测量系统。本发明专利技术的位移传感器线性精度高、使用简单、性能稳定且能够满足多数工业领域对位移测量的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测量仪器领域，尤其涉及一种拉线式位移传感器及基于该传感器的测 量系统。
技术介绍
现有工业、军事对物体空间运动的测量要求越来越高，并且环境越来越复杂，利用 原有的测量方式，已不能满足测量精度、环境、频率、耦合等要求。位移传感器是测量系统中 的重要组成部分，其中，拉线式位移传感器在工业、军事等测量中具有非常广泛的应用。 传统的拉线式位移传感器大多采用多圈电位器作为位移传感器转角测量的核心 部件，它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输 出，普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是，为实现测 量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系，电位器式 位移传感器的可动电刷与被测物体相连，物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值 的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。通常在电位器上 通以电源电压，把电阻变化转换为电压输出。传统的拉线式位移传感器由于其电刷移动时 电阻以匝电阻为阶梯变化，其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用 作位移反馈元件的时，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位器的制作中应尽量 减小每匝的电阻值。同时，电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损、分辨力差、阻值偏 低、高频特性差，从而导致测量精度的下降，而且由于受电位器圈数限制，难以满足大位移、 高精度等应用领域的测量，导致拉线式位移传感器的应用范围受到很大的限制。 因此，研究出一种无接触式的拉线式位移传感器技术，并开发满足工业测量应用 的高性能拉线式位移传感器，具有一定的现实意义与实用价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于如何克服传统的拉线式位移传感器中的电位器 存在易磨损、分辨力差、阻值低、高频特性差等的缺点，以及传统的位移传感器难以满足大 位移且测量精度低等的缺陷。 为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种拉线式位移传感器，包括轮毂、拉线、 恒力弹簧、轴承、磁铁、磁敏芯片和壳体，所述拉线盘绕设置在轮毂的转轴上，所述恒力弹簧 与轮毂相连，所述磁铁固定设置在所述转轴上并与转轴同轴，所述磁敏芯片与磁铁之间具 有一定轴向间隙，所述磁敏芯片包括磁纳米膜，所述磁纳米膜为闭合的环状结构，且所述磁 纳米膜沿环状结构的长度方向形成闭合磁路，所述环状结构的宽度小于环状结构的边长。 进一步地，所述拉线用于测量位移量，所述轮毂用于将所述位移量转化为旋转角 度。 进一步地，所述环状结构的宽度为100nm-30mm，所述环状结构的边长为 lmm-300mm〇 进一步地，所述磁敏芯片与磁铁之间的轴向间隙为5mm。 相应地，本专利技术还提供了一种基于拉线式位移传感器的测量系统，包括上述的拉 线式位移传感器、处理元件、通讯接口和显示元件，所述拉线式位移传感器用于采集位移量 信息并将所述位移量信息转化为旋转角度信息，所述处理元件用于将所述旋转角度信息进 行处理得出位移量，所述通讯接口用于将位移量以数字信号输出，所述显示元件用于显示 所述数字信号。 进一步地，所述处理元件包括计算单元，所述计算单元用于根据旋转角度信息计 算得出位移量。 进一步地，所述通讯接口为串行SPI接口和USART接口。 进一步地，所述系统还包括故障检测模块和报警模块，所述故障检测模块用于检 测所述拉线式位移传感器和处理模块是否出现故障，所述报警模块用于在系统出现故障后 进行报警。 进一步地，所述系统还包括存储模块，所述存储模块用于在系统出现故障后保存 数据信息。 本专利技术的拉线式位移传感器及基于该传感器的测量系统，具有如下有益效果： 1、本专利技术的位移传感器线性精度高、使用简单、性能稳定且能够满足多数工业领 域对位移测量的要求。 2、本专利技术位移传感器可将位移量转换为轮毂旋转角度的测量，从而避免采用电位 器，且测量精度高，其中磁敏芯片所感应的角度信号能够随着磁场强度、温度等因素的变化 进行自适应补偿，在恶劣环境下扔能够有较高的精确度。 3、本专利技术的系统中当出现系统故障时能够及时保存测量的数据，性能非常稳定。【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其它附图。 图1是本专利技术的基于拉线式位移传感器的测量系统的结构示意图。 图中：1_轮毂，2-拉线，3-恒力弹簧，4-磁铁，5-测量系统。【具体实施方式】 下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其 他实施例，都属于本专利技术保护的范围。 本专利技术的拉线式传感器的位移如公式（1)计算， x(的=L^x(沒一缉）公式（1) j〇() 其中，x为拉线拉伸或收缩的位移，1为单圈绕线长度，AS为拉线轴移补偿，0。 为初始角度值，Q为旋转之后的角度值。 由图1可知，由于在绕线过程中拉线排列产生了轴向的移动，所以公式⑴中的单 圈绕线长度与半径R、绕线排列的宽度等参数均相关。单圈绕线长度计算公式如公式（2)所 示： 其中，R为滚轮半径，d为拉线的直径。 为消除拉线轴向排列引起的测量偏差，对单圈绕线长度进行校正补偿，拉线轴移 补偿如公式（3)所示： 其中，h为滚轮下沿值导向孔的距离，w为绕线排列宽度，Q为绕线匝数。 由公式（1)_(3)可以确定位移与旋转角度的关系。 实施例一： 本专利技术提供了本专利技术提供了一种拉线式位移传感器，包括轮毂1、拉线2、恒力弹 簧3、轴承、磁铁4、磁敏芯片和壳体，所述拉线2盘绕设置在轮毂1的转轴上，所述恒力弹簧 3与轮毂1相连，所述磁铁4固定设置在所述转轴上并与转轴同轴，所述磁敏芯片与磁铁4 之间具有一定轴向间隙，所述磁敏芯片包括磁纳米膜，所述磁纳米膜为闭合的环状结构，且 所述磁纳米膜沿环状结构的长度方向形成闭合磁路，所述环状结构的宽度小于环状结构的 边长； 其中，所述拉线2用于测量位移量，所述轮毂1用于将所述位移量转化为旋转角 度，所述环状结构的宽度为l〇〇nm，所述环状结构的边长为1_，所述磁敏芯片与磁铁4之间 的轴向间隙为5mm。 相应地，本专利技术还提供了一种基于拉线式位移传感器的测量系统，包括上述的拉 线式位移传感器、处理元件、通讯接口和显示元件，所述拉线式位移传感器用于采集位移量 信息并将所述位移量信息转化为旋转角度信息，所述处理元件用于将所述旋转角度信息进 行处理得出位移量，所述通讯接口用于将位移量以数字信号输出，所述显示元件用于显示 所述数字信号。当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种拉线式位移传感器，其特征在于，包括轮毂(1)、拉线(2)、恒力弹簧(3)、轴承、磁铁(4)、磁敏芯片和壳体，所述拉线(2)盘绕设置在轮毂(1)的转轴上，所述恒力弹簧(3)与轮毂(1)相连，所述磁铁(4)固定设置在所述转轴上并与转轴同轴，所述磁敏芯片与磁铁(4)之间具有一定轴向间隙，所述磁敏芯片包括磁纳米膜，所述磁纳米膜为闭合的环状结构，且所述磁纳米膜沿环状结构的长度方向形成闭合磁路，所述环状结构的宽度小于环状结构的边长。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟明，曹健，
申请(专利权)人：柳州蚊敌香业有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45