开关式数字角位移传感器及其应用制造技术

开关式数字角位移传感器及其应用属于量测物体位移或应变的传感装置设计技术领域。其特征是，含有与产生角位移的物体同轴旋转的光源，以光源所在轴为圆心环绕着一条环形栅格带，栅格带上有等宽、等距，且宽度和距离相等的光电材料的栅格，该栅格带的一侧连接有一条环形导体，该栅格带上的每一块栅格的另一侧连接有导电块，栅格通过环形导体和导块串接在电源回路中；光源发射的光的宽度大于环行栅格带上的栅格的宽度；当物体旋转时，带动光源旋转，该光源发射出的光扫描栅格带上的栅格，使得被扫描到的栅格导电，该栅格所在的回路导通，在该回路上输出的电信号经过处理得到物体的角位移量。本发明专利技术能够准确检测出角位移量，采用该方案的各种角位移检测装置能够精确地测出角位移量。

【技术实现步骤摘要】

开关式数字角位移传感器及其应用属于量测物体位移或应变的传感装置设计

技术介绍
本申请人曾于2005年6月17日申请了专利技术专利“开关式数字位移传感器”，申请号200510011955.8，于2005年7月15日申请了专利技术专利“使用位移放大的开关式数字位移传感器”，申请号200510012185.9。在上述两项专利申请中，披露了几种开关式数字位移传感器。如图1所示，在长条形不导电母板上镀上栅格B和电极C，阴影部分代表导电体，非阴影部分不导电。栅格带B随同母板固定在产生相对位移的一个物体上，每个栅格的宽度相等，间距也相等，且栅格宽度与间距等值，C为整条导电电极，位于栅格带B的一侧，与高电平(或者低电平)相接，但与栅格不接触。D为金属滑片开关元件，其宽度为B排栅格的两倍，它与B栅格和C电极良好接触。B排栅格分别通过导线经过必要处理后连接低电平(或者高电平)，这样由导电电极C和B排上的各栅格、直流电源构成了许多回路，每一个回路在栅格与导电电极C之间的间隙处断开。在初始状态位移为零时，滑片D左侧与右边第一个栅格的左侧靠齐。检测位移时，滑片D随着物体的移动而移动，当覆盖在某一个栅格上时，该栅格的回路导通，回路中产生电信号，在回路中接上输出端子G，将信号输出到数据处理电路中处理，可得知滑片D在母板上的位置，滑片D滑过的距离即为物体产生的位移。B栅格的宽度和间距可以随实际需要而适当调整，调整时最好保证每个栅格的宽度相等，间距也相等，且栅格宽度与间距等值。无论任何时候，滑片D都要能够与B栅格接触上。如果滑片D的宽度小于B栅格的间距时，就会出现D滑片能够处在B栅格的间隔中而不碰上任何导电栅格的情况，这时就不能判断滑片D究竟处于栅格带B上的什么位置，从而可能导致位移测量结果失败或者出现误差。所以D滑片宽度最好大于B栅格的间距以避免出现滑片D碰不上任何栅格的情况。而当D滑片宽度大于B栅格的间距时，则会出现D滑片同时碰上两个以上B栅格的情况，这时就可以联合这两个(或几个)B栅格而确定D滑片的位置。但是为了传感器位移判断处理上的便利，将D滑片与栅格的接触宽度做成B栅格间距(B栅格等宽等间距)的两倍最为方便。因为在B栅格等间距等宽度的条件下，D滑片宽度等于B栅格间距两倍时，D滑片同时碰上两个栅格(代表了D滑片处于这两个栅格之间的空位的位置)的概率和D滑片只碰上一个栅格(代表了D滑片处于这个栅格的位置)的概率是相等的，那么B栅格这个“刻度尺”的刻度就是线性的，均匀的，这就十分方便。而如果D滑片的宽度大于B栅格间距但是不等于其间距的二倍，那么B栅格这个“刻度尺”由D来“读”时其“刻度”就不一定是线性的，均匀的，虽然采用数据处理等方法仍有可能识别，但是不太方便，所以不可取。图1中栅格带B上方的栅格带A是另一条代表大刻度的栅格带。量程较大时，显然B栅格上的栅格数量也应该比较大，按上述基本原理的接线和信号处理都比较复杂，因此提出了在格栅带B的基础上增加格栅带A而代表大刻度。如图，在原有栅格带B的基础上，在长条形不导电母板上再增加一排导电体栅格A，栅格A位于导电电极C的另一侧，每一栅格也串接在回路中，栅格间每隔一定距离断开，分缝的中心距应为B栅格上栅格宽度的偶数倍。栅格带B由若干个结构相同的单元组成，图1中给出了第①、②个单元和第③个单元的一部分，本例子中栅格B的每个单元由5个栅格组成。栅格A的分缝间的距离应为B栅格带一个单元的宽度。当滑片D在栅格带B上滑动时，可以判断滑片D在B栅格带的每个单元中位于该单元的第几个栅格上；同时，滑片D也在栅格A上滑动，结合滑片D在栅格A上的位置判别此时滑片D位于栅格带B的第几个单元上。因此，通过滑片D的信号可以判断滑片D位于栅格带B的第几个单元以及该单元上的第几个栅格上，从而确定滑片D的位置。也就是说，将滑片的位置判断分为两部分，一部分表示滑片位置的相对大数(代表滑片位于哪个单元)，另一部分表示滑片位置的相对小数(滑片位于特定单元上的第几个栅格)。传感装置分别判断滑片位置的相对大数和相对小数，合在一起就可确定滑片的位置(这实际上是将位置编码的一种方式，滑片位置的信息确定由不同的编码组合确定)。然后，根据滑片的位置，用数据处理系统和数字仪表显示出物体的位移。而A排栅格的宽度只需保证等于B排栅格的一个单元的总宽度即可。A栅格中各栅格间的接缝比较窄，应该小于滑片D的宽度，这是为了保证滑片D在滑过两块相邻A栅格时，能够同时接触上相邻的这两块A栅格，而不会出现滑片D落在相邻的两个A栅格之间却不碰上任何A栅格的情况。当滑片D同时接触上相邻的两块A栅格时，根据栅格B上的位置信息利用单片机根据已知的判断规则来判断此时滑片D在位置的逻辑意义上是处于两块A栅格中的哪一块上，进而即可判断出滑片D在整条栅格带上的位置。图2所示是以激光发射器作为开关元件的位移传感器，与图1的不同点在于，栅格带B上的栅格是特殊的光电材料(这种光电材料光照时电阻很小，无光照时电阻很大，因此光照时是相对导通状态，无光照时是相对绝缘状态)，在栅格两端均连接普通导电材料块C和S，并通过导电块串接在回路中，激光扫描到的栅格导电，回路导通。图2中栅格带A是表示大刻度的栅格带，栅格间每隔一定距离断开，分缝的中心距应为B栅格上栅格宽度的偶数倍。图3是200510012185.9专利申请中的采用位移放大的开关式数字位移传感器的方案图，其中采用了齿轮放大的方式将线位移先转变为角位移，同时进行角位移放大，再进行测量，其栅格带R为环形，上面分布有光电材料的栅格(与图2所示一致)，R环绕着轴X分布，轴X上装有激光发射器。U为刻有条纹的导条，当U移动时，带动齿轮放大系统中的轴V，齿轮W，轴X旋转，使得激光T在栅格带R上扫描。信号处理原理与触片式的一致，栅格带R的栅格的分布方式与200510011955.8专利申请中的方案是一致的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，基于上述开关式数字传感原理提出一种开关式数字角位移传感器，这种传感器能够检测出物体产生的角位移，还进一步提出了这种传感器在角位移检测器中的应用。本专利技术的特征在于，含有与产生角位移的物体同轴旋转的光源(T)，以光源所在轴为圆心环绕着一条环形栅格带(R)，所述栅格带(R)上有等宽、等距，且宽度和距离相等的光电材料的栅格，该栅格带(R)的一侧连接有一条环形导体(Q)，该栅格带(R)上的每一块栅格的另一侧连接有导电块(S)，所述栅格通过环形导体(Q)和导电块(S)串接在电源回路中；所述光源(T)发射的光的宽度大于环行栅格带(R)上的栅格的宽度；当物体旋转时，带动光源(T)旋转，该光源(T)发射出的光扫描栅格带(R)上的栅格，使得被扫描到的栅格导电，该栅格所在的回路导通，在该回路上输出的电信号经过处理得到物体的角位移量。所述开关式数字角位移传感器作为电子经纬仪角度测量仪的应用，其特征在于，产生角位移的是经纬仪的竖轴(S)，在竖轴(S)上安装光源(T)，所述栅格带(R)以所述竖轴(S)为圆心，当竖轴(S)旋转时，带动光源(T)扫描栅格带(R)。所述的开关式数字角位移传感器作为电子经纬仪角度测量仪的应用，其特征在于，产生角位移的是经纬仪的竖轴(S)，所述栅格带(R)以所述竖轴(S)为圆心分布，在所述竖轴(S)上套有本文档来自技高网...

【技术保护点】
开关式数字角位移传感器，其特征在于，含有与产生角位移的物体同轴旋转的光源（Ｔ），以光源所在轴为圆心环绕着一条环形栅格带（Ｒ），所述栅格带（Ｒ）上有等宽、等距，且宽度和距离相等的光电材料的栅格，该栅格带（Ｒ）的一侧连接有一条环形导体（Ｑ），该栅格带（Ｒ）上的每一块栅格的另一侧连接有导电块（Ｓ），所述栅格通过环形导体（Ｑ）和导电块（Ｓ）串接在电源回路中；所述光源（Ｔ）发射的光的宽度大于环行栅格带（Ｒ）上的栅格的宽度；当物体旋转时，带动光源（Ｔ）旋转，该光源（Ｔ）发 射出的光扫描栅格带（Ｒ）上的栅格，使得被扫描到的栅格导电，该栅格所在的回路导通，在该回路上输出的电信号经过处理得到物体的角位移量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈轮，李云鹤，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]