CN111692959A - 一种位移测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种位移测量装置，包括压力传感器和推拉件，所述压力传感器被配置为固定安装，所述推拉件被配置为滑动安装，所述推拉件配置有弹性件，所述推拉件移动时所述弹性件作用于所述压力传感器，所述压力传感器将压力信号传输给控制器，所述控制器将压力变化量转换为位移量。本发明提供的一种位移测量装置，提高了测量装置的最小识别精度，同时可有效降低成本，延长该装置的使用寿命。

Description

一种位移测量装置

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种位移测量装置。

背景技术

电子尺，又叫直线位移传感器，是一种将位移物理量转换成电信号以进行位移测量的装置。

现有技术中的电子尺一般为滑动电阻式或者光栅式结构，其中，滑动电阻式利用拉绳带动轮轴，使轮轴中央的电位器产生电阻变化，测量电位器电压来确定拉绳拉出的距离，此种结构安装复杂，需要空间较大，拉绳易磨损断裂，长期运转后电位器损坏率高；而光栅式拉尺是数字式相对编码读取，利用计数器来计算拉尺位置，需要尺杆带动光栅一起运动，其精度是根据光栅精度及光电管精度确定，这种特性局限了光栅尺的最小识别精度，无法做到更小的分辨率来表达拉尺表述的长度，而提高光栅尺的最小识别精度，会使得成本大大增加。

发明内容

本发明为解决现有技术中电子尺最小识别精度低且成本高的技术问题，提出了一种位移测量装置，应用这种位移测量装置，提高了最小识别精度，同时可延长装置的使用寿命、降低成本。

本发明的技术方案：

一种位移测量装置，包括：

压力传感器，所述压力传感器被配置为固定安装；

推拉件，所述推拉件被配置为滑动安装，所述推拉件配置有弹性件，所述推拉件移动时所述弹性件作用于所述压力传感器，所述压力传感器将压力信号传输给控制器，所述控制器将压力变化量转换为位移量。

在推拉件移动时，无论是朝向压力传感器还是远离压力传感器，弹性件均会作用于压力传感器，压力传感器会受到弹性件施加的不同大小的压力，并将其受到的压力转换为电信号传输给控制器，控制器将压力变化量转换为位移量，这样，本申请的位移测量装置将位移变化量通过弹性件转换成压力变化，继而通过压力传感器将压力变化转变成电信号，最终控制器将电信号转换成位移量输出。

进一步地，所述压力传感器包括：

悬臂支架，所述悬臂支架包括承压部、悬臂和被配置为固定安装的支撑部，所述承压部通过所述悬臂连接所述支撑部，所述推拉件贯穿所述承压部且为间隙配合，所述弹性件在所述推拉件的作用下顶靠所述承压部；

应变片，所述应变片安装在所述悬臂上。

进一步地，所述弹性件为弹簧，所述弹簧套设在所述推拉件上，所述弹簧的一端和所述推拉件相对固定，所述弹簧的另一端压紧所述压力传感器。

优选地，所述位移测量装置还包括滑动套，所述滑动套固定安装在所述承压部上，且所述滑动套将所述弹性件的作用力传递给所述承压部。

进一步地，所述悬臂支架的一侧固定安装所述滑动套，所述悬臂支架的另外一侧设有限位件，所述限位件和所述推拉件固定连接。

优选地，所述推拉件上设有固定座，所述弹簧的一端压紧所述固定座。

进一步地，所述位移测量装置还包括采样电路板，所述采样电路板上设有所述控制器，所述控制器将压力变化量转换为位移量。

进一步地，所述采样电路板上还设有模数转换模块和数字接口，所述模数转换模块将所述压力信号转换为位移数字信号，并通过所述数字接口输出；同时，所述采样电路板上还设有数字处理模块、数模转换模块和模拟接口，所述数字处理模块将所述模数转换模块输出的数字信号处理并输出到所述数模转换模块，所述数模转换模块输出位移模拟信号，并通过所述模拟接口输出。

进一步地，所述位移测量传感器还包括外壳，所述外壳内固定安装所述压力传感器，所述推拉件至少一端位于所述外壳的外侧。

进一步地，所述弹性件至少一部分位于所述外壳内侧。

采用上述技术方案后，本发明提供的一种位移测量装置，与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明的位移测量装置，通过在推拉件上设置弹性件，当推拉件移动时，弹性件作用于压力传感器，压力传感器将压力变化量转换为位移量输出，整体结构简单，成本低，同时压力传感器使得本发明的最小识别精度和灵敏度较高；

(2)本发明中仅需要设置弹簧的弹性系数和悬臂支架的参数，即可保证测量的最小识别精度达到1um，而现有技术中的电子尺的最小识别精度大约为25um，可见，本发明的位移测量装置的最小识别精度比现有技术高出很多，同时应变片的价格较低，可有效节约成本；

(3)本发明借助固定孔将滑动套固定安装在承压部上，滑动套相当于滑动轴承，这样推拉件和滑动套滑动配合，减小了摩擦，使得推拉杆的运动更加灵活快捷，同时使得摩擦带来的测量误差减小；

(4)本发明的承压部、悬臂和支撑部可一体成型，且材料为合金钢，合金钢具有较高的强度，在满足测量量程时，不易发生塑性变形，稳定性好，可靠性高；

(5)本发明的位移测量装置既配备有常用的数字接口如HDMI接口，又配有模拟接口如VGA接口，适用场景广范，方便用户使用。

附图说明

图1为本发明实施例的位移测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的悬臂支架的结构示意图；

图3为本发明实施例的压力传感器的结构示意图；

图4为本发明实施例的位移测量装置的原理示意图；

图5为本发明实施例的位移测量装置(带外壳)的整体结构示意图。

其中，

压力传感器1，悬臂支架11，承压部111，悬臂112，支撑部113，应变片12；

推拉件2，弹性件21，滑动套22，限位件23，固定座24；

外壳3，采样电路板31，连接口32。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本实施例的位移测量装置包括压力传感器1和推拉件2，推拉件2配置有弹性件21，弹性件21优选为弹簧，弹簧套设在推拉件2上，且图1中弹簧的左端和推拉件2相对固定，弹簧的右端作用于压力传感器1。进一步地，推拉件2被配置为滑动安装，在推拉件2移动时，无论是朝向压力传感器1还是远离压力传感器1移动，弹簧均会作用于压力传感器1，压力传感器1会受到弹簧施加的不同大小的压力，并将其受到的压力转换为电信号传输给控制器，控制器将压力变化量转换为位移量，这样，本实施例的位移测量装置将位移的变化通过弹簧转换成压力变化，继而通过压力传感器1将压力变化转变成变化的电信号，最终控制器将变化的电信号转换成位移量输出。

需要说明的是，弹簧的状态可以处于压缩状态也可以处于拉伸状态，为了保证测量的精准，本实施例的弹簧优选为一直处于压缩状态，压力传感器1一直受到压力作用。

压力传感器，是在其感受到压力变化后,将压力变化信号转换成电信号输出的传感器，压力传感器通常采用基于应变效应的应变片或者是采用基于压电效应的压电晶体来进行压力信号和电信号的转换，而压电晶体或者应变片的最小识别精度可达0.1um甚至更小，并且这是压电晶体或者应变片的材料属性，无需像光栅尺一样依赖于非常高的加工精度。本实施例中仅需要设置压力传感器的参数，即可保证测量的最小识别精度达到1um，而现有技术中的电子尺的最小识别精度大约为25um，可见，本实施例的位移测量装置的最小识别精度比现有技术高出很多，同时压电晶体或者应变片的价格较低，可有效节约成本。

由上述内容可知，本实施例的位移测量装置，通过在推拉件2上设置弹簧，当推拉件2移动时，弹簧作用于压力传感器1，压力传感器1将压力变化量转换为位移量输出，整体结构简单，成本低，同时压力传感器1使得本实施例的最小识别精度和灵敏度较高。

优选地，如图2和3所示，本实施例的压力传感器1采用悬臂支架11结合应变片12的结构，悬臂支架11包括承压部111、悬臂112和被配置为固定安装的支撑部113，承压部111通过悬臂112连接支撑部113，推拉件2贯穿承压部111且为间隙配合，弹性件21在推拉件2的作用下顶靠承压部111；具体地，如图2所示，支撑部113呈方形且中部镂空，支撑部113的四个角均设有安装孔可将其安装到刚性物体上，承压部111呈圆环状，位于支撑部113内侧中空处，并通过悬臂112和支撑部113连接。

进一步地，本实施例在悬臂112上安装有应变片12，在保证悬臂112光滑平整后，将应变片12粘接在悬臂112上，并在应变片12紧密粘接后通过专用夹具夹紧，同时在应变片12上均匀涂抹硅胶，可防水防尘，延长了本实施例位移测量装置的使用寿命。

如图1-2所示，呈圆环状的承压部111的中孔可容杆状推拉件2贯穿移动，且两者为间隙配合，推拉件2移动时，弹性件21一直顶靠承压部111，承压部111受到弹性件21施加的不同大小的力便会发生不同程度的弯曲，悬臂112便会发生不同大小的形变，应变片12也会发生不同程度的形变，其电阻也会发生相应变化，控制器根据检测到的应变片12两端的电压值计算并输出位移量。

需要说明的是，此处仅需要设置弹簧的弹性系数和悬臂支架11的参数，即可保证测量的最小识别精度达到1um，同时本实施例的整个转换过程为线性变化，包括弹簧的形变、悬臂支架11的形变以及应变片的微形变，便于计算，同时使得输出结果更加稳定和准确。

优选地，承压部111、悬臂112和支撑部113可一体成型，且材料为合金钢，合金钢具有较高的强度，在满足测量量程时，不易发生塑性变形，稳定性好，可靠性高。

优选地，如图1所示，本实施例的位移测量装置还包括滑动套22，滑动套22固定安装在承压部111上，且滑动套22将弹簧的力传递给承压部111，使得承压部111发生形变。具体地，如图2所示，承压部111上设有若干固定孔，借助该固定孔可将滑动套22固定安装在承压部111上，滑动套22相当于滑动轴承，这样推拉件2和滑动套22滑动配合，减小了摩擦，使得推拉杆的运动更加灵活快捷，同时使得摩擦带来的测量误差减小，当然也可采用直线轴承来替代滑动套22，摩擦更小，滑动效果更好。需要说明的是，由于采用滑动套22后，承压部111的中孔不起间隙配合作用，便可设置承压部111的中孔大于滑动套22的外径，这样，对中孔孔壁的加工精度要求便会降低。

进一步地，本实施的滑动套22安装在悬臂支架11的一侧，而悬臂支架11的另外一侧还设有限位件23，限位件23和推拉件2的另外一端固定，可选但不限于螺纹连接的固定方式，并且，如图1所示，限位件23阻止推拉件2的另外一端向左脱离悬臂支架11，具体地，可在限位件23上设置限位杆，或者是设置限位件23的外形尺寸大于承压部111的中孔尺寸即可。优选地，在弹簧的作用下，限位件23抵住悬臂支架11时，即为本实施例的位移测量装置的零位。

优选地，如图1所示，推拉件2的一端固定有固定座24，固定方式可选但不限于螺纹连接，弹簧的一端压紧固定座24，弹簧的另外一端压紧滑动套22，由于弹簧一直处于压缩状态，在推拉件2移动过程中，弹簧的一端便和固定座24相对固定，不会脱离，当然也可将两者直接固定，具体可选但不限于焊接的固定方式。

进一步地，如图1所示，在使用过程中，将悬臂支架11固定，移动装置如注塑机的驱动器带动固定座24左右移动便可进行位移测量，本实施例的固定座24呈圆台状，其中面积较小的底面朝向弹簧侧，面积较大的底面和驱动器接触，使得固定座24和驱动器呈面面接触，这样只要保证固定座24的底面和推拉件2垂直即可保证驱动器始终沿着推拉件2的长度方向位移，测量结果更准确，误差更小。

进一步地，如图4-5所示，本实施例的位移测量装置还包括外壳3和被配置在外壳3内部的采样电路板31，采样电路板31上设有控制器，控制器将压力变化量转换为位移量，此外，采样电路板31上还设有模数转换模块和数字接口，模数转换模块将压力信号转换为位移量数字信号，并通过数字接口输出；同时，采样电路板31上还设有数字处理模块、数模转换模块和模拟接口，数字处理模块将模数转换模块输出的数字信号处理并输出到数模转换模块，数模转换模块输出位移量模拟信号，并通过模拟接口输出，这样本实施例的位移测量装置既配备有常用的数字接口如HDMI接口，又配有模拟接口如VGA接口，适用场景广范，方便用户使用。

如图5所示，本实施例的压力传感器1内置于外壳3内，具体地，悬臂支架11的支撑部113的四个角共设有四个安装孔，通过该四个安装孔将悬臂支架11的支撑部113固定安装在外壳3内，推拉件2的一端即固定座24位于外壳3的外侧，这样，移动固定座24便可进行位移测量，同时外壳3上还设有连接口32，用于和其他装置如显示器电性连接。

可选地，本实施例的弹簧一部分被配置在外壳3外侧，当然也可将弹簧全部配置在外壳3的内侧，但是需要在外壳3内侧的推拉件上再配置一个类似固定座24的限位座，在推拉件移动时，使得弹簧被压缩，这样从外侧看不到弹簧，整体看起来更加美观，也不影响实际的测量。

由上述内容可知，本实施例提供的一种位移测量装置，提高了测量的最小识别精度，同时可有效降低成本，延长位移测量装置的使用寿命。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种位移测量装置，其特征在于，包括：

压力传感器(1)，所述压力传感器(1)被配置为固定安装；

推拉件(2)，所述推拉件(2)被配置为滑动安装，所述推拉件(2)配置有弹性件(21)，所述推拉件(2)移动时所述弹性件(21)作用于所述压力传感器(1)，所述压力传感器(1)将压力信号传输给控制器，所述控制器将压力变化量转换为位移量。

2.根据权利要求1所述的一种位移测量装置，其特征在于，所述压力传感器(1)包括：

悬臂支架(11)，所述悬臂支架(11)包括承压部(111)、悬臂(112)和被配置为固定安装的支撑部(113)，所述承压部(111)通过所述悬臂(112)连接所述支撑部(113)，所述推拉件(2)贯穿所述承压部(111)且为间隙配合，所述弹性件(21)在所述推拉件(2)的作用下顶靠所述承压部(111)；

应变片，所述应变片安装在所述悬臂(112)上。

3.根据权利要求1所述的一种位移测量装置，其特征在于，所述弹性件(21)为弹簧，所述弹簧套设在所述推拉件(2)上，所述弹簧的一端和所述推拉件(2)相对固定，所述弹簧的另一端压紧所述压力传感器(1)。

4.根据权利要求2所述的一种位移测量装置，其特征在于，所述位移测量装置还包括滑动套(22)，所述滑动套(22)固定安装在所述承压部(111)上，且所述滑动套(22)将所述弹性件(21)的作用力传递给所述承压部(111)。

5.根据权利要求4所述的一种位移测量装置，其特征在于，所述悬臂支架(11)的一侧固定安装所述滑动套(22)，所述悬臂支架(11)的另外一侧设有限位件(23)，所述限位件(23)和所述推拉件(2)固定连接。

6.根据权利要求3所述的一种位移测量装置，其特征在于，所述推拉件(2)上设有固定座(24)，所述弹簧的一端压紧所述固定座(24)。

7.根据权利要求1所述的一种位移测量装置，其特征在于，所述位移测量装置还包括采样电路板(31)，所述采样电路板(31)上设有所述控制器，所述控制器将压力变化量转换为位移量。

8.根据权利要求7所述的一种位移测量装置，其特征在于，所述采样电路板(31)上还设有模数转换模块和数字接口，所述模数转换模块将所述压力信号转换为位移量数字信号，并通过所述数字接口输出；同时，所述采样电路板(31)上还设有数字处理模块、数模转换模块和模拟接口，所述数字处理模块将所述模数转换模块输出的数字信号处理并输出到所述数模转换模块，所述数模转换模块输出位移量模拟信号，并通过所述模拟接口输出。

9.根据权利要求1所述的一种位移测量装置，其特征在于，所述位移测量传感器还包括外壳(3)，所述外壳(3)内固定安装所述压力传感器(1)，所述推拉件(2)至少一端位于所述外壳(3)的外侧。

10.根据权利要求9所述的一种位移测量装置，其特征在于，所述弹性件(21)至少一部分位于所述外壳(3)内侧。

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