專利名稱：牽軸式位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種位移傳感器，特別是將測量直線位移轉(zhuǎn)換成測量角位移的牽軸式位移傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的以測量角位移代替測量線位移的位移傳感器中，最有代表性的是美國CELESC公司生產(chǎn)的CELESCO系列位移傳感器，這種傳感器也稱拉索式位移傳感器，是將一根拉索均勻繞于一個(gè)繞線輪轂上，繞線輪轂在一個(gè)恒力彈簧作用下旋轉(zhuǎn)回位，繞線輪轂與一個(gè)轉(zhuǎn)軸固連并同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸的軸端與一個(gè)位移傳感器相接。測量時(shí)，拉住拉索的測量端將拉索拉出，拉索拉動(dòng)繞線輪轂使之轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)設(shè)于轉(zhuǎn)軸端頭的位移傳感器測出繞線輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)位移量，通過數(shù)字換算電路，將轉(zhuǎn)動(dòng)位移量換算成線位移量，從而完成線位移量的測量。為了使拉索伸出的長度與繞線輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移量精確對應(yīng)，拉索必須單排均勻地繞于繞線輪轂上，因此CELESCO系列位移傳感器是將繞線輪轂制成均勻的螺紋桿，拉索卡于螺紋桿的螺紋槽內(nèi)，均勻纏繞，以確保拉索端頭的線性位移與繞線輪轂的角位移一一對應(yīng)，但由上述結(jié)構(gòu)本身的缺陷，使上述位移傳感器存在以下缺點(diǎn)1、由于上述位移傳感器時(shí)將整個(gè)量程范圍內(nèi)的拉索全部纏繞于轉(zhuǎn)軸上，而為了保證轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈被纏繞或放出的拉索的長度相同，拉索必須單層地繞于螺紋槽內(nèi)，這樣對于量程范圍寬的傳感器，必須設(shè)有一根很長的繞線輪轂用以纏繞拉索，因此上述位移傳感器體積較大。
2、為了讓拉索回位時(shí)能準(zhǔn)確均勻地纏繞于螺紋槽內(nèi)，必須有一個(gè)精確的繞線對位裝置來確定每一圈拉索的繞線位置，并引導(dǎo)拉索使之纏繞于準(zhǔn)確的螺紋槽內(nèi)，這使上述位移傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。
3、由于繞線輪轂的均勻度和其上螺紋間距的均勻度，及螺紋深度的精確度都將影響測量精度，而要保證一個(gè)很長的繞線軸均勻，且其上螺紋開設(shè)得很精確是十分困難的，因此上述位移傳感器的制作工藝復(fù)雜，其制作精度要求高，而且由于影響測量精度的因素太多，上述位移傳感器的測量誤差較大，其精度一般在0.01mm左右。
4、由于拉索線位移的長度事實(shí)上是繞線軸上螺紋線的長度，因此在將線位移換算成角位移時(shí)，其換數(shù)及補(bǔ)償運(yùn)算較復(fù)雜，數(shù)字換算電路較復(fù)雜，也造成其成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將公開一種量程大，測量精確，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的牽軸式位移傳感器。
本牽軸式位移傳感器與原有技術(shù)相同，也是通過將拉索纏繞于轉(zhuǎn)軸上，拉動(dòng)拉索時(shí)，拉索帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將拉索的線位置量轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量，通過測量轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量得出拉索線位移量。但與現(xiàn)有拉索式位移傳感器不同，本牽軸式位移傳感器不是將拉索完全纏繞于轉(zhuǎn)軸上，利用拉索的拉力直接拉動(dòng)轉(zhuǎn)軸使之轉(zhuǎn)動(dòng)，而是將拉索的中間的一段纏繞于轉(zhuǎn)軸上，通過纏繞于轉(zhuǎn)軸上的拉索的摩擦力帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，因此不需將整個(gè)量程的拉索全部均勻纏繞于轉(zhuǎn)軸上，只要將拉索的一部分纏繞于轉(zhuǎn)軸上帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)即可。本牽軸式位移傳感也包括轉(zhuǎn)軸、收線裝置、拉索和用于測量轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)量的角位移傳感器，一般也設(shè)有一個(gè)基座用于安裝固定各部件；為了使轉(zhuǎn)軸隨拉索的拉伸和收回同步轉(zhuǎn)動(dòng)，拉索的一段必須纏繞于轉(zhuǎn)軸上，在本牽軸式位移傳感器中，拉索的一端為收線端，該端由收線裝置控制，在測量時(shí)通過收線裝置實(shí)現(xiàn)對拉索的收線和放線，拉索的另一端為測量端，測量時(shí)將測量端拉出，或?qū)y量端固定于待測物或測量量具的移動(dòng)部件上，隨待測物或測量量具的移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)，將拉索拉出以進(jìn)行測量；介于收線端和測量端的拉索中段在轉(zhuǎn)軸上纏繞一圈或一圈以上，在轉(zhuǎn)軸上形成一個(gè)拉索纏繞帶，當(dāng)拉索被拉動(dòng)時(shí)，借助纏繞帶與轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；為保證拉索被拉出的線位移量與轉(zhuǎn)軸被牽動(dòng)發(fā)生的轉(zhuǎn)動(dòng)量相互精確對應(yīng)，纏繞帶與轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力應(yīng)足夠大，以保證纏繞于轉(zhuǎn)軸上的拉索與轉(zhuǎn)軸相對靜止，不發(fā)生徑向相對滑移，因此拉索纏繞于轉(zhuǎn)軸上的圈數(shù)可視摩擦系數(shù)的大小而確定，且為了保證拉索移動(dòng)的線量與轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)量精確對應(yīng)，纏繞于轉(zhuǎn)軸上的拉索，即拉索纏繞帶不能相對于轉(zhuǎn)軸發(fā)生沿軸向的相對滑移，因此，纏繞帶的兩端還可以設(shè)有限位擋板，或具有類似功能的裝置，也可在轉(zhuǎn)軸上、纏繞帶所處的位置處，開設(shè)可容納并卡往拉索纏繞帶的容線槽，或開設(shè)有螺紋槽讓拉索纏繞，拉索應(yīng)均勻并單層地纏繞于轉(zhuǎn)軸的固定位置處；為引導(dǎo)拉索確定其纏繞于轉(zhuǎn)軸上的位置，保證其均勻，不重疊地纏繞于轉(zhuǎn)軸上，拉索纏繞帶兩個(gè)引出端處，還可以設(shè)有繞線對位裝置。纏繞帶的兩個(gè)引出端處，還可設(shè)置一個(gè)引線裝置，該裝置可以保證纏繞帶的兩個(gè)引出端與轉(zhuǎn)軸的軸線垂直，此時(shí)拉索牽動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)幾乎僅有沿其圓周的切向力，因此不容易造成繞線帶沿轉(zhuǎn)軸軸線方向發(fā)生滑移。
收線裝置是一個(gè)可以將拉索收回的裝置，它可以是任意結(jié)構(gòu)，可以是自動(dòng)收線，也可以是手動(dòng)收線，只要保證拉索與轉(zhuǎn)軸緊密纏繞，同時(shí)在測量完畢后將拉索收回，在測量時(shí)，保證拉索被拉出即可。收線裝置可以與現(xiàn)有技術(shù)相同，是一個(gè)繞線輪轂，拉索的收線端固定其上，當(dāng)繞線輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)拉索纏繞于繞線輪轂上收回，但收回的拉索可任意纏繞于繞線輪轂上而不會(huì)影響測量結(jié)果；繞線輪轂可以由恒力彈簧控制，以使拉索在被拉出和收回時(shí)均受力均勻，不會(huì)因受力不同而發(fā)生形變等，影響測量精度和傳感器使用壽命。對于小量程的位移傳感器，收線裝置也可以是一段彈簧，拉索的收線端固定于彈簧的自由端上，有彈簧的自由端控制拉索的收線和放線。
收線裝置和轉(zhuǎn)軸可以并排設(shè)置在一條線上，此時(shí)若收線裝置采用繞線輪轂的結(jié)構(gòu)，則繞線輪轂的中軸線應(yīng)與轉(zhuǎn)軸中軸線平行；當(dāng)然繞線輪轂中軸線也可以不與轉(zhuǎn)軸中軸線平行，此時(shí)繞線輪轂與轉(zhuǎn)軸間的拉索可轉(zhuǎn)折一個(gè)方向后，再繞于繞線輪轂上。
本牽軸式位移傳感器可代替現(xiàn)有量具中的位移傳感器，制成新的測量量具。
由于本牽軸式位移傳感器的拉索纏繞于繞線輪轂上時(shí)，無需均勻排列，也不需單層排列，可以任意地纏繞其上，其纏繞情況不會(huì)影響測量值，因此它不需要精準(zhǔn)的繞線對位裝置，且其纏繞輪轂可以很短，因此它的體積可以很小，結(jié)構(gòu)也非常簡單；只要保證被拉索纏繞的一小段長度轉(zhuǎn)軸均勻，則可保證而且本位移傳感器的測量的精度，因此其制作工藝要求不高，成本低廉；且由于影響本位移傳感器測量精度的因數(shù)少，因此本位移傳感器可達(dá)到很高的測量精度，其測量精度一般可達(dá)千分之一毫米，甚至可達(dá)十萬分之一毫米。


圖1為本發(fā)明的一種典型實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的局部A的放大圖；圖3為具有本位移傳感器的千分尺結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為具有本位移傳感器的杠桿表。
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明一種典型實(shí)施方式，在此實(shí)施方式中，本牽軸式位移傳感器設(shè)有用于固定各部件的基座1，轉(zhuǎn)軸3鉸裝于基座1上，由恒力彈簧42控制的繞線輪轂41構(gòu)成的收線裝置4，與轉(zhuǎn)軸3并排設(shè)于同一直線上，且繞線輪轂41的中軸線與轉(zhuǎn)軸3的中軸線平行；拉索2的收線端固定于繞線輪轂41上，測量端21伸于基座1外；介于收線端和測量端21之間的一段拉索2均勻地纏繞于轉(zhuǎn)軸3上，在轉(zhuǎn)軸3上形成一個(gè)纏繞帶22；在本實(shí)施方式中，用于測量轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)量的位移傳感器為容柵位移傳感器5，其兩個(gè)柵片分別裝置于基座1和轉(zhuǎn)軸3上，當(dāng)轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)容柵位移傳感器5的一個(gè)柵片轉(zhuǎn)動(dòng)，從而測出其轉(zhuǎn)動(dòng)量。當(dāng)然，該位移傳感器也可以是光柵傳感器或其他位移傳感器，且該傳感器可以僅裝置于轉(zhuǎn)軸3上或基座1上。為了防止纏繞帶22發(fā)生軸向滑移，本實(shí)施方式中，纏繞帶22兩端還設(shè)有限位擋板6，限位擋板6可設(shè)置于基座1上，也可以設(shè)置于轉(zhuǎn)軸3上，還可通過在轉(zhuǎn)軸3上開設(shè)容線槽或螺紋槽的方式來防止纏繞帶22發(fā)生軸向滑移。
本發(fā)明也可以如圖3所示，收線裝置4與轉(zhuǎn)軸3不設(shè)在同一直線上，此時(shí)收線裝置與轉(zhuǎn)軸3之間的拉索2需折轉(zhuǎn)其走向，同理拉索2的測量端也可不與轉(zhuǎn)軸3設(shè)于同一直線上，而可以折轉(zhuǎn)走向。上述各部件位置的設(shè)置及拉索2走向的設(shè)置，均可根據(jù)需要合理設(shè)置，只要保證纏繞帶22與轉(zhuǎn)軸3不發(fā)生相對滑移，使拉索2的線位移量轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)位移量對應(yīng)變化即可。
本發(fā)明還可以有多種實(shí)施方式，只要是將一段拉索纏繞于轉(zhuǎn)軸之上，拉動(dòng)拉索，利用纏繞于轉(zhuǎn)軸之上的拉索與轉(zhuǎn)軸之間的摩擦力，牽動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
圖2為使用了上述位移傳感器的千分尺，該千分尺包括用于卡緊待測物的量爪，其中一個(gè)為固定量爪9，另一個(gè)為活動(dòng)量爪8，活動(dòng)量爪8可以如圖2中所示，為一個(gè)可軸向滑動(dòng)的柱體，它與固定在基座1上的導(dǎo)套13滑動(dòng)連接，導(dǎo)套13上開有導(dǎo)向槽14，固定在活動(dòng)量爪8上的導(dǎo)向塊12與導(dǎo)向槽14滑配，以防止活動(dòng)量爪8繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，該活動(dòng)量爪8由螺紋推進(jìn)器10推動(dòng)，牽軸式位移傳感器拉索2的測量端21固定于活動(dòng)量爪8上的導(dǎo)向塊12上，測量時(shí)，旋動(dòng)螺紋推進(jìn)器10，螺紋推進(jìn)器10向前推動(dòng)并帶動(dòng)活動(dòng)量爪8向前滑動(dòng)，待活動(dòng)量爪8將待測物夾住時(shí)即可得出測量結(jié)果。當(dāng)螺紋推進(jìn)器10回退時(shí)，依靠收線裝置4的彈力使活動(dòng)量爪8與螺紋推進(jìn)器10同步后退。
圖3為具有本發(fā)明所述位移傳感器的杠桿表，此時(shí)位移傳感器拉索2的測量端21固定于用于轉(zhuǎn)換杠桿式測量頭11位移量的位移轉(zhuǎn)換裝置7的自由端。
本發(fā)明所述位移傳感器還可以代替現(xiàn)有的其他測量裝置上的位移傳感器，形成一種新的測量儀器，其替代方法與上述兩實(shí)施方式相似。
權(quán)利要求
1.牽軸式位移傳感器，包括拉索、收線裝置和轉(zhuǎn)軸，以及用于測量轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)量的角位移傳感器，拉索的尾端由收線裝置控制收回，端頭為測量端，其特征在于處于收線裝置(4)和測量端(21)之間的拉索(2)纏繞于轉(zhuǎn)軸(3)上，形成一圈或一圈以上的纏繞帶(22)，轉(zhuǎn)軸(3)隨拉索(2)的收放牽動(dòng)而同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽軸式位移傳感器，其特征在于所述轉(zhuǎn)軸(3)上、纏繞帶(22)所處位置處，開設(shè)有容線槽或開設(shè)有螺紋槽，或設(shè)有限位擋板，或引線裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的牽軸式位移傳感器，其特征在于在轉(zhuǎn)軸(3)旁、纏繞帶兩個(gè)引出端(23)處設(shè)有繞線對位裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的牽軸式位移傳感器，其特征在于所述收線裝置(4)為繞線輪轂(41)，繞線輪轂(41)由恒力彈簧(42)帶動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的牽軸式位移傳感器，其特征在于所述收線裝置(4)為繞線輪轂(41)，繞線輪轂(41)由恒力彈簧(42)帶動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的牽軸式位移傳感器，其特征在于所述收線裝置(4)為彈簧，拉索(20)的測量端(21)固定于彈簧的自由端上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的牽軸式位移傳感器，其特征在于所述收線裝置(4)為彈簧，拉索(20)的測量端(21)固定于彈簧的自由端上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種牽軸式位移傳感器，包括拉索、收線裝置和轉(zhuǎn)軸，以及用于測量轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)的位移傳感器，拉索的尾端由收線裝置控制收回，端頭為測量端，處于收線裝置和測量端之間的拉索纏繞于轉(zhuǎn)軸上，形成一圈或一圈以上的纏繞帶，所述轉(zhuǎn)軸上、纏繞帶所處位置處開設(shè)有容線槽或開設(shè)有螺紋槽，或設(shè)有限位擋板。本牽軸式位移傳感器的拉索可以任意地纏繞于繞線輪轂上，其纏繞輪轂可以很短，體積很小，結(jié)構(gòu)非常簡單，成本低廉；且由于影響本位移傳感器測量精度的因數(shù)少，因此本位移傳感器可達(dá)到很高的測量精度，其測量精度一般可達(dá)千分之一，甚至可達(dá)十萬分之一。
文檔編號G01B5/04GK1553136SQ0311799
公開日2004年12月8日 申請日期2003年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月28日
發(fā)明者趙飆, 趙志強(qiáng), 趙 飆 申請人:趙飆, 趙志強(qiáng), 趙 飆