專(zhuān)利名稱(chēng)：用于開(kāi)關(guān)式數(shù)字位移傳感器的計(jì)數(shù)器式柵格帶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
用于開(kāi)關(guān)式數(shù)字位移傳感器的計(jì)數(shù)器式柵格帶屬于量測(cè)物體位移或應(yīng)變的傳感裝置設(shè)計(jì)
背景技術(shù)：
目前，已有很多測(cè)量位移和應(yīng)變的傳感裝置。這些位移傳感裝置可分為模擬式和數(shù)字式，主要有電位器、電阻應(yīng)變式、電容式、電感式、渦流式、光電式以及光柵式、感應(yīng)同步器式和磁柵式等。這些傳感裝置技術(shù)都比較成熟，在適宜的工作環(huán)境下，其產(chǎn)品能滿足測(cè)試要求。但在土木工程等許多涉及現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)和環(huán)境條件復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室量測(cè)中，位移傳感器的工作條件往往比較惡劣。溫度、濕度、壓力等外部條件的劇烈變化以及電磁干擾甚至斷電等對(duì)位移傳感裝置的工作穩(wěn)定性提出了更高的要求。在科研和工程實(shí)踐的許多位移量測(cè)工作中，目前還難以獲得量測(cè)工作穩(wěn)定性較高的位移傳感器，甚至還可能無(wú)法得到測(cè)量數(shù)據(jù)。這主要是因?yàn)槟壳皞鞲衅鞯目垢蓴_能力難以滿足這些測(cè)量環(huán)境的要求。例如，電位計(jì)、電阻應(yīng)變式等對(duì)溫度、濕度比較敏感，電容式、電感式、磁柵式等電磁測(cè)量原理的傳感器一般屏蔽要求較高，這些局限性都會(huì)降低位移量測(cè)的可靠性。
本申請(qǐng)人曾于2005年6月17日申請(qǐng)了發(fā)明專(zhuān)利“開(kāi)關(guān)式數(shù)字位移傳感器”，申請(qǐng)?zhí)?00510011955.8，于2005年7月15日申請(qǐng)了發(fā)明專(zhuān)利“使用位移放大的開(kāi)關(guān)式數(shù)字位移傳感器”，申請(qǐng)?zhí)?00510012185.9。在上述兩項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng)中，披露了幾種開(kāi)關(guān)式數(shù)字位移傳感器。如圖1所示，在長(zhǎng)條形不導(dǎo)電母板上鍍上柵格B和電極C，陰影部分代表導(dǎo)電體，非陰影部分不導(dǎo)電。柵格帶B隨同母板固定在產(chǎn)生相對(duì)位移的一個(gè)物體上，每個(gè)柵格的寬度相等，間距也相等，且柵格寬度與間距等值，C為整條導(dǎo)電電極，位于柵格帶B的一側(cè)，與高電平(或者低電平)相接，但與柵格不接觸。D為金屬滑片，其寬度為B排柵格的兩倍，它與B柵格和C電極良好接觸。B排柵格分別通過(guò)導(dǎo)線經(jīng)過(guò)必要處理后連接低電平(或者高電平)，這樣由導(dǎo)電電極C和B排上的各柵格、直流電源構(gòu)成了許多回路，每一個(gè)回路在柵格與導(dǎo)電電極C之間的間隙處斷開(kāi)。在初始狀態(tài)位移為零時(shí)，滑片D左側(cè)與右邊第一個(gè)柵格的左側(cè)靠齊。檢測(cè)位移時(shí)，滑片D隨著物體的移動(dòng)而移動(dòng)，當(dāng)覆蓋在某一個(gè)柵格上時(shí)，該柵格的回路導(dǎo)通，回路中產(chǎn)生電信號(hào)，在回路中接上輸出端子G，將信號(hào)輸出到數(shù)據(jù)處理電路中處理，可得知滑片D在母板上的位置，滑片D滑過(guò)的距離即為物體產(chǎn)生的位移。
B柵格的寬度和間距可以隨實(shí)際需要而適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整時(shí)最好保證每個(gè)柵格的寬度相等，間距也相等，且柵格寬度與間距等值。
無(wú)論任何時(shí)候，滑片D都要能夠與B柵格接觸上。如果滑片D的寬度小于B柵格的間距時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)D滑片能夠處在B柵格的間隔中而不碰上任何導(dǎo)電柵格的情況，這時(shí)就不能判斷滑片D究竟處于柵格帶B上的什么位置，從而可能導(dǎo)致位移測(cè)量結(jié)果失敗或者出現(xiàn)誤差。所以D滑片寬度最好大于B柵格的間距以避免出現(xiàn)滑片D碰不上任何柵格的情況。而當(dāng)D滑片寬度大于B柵格的間距時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)D滑片同時(shí)碰上兩個(gè)以上B柵格的情況，這時(shí)就可以聯(lián)合這兩個(gè)(或幾個(gè))B柵格而確定D滑片的位置。但是為了傳感器位移判斷處理上的便利，將D滑片與柵格的接觸寬度做成B柵格間距(B柵格等寬等間距)的兩倍最為方便。因?yàn)樵贐柵格等間距等寬度的條件下，D滑片寬度等于B柵格間距兩倍時(shí)，D滑片同時(shí)碰上兩個(gè)柵格(代表了D滑片處于這兩個(gè)柵格之間的空位的位置)的概率和D滑片只碰上一個(gè)柵格(代表了D滑片處于這個(gè)柵格的位置)的概率是相等的，那么B柵格這個(gè)“刻度尺”的刻度就是線性的，均勻的，這就十分方便。而如果D滑片的寬度大子B柵格間距但是不等于其間距的二倍，那么B柵格這個(gè)“刻度尺”由D來(lái)“讀”時(shí)其“刻度”就不一定是線性的，均勻的，雖然采用數(shù)據(jù)處理等方法仍有可能識(shí)別，但是不太方便，所以不可取。
圖1中柵格帶B上方的柵格帶A是另一條代表大刻度的柵格帶。量程較大時(shí)，顯然B柵格上的柵格數(shù)量也應(yīng)該比較大，按上述基本原理的接線和信號(hào)處理都比較復(fù)雜，因此提出了在格柵帶B的基礎(chǔ)上增加格柵帶A而代表大刻度。如圖，在原有柵格帶B的基礎(chǔ)上，在長(zhǎng)條形不導(dǎo)電母板上再增加一排導(dǎo)電體柵格A，柵格A位于導(dǎo)電電極C的另一側(cè)，每一柵格也串接在回路中，柵格間每隔一定距離斷開(kāi)，分縫的中心距應(yīng)為B柵格上柵格寬度的偶數(shù)倍。
柵格帶B由若干個(gè)結(jié)構(gòu)相同的單元組成，圖1中給出了第①、②個(gè)單元和第③個(gè)單元的一部分，本例子中柵格B的每個(gè)單元由5個(gè)柵格組成。柵格A的分縫間的距離應(yīng)為B柵格帶一個(gè)單元的寬度。當(dāng)滑片D在柵格帶B上滑動(dòng)時(shí)，可以判斷滑片D在B柵格帶的每個(gè)單元中位于該單元的第幾個(gè)柵格上；同時(shí)，滑片D也在柵格A上滑動(dòng)，結(jié)合滑片D在柵格A上的位置判別此時(shí)滑片D位于柵格帶B的第幾個(gè)單元上。因此，通過(guò)滑片D的信號(hào)可以判斷滑片D位于柵格帶B的第幾個(gè)單元以及該單元上的第幾個(gè)柵格上，從而確定滑片D的位置。
也就是說(shuō)，將滑片的位置判斷分為兩部分，一部分表示滑片位置的相對(duì)大數(shù)(代表滑片位于哪個(gè)單元)，另一部分表示滑片位置的相對(duì)小數(shù)(滑片位于特定單元上的第幾個(gè)柵格)。傳感裝置分別判斷滑片位置的相對(duì)大數(shù)和相對(duì)小數(shù)，合在一起就可確定滑片的位置。(這實(shí)際上是將位置編碼的一種方式，滑片位置的信息確定由不同的編碼組合確定)然后，根據(jù)滑片的位置，用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和數(shù)字儀表顯示出物體的位移。
而A排柵格的寬度只需保證等于B排柵格的一個(gè)單元的總寬度即可。A柵格中各柵格間的接縫比較窄，應(yīng)該小于滑片D的寬度，這是為了保證滑片D在滑過(guò)兩塊相鄰A柵格時(shí)，能夠同時(shí)接觸上相鄰的這兩塊A柵格，而不會(huì)出現(xiàn)滑片D落在相鄰的兩個(gè)A柵格之間卻不碰上任何A柵格的情況。當(dāng)滑片D同時(shí)接觸上相鄰的兩塊A柵格時(shí)，根據(jù)柵格B上的位置信息利用單片機(jī)根據(jù)已知的判斷規(guī)則來(lái)判斷此時(shí)滑片D在位置的邏輯意義上是處于兩塊A柵格中的哪一塊上，進(jìn)而即可判斷出滑片D在整條柵格帶上的位置。
圖2所示是以激光發(fā)射器作為開(kāi)關(guān)元件的位移傳感器，與圖1的不同點(diǎn)在于，柵格帶B上的柵格是特殊的光電材料(這種光電材料光照時(shí)電阻很小，無(wú)光照時(shí)電阻很大，因此光照時(shí)是相對(duì)導(dǎo)通狀態(tài)，無(wú)光照時(shí)是相對(duì)絕緣狀態(tài))，在柵格兩端均連接普通導(dǎo)電材料塊C和S，并通過(guò)導(dǎo)電塊串接在回路中，激光掃描到的柵格導(dǎo)電，回路導(dǎo)通。圖2中柵格帶A是表示大刻度的柵格帶，其長(zhǎng)度為柵格帶B上柵格寬度的偶數(shù)倍(等于柵格帶B單元的寬度)。
圖3是200510012185.9專(zhuān)利申請(qǐng)中的采用位移放大的開(kāi)關(guān)式數(shù)字位移傳感器的方案圖，其中采用了齒輪放大的方式將位移先進(jìn)行放大后再測(cè)量，其柵格帶R為環(huán)形，上面分布有光電材料的柵格，R環(huán)繞著軸X分布，軸X上裝有激光發(fā)射器。U為刻有條紋的導(dǎo)條，當(dāng)U移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)由齒輪放大系統(tǒng)中的齒輪W，軸V，軸X旋轉(zhuǎn)，使得激光T在柵格帶R上掃描。信號(hào)處理原理與觸片式的一致，柵格帶R的柵格的分布方式與200510011955.8專(zhuān)利申請(qǐng)中的方案是一致的。
上述方案中，每一個(gè)柵格都必須連接一根導(dǎo)線，并輸入到單片機(jī)等信號(hào)處理電路進(jìn)行處理，當(dāng)柵格過(guò)多時(shí)會(huì)造成連線復(fù)雜的缺點(diǎn)，增加了制作的復(fù)雜性，也可能使測(cè)量的精度受影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服了上述幾種開(kāi)關(guān)式數(shù)字位移傳感器所存在的接線復(fù)雜的缺陷，對(duì)柵格帶的排列方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)，提出了一種計(jì)數(shù)器式柵格帶，使得傳感器的連線減少，制作工藝簡(jiǎn)單化，精度得到了提高。
本發(fā)明的特征在于，柵格帶R上的柵格劃分為多個(gè)單元，每個(gè)單元包括N個(gè)柵格，N大于等于3，每一個(gè)單元的柵格從同一方向按照同樣的順序依次編號(hào)，所有編號(hào)相同的柵格通過(guò)導(dǎo)電塊S連接同一根導(dǎo)線，并輸入信號(hào)處理電路。
其特征在于，還有一條代表大刻度的柵格帶P，柵格帶P與上述柵格帶R平行排列，柵格帶P上的柵格數(shù)與柵格帶R所分的單元數(shù)相等，且柵格帶P上每一個(gè)柵格的寬度等于柵格帶R上每一個(gè)單元的寬度。
另一種計(jì)數(shù)器式數(shù)字位移傳感器，其特征在于，含有N條柵格帶，N大于等于3，每條柵格帶的兩側(cè)分別連接兩條導(dǎo)電電極，其中一條連接高/或低電平，另一條輸入信號(hào)處理電路；所述N條柵格帶平行分布，構(gòu)成柵格帶組，該柵格帶組沿長(zhǎng)度方向劃分為多個(gè)柵格分布狀況一致的單元，每一個(gè)單元均包括N個(gè)柵格，這N個(gè)柵格均與分布在N條柵格帶上，且沿柵格帶組的長(zhǎng)度方向等距分布。
其特征在于，還有一條代表大刻度的柵格帶P，柵格帶P與上述柵格帶組平行排列，柵格帶P上的柵格數(shù)與柵格帶組所分的單元數(shù)相等，且柵格帶P上每一個(gè)柵格的寬度等于柵格帶組上每一個(gè)單元的寬度。
還有一種計(jì)數(shù)器式數(shù)字位移傳感器，其特征在于，含有N條柵格帶，N大于等于3，每條柵格帶的兩側(cè)分別連接兩條導(dǎo)電電極，其中一條連接高/或低電平，另一條輸入信號(hào)處理電路；所述N條柵格帶平行分布，構(gòu)成柵格帶組，該柵格帶組沿長(zhǎng)度方向劃分為多個(gè)柵格分布狀況一致的單元，這些柵格沿柵格帶組的長(zhǎng)度方向等距分布；每一個(gè)單元中，柵格帶組的不同位置處的柵格導(dǎo)電后輸入信號(hào)處理電路的信號(hào)組成不同的編碼；還有一條代表大刻度的柵格帶P，柵格帶P與所述柵格帶組平行排列，柵格帶P上的柵格數(shù)與柵格帶所分的單元數(shù)相等，且柵格帶P上每一個(gè)柵格的寬度等于柵格帶組的每一個(gè)單元的寬度。
實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明能夠減少開(kāi)關(guān)式數(shù)字位移傳感器的柵格的連線，降低了制作的復(fù)雜性，提高了制作和測(cè)量的精度，達(dá)到了預(yù)期的目的。


圖1是專(zhuān)利申請(qǐng)200510011955.8中的觸片式的開(kāi)關(guān)式數(shù)字位移傳感器示意圖；圖2是專(zhuān)利申請(qǐng)200510011955.8中的激光式的開(kāi)關(guān)式數(shù)字位移傳感器示意圖；圖3是專(zhuān)利申請(qǐng)200510012185.9中的位移放大式的開(kāi)關(guān)式數(shù)字位移傳感器示意圖；圖4是本發(fā)明的計(jì)數(shù)器式的柵格接線示意圖；圖5是分層的計(jì)數(shù)器式的柵格分布示意圖；圖6是增加了大刻度柵格帶的計(jì)數(shù)器式柵格分布示意圖；圖7是分層并增加大刻度柵格帶的計(jì)數(shù)器式的柵格分布示意圖；圖8是采用不同編碼的柵格帶示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明僅僅對(duì)柵格的分布和接線方式做了改進(jìn)，對(duì)于觸片式和激光式的開(kāi)關(guān)式數(shù)字位移傳感器，以及采用位移放大式的傳感器來(lái)說(shuō)，其它方面的設(shè)計(jì)與背景技術(shù)中提及的方案是一樣的，這里僅對(duì)柵格帶的分布狀況作詳細(xì)介紹。
以激光式數(shù)字位移傳感器的為例，如圖4所示R是光電材料柵格條帶(其中淺色陰影部分為光電材料)，等寬等間距，寬度和間距也相等，編號(hào)為1，2，3三種；Q是與R相連的普通導(dǎo)電材料導(dǎo)電電極Q，并與高電平(或低電平)相連；S為導(dǎo)電塊，所有的S塊也被編號(hào)為1，2，3三種，并與柵格R的編號(hào)一一對(duì)應(yīng)。每個(gè)S塊上都有一根引出線，引出線的編號(hào)為1，2或3。整個(gè)柵格帶上所有編號(hào)相同的引出線是連接在一起的，即所有編號(hào)為1的引出線連接在一起，所有編號(hào)為2的引出線也連接在一起，所有編號(hào)為3的引出線也連接在一起(圖中未畫(huà)出來(lái))。這3組引線統(tǒng)稱(chēng)為C，分別與單片機(jī)的3個(gè)引腳連接。T為光束。
由于光電效應(yīng)，光束T照射到的R柵格塊將產(chǎn)生電流，其所在電路呈導(dǎo)電狀態(tài)，則相應(yīng)的單片機(jī)引腳將得到高電平(或者低電平)信號(hào)；而未被照射到的R柵格塊不產(chǎn)生電流(或電流相對(duì)很小)，其所在電路呈相對(duì)絕緣狀態(tài)，則相應(yīng)的單片機(jī)引腳將得到低電平(或者高電平)信號(hào)。則當(dāng)光束T在光電材料柵格條帶R上掃描時(shí)，單片機(jī)的三個(gè)信號(hào)輸入引腳將接受到高低電平交替出現(xiàn)的信號(hào)序列。若Q連接高電平，則當(dāng)光束T在柵格條帶R上向左手方向掃描時(shí)，柵格帶將產(chǎn)生高低電平的信號(hào)序列，其中依次產(chǎn)生高電平的R柵格塊的編號(hào)的循環(huán)序列如下 而當(dāng)光束T向右手方向掃描時(shí)，其中依次產(chǎn)生高電平的R柵格塊的編號(hào)的循環(huán)序列如下 這種電平信號(hào)的循環(huán)序列可以方便地用單片機(jī)識(shí)別。由于光束向左和向右移動(dòng)時(shí)，電平信號(hào)的循環(huán)序列是不同的，所以可以根據(jù)電平信號(hào)序列的排布分辨出光束的移動(dòng)方向。例如若現(xiàn)在是編號(hào)為2的R柵格塊被光束照射，那么該光電柵格塊將呈導(dǎo)電狀態(tài)，則其引出線就是高電平的(假設(shè)Q連接高電平)，即高電平狀態(tài)的R柵格塊的編號(hào)為2。由圖1可見(jiàn)，光束移動(dòng)時(shí)，下一個(gè)被照射的R柵格塊將是“3”或者“1”，若光束寬度為柵格寬度的兩倍，緊接著將會(huì)是“2和3”或者“2和1”同時(shí)被照射到的狀態(tài)，即緊接著下一個(gè)呈現(xiàn)高電平狀態(tài)的R柵格塊就是“2和3”或者“2和1”。如光束向左手方向移動(dòng)，下一個(gè)緊接著出現(xiàn)的高電平的柵格塊為“2和3”；反之，如光束向右手方向移動(dòng)，下一個(gè)緊接著出現(xiàn)的高電平的柵格塊為就為“2和1”。采用寄存器等儲(chǔ)存記憶歷史上的電平信號(hào)的序列和位移量。那么，當(dāng)光束T在光電柵格R掃描時(shí)，單片機(jī)根據(jù)寄存器里記憶的歷史信號(hào)，對(duì)比當(dāng)前的信號(hào)，根據(jù)既定規(guī)律即可判斷光束掃描的方向。如果以向左手為位移的正方向，那么當(dāng)光束T在R柵格條帶上掃描時(shí)，光束T的位置每移動(dòng)一個(gè)R柵格塊的寬度，電平信號(hào)就發(fā)生突變，這時(shí)單片機(jī)首先判斷光束T的移動(dòng)方向若對(duì)比歷史的電平信號(hào)，單片機(jī)判斷光束T是向左移動(dòng)了一格的，就在上一個(gè)位移量上加上一個(gè)R柵格的寬度，反之，減去一個(gè)R柵格的寬度，從而得到新的位移量。然后將這個(gè)新的位移量，及其當(dāng)前的電平信號(hào)儲(chǔ)存記憶起來(lái)以供確定下一個(gè)位移增量(可正可負(fù))時(shí)使用。
如果T光束的寬度不是R柵格寬度的兩倍，進(jìn)行位移判斷時(shí)根據(jù)以上方法相應(yīng)進(jìn)行改動(dòng)即可。例如T光束寬度小于R柵格寬度時(shí)，則當(dāng)光束T在柵格條帶R上向左手方向掃描時(shí)，柵格帶將產(chǎn)生高低電平的信號(hào)序列，其中依次產(chǎn)生高電平的R柵格塊的編號(hào)的循環(huán)序列如下……1→空→2→空→3→空→1→空……同理采用單片機(jī)可以識(shí)別這個(gè)信號(hào)，最終達(dá)到位移判斷的目的。但是上述信號(hào)的1，2，3高電平信號(hào)和空(即1，2，3都低電平)信號(hào)的長(zhǎng)度是不一樣的，即如果T是勻速掃過(guò)，則1，2，3高電平信號(hào)和空(即1，2，3都低電平)信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度是不一樣的，這是不合理的。如果光束T的寬度不是R柵格寬度的兩倍時(shí)，基本上都會(huì)存在以上問(wèn)題。所以確定了光束T的寬度以后，各個(gè)信號(hào)的長(zhǎng)度關(guān)系就確定了，采用單片機(jī)可以進(jìn)行時(shí)間長(zhǎng)度補(bǔ)償，即使得當(dāng)光束T勻速掃過(guò)時(shí)，對(duì)應(yīng)的幾何長(zhǎng)度相等的信號(hào)具有相等的時(shí)間長(zhǎng)度。這是很容易實(shí)現(xiàn)的。所以實(shí)際上光束T的寬度是沒(méi)有限制的，可以比R柵格的寬度小，也可以是R柵格寬度的好幾倍，但光束T寬度為R柵格寬度的兩倍時(shí)比較方便。其實(shí)關(guān)鍵是光束T的光束寬度必須是精確的，這直接影響到最終位移判斷的精度。
上述原理實(shí)際上是一種計(jì)數(shù)器原理通過(guò)判斷光束T移動(dòng)的方向確定計(jì)數(shù)時(shí)的加減關(guān)系，即增量的正負(fù)號(hào)，將增量與原數(shù)相加即得到最新值。所以這種結(jié)構(gòu)只要能保證可以識(shí)別增量的正負(fù)號(hào)即可，也就是說(shuō)能夠判斷光束T的移動(dòng)方向即可。采用三種不同編號(hào)的光電材料柵格塊就可以判斷光束T的移動(dòng)方向，當(dāng)然三種以上的不同編號(hào)的光電材料柵格塊也可以達(dá)到同樣目的。這種計(jì)數(shù)器原理增量測(cè)量方式使得測(cè)量時(shí)使用十分方便。同時(shí)，結(jié)構(gòu)和制作工藝上的簡(jiǎn)化有利于提高可靠性和精度。
為了實(shí)施的方便，可以將圖4中的柵格排列方式轉(zhuǎn)換為圖5中并行排列的結(jié)構(gòu)。該方案其實(shí)只是將圖4中的排成一行的1，2，3柵格拆開(kāi)并排列成3排柵格，構(gòu)成柵格帶組，編號(hào)為1的所有柵格均列于柵格帶R1上，編號(hào)為2的所有柵格均列于柵格帶R2上，編號(hào)為3的所有柵格均列于柵格帶R3上，且柵格的橫向位置不變，僅僅向下錯(cuò)開(kāi)一行。這樣，圖5中柵格帶組也分為多個(gè)單元，每個(gè)單元柵格的分布狀況一致，每一個(gè)單元包含3個(gè)柵格，均勻分布在3條柵格帶上。由于編號(hào)相同的柵格輸入單片機(jī)的同一個(gè)信號(hào)輸入端，因此圖5中的每一條柵格帶兩側(cè)分別連接兩條導(dǎo)電電極，一條連接高(或低)電平，圖中的0所示，另一條則作為信號(hào)端輸入單片機(jī)，圖中的S1、S2、S3所示。其中，R1、R2可以共用一條導(dǎo)電電極0連接高(或低)電平。這樣的柵格分布方式可以將各柵格連接的導(dǎo)線合并為導(dǎo)電帶S1，S2，S3，使得結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，更易于實(shí)施，而且光電柵格可以做得更精密，有利于提高傳感器的分辨率和可靠性。激光的長(zhǎng)度與柵格帶組的長(zhǎng)度一致，能夠同時(shí)覆蓋三條柵格帶，當(dāng)激光進(jìn)行掃描時(shí)，輸入單片機(jī)的三個(gè)信號(hào)會(huì)依次呈現(xiàn)編碼“100”、空、“010”、空、“001”、空、“100”......并持續(xù)循環(huán)下去，根據(jù)前述原理通過(guò)單片機(jī)就可以很容易地處理這種周期循環(huán)的信號(hào)，從而得到待側(cè)位移。
與圖2的情況一致，還可以在圖4的R柵格帶(第一級(jí)柵格帶)基礎(chǔ)上再增加一級(jí)或者幾級(jí)柵格帶，形成層次結(jié)構(gòu)。如圖6所示(圖中柵格帶R上每一個(gè)單元有5個(gè)柵格，原理不變)，再增加一條柵格帶P(第二級(jí)柵格帶)，P上每一個(gè)柵格的寬度等于R上一個(gè)單元的寬度，光束在R柵格帶上每掃過(guò)一個(gè)單元的長(zhǎng)度就剛好在P柵格帶上掃過(guò)一個(gè)柵格。如同自然數(shù)的結(jié)構(gòu)，由個(gè)、十、百、千……各個(gè)位組成了一個(gè)特定的數(shù)；當(dāng)增加?xùn)鸥駧l數(shù)時(shí)，高一級(jí)的柵格帶就把它低一級(jí)的柵格帶劃分為若干個(gè)相似的單元，從而各個(gè)級(jí)的柵格帶就形成了有規(guī)律的進(jìn)位結(jié)構(gòu)。比如在圖4的示例中R就相當(dāng)于代表個(gè)位，P就可以代表十位。當(dāng)然，R，P之間的進(jìn)位關(guān)系是由柵格的結(jié)構(gòu)決定的，并不一定是十進(jìn)制的。從根本上來(lái)講，上述的這種多級(jí)柵格的編碼原理就是在進(jìn)行編碼的時(shí)候，高低級(jí)柵格之間的關(guān)系是進(jìn)位關(guān)系；而在同一級(jí)柵格帶中，可以出現(xiàn)柵格的組合等編碼方法。
圖7是將圖6所示的柵格帶中的R柵格帶拆分為5條柵格帶，其拆分的原理相似于圖5中拆分圖4的情況，不再贅述。
圖8是對(duì)柵格分布的又一種設(shè)計(jì)，它實(shí)際上是在第一級(jí)柵格帶的內(nèi)部柵格之間進(jìn)行組合，以擴(kuò)大這一級(jí)一個(gè)單元的長(zhǎng)度。通過(guò)將圖7中的第一級(jí)的柵格帶組(圖7中下面5排的柵格帶)中的柵格進(jìn)行排列組合即可得到圖8所示的結(jié)構(gòu)。柵格帶P上的一個(gè)柵格對(duì)應(yīng)柵格帶組的一個(gè)單元L，從縱向看，T中包含下面5條柵格帶在同一位置的編碼情況，激光掃描到的位置輸出的5個(gè)信號(hào)組成了一個(gè)編碼，以T為例，單片機(jī)接收到的信號(hào)可視為(圖中從上至下)“01100”，T左邊的位置編碼視為“01010”，T右邊的位置編碼視為“10001”，可以將5條柵格帶上的柵格進(jìn)行排列組合，在不同的縱向位置得到不同的編碼。這樣圖7中的第一級(jí)的5排柵格組成的單元的長(zhǎng)度就大大增加，從而可以減少第二級(jí)柵格帶P的個(gè)數(shù)，達(dá)到了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的目的。這種作法簡(jiǎn)單易行，可以減少柵格帶P引出的導(dǎo)線數(shù)量。如果各級(jí)柵格帶內(nèi)部的柵格都類(lèi)似地進(jìn)行組合，則可以大大減少引出的導(dǎo)線數(shù)，一方面可以節(jié)省單片機(jī)有限的接口數(shù)，從而用較少的引出線即可獲得較大量程，同時(shí)可以減少單片機(jī)的工作量。
柵格帶的總級(jí)數(shù)、不同級(jí)柵格帶之間的進(jìn)位關(guān)系，同級(jí)柵格是否采用拆分或組合的方法都根據(jù)實(shí)際需要確定。這樣實(shí)際應(yīng)用中既可以以簡(jiǎn)單的編碼方式實(shí)現(xiàn)增量式編碼，也可以以多級(jí)柵格帶方式實(shí)現(xiàn)表示點(diǎn)數(shù)很多的絕對(duì)式編碼。
權(quán)利要求
1.計(jì)數(shù)器式數(shù)字位移傳感器，其特征在于，柵格帶R上的柵格劃分為多個(gè)單元，每個(gè)單元包括N個(gè)柵格，N大于等于3，每一個(gè)單元的柵格從同一方向按照同樣的順序依次編號(hào)，所有編號(hào)相同的柵格通過(guò)導(dǎo)電塊S連接同一根導(dǎo)線，并輸入信號(hào)處理電路。
2.如權(quán)利要求1所述的計(jì)數(shù)器式數(shù)字位移傳感器，其特征在于，還有一條代表大刻度的柵格帶P，柵格帶P與上述柵格帶R平行排列，柵格帶P上的柵格數(shù)與柵格帶R所分的單元數(shù)相等，且柵格帶P上每一個(gè)柵格的寬度等于柵格帶R上每一個(gè)單元的寬度。
3.計(jì)數(shù)器式數(shù)字位移傳感器，其特征在于，含有N條柵格帶，N大于等于3，每條柵格帶的兩側(cè)分別連接兩條導(dǎo)電電極，其中一條連接高/或低電平，另一條輸入信號(hào)處理電路；所述N條柵格帶平行分布，構(gòu)成柵格帶組，該柵格帶組沿長(zhǎng)度方向劃分為多個(gè)柵格分布狀況一致的單元，每一個(gè)單元均包括N個(gè)柵格，這N個(gè)柵格均與分布在N條柵格帶上，且沿柵格帶組的長(zhǎng)度方向等距分布。
4.如權(quán)利要求3所述的計(jì)數(shù)器式數(shù)字位移傳感器，其特征在于，還有一條代表大刻度的柵格帶P，柵格帶P與上述柵格帶組平行排列，柵格帶P上的柵格數(shù)與柵格帶組所分的單元數(shù)相等，且柵格帶P上每一個(gè)柵格的寬度等于柵格帶組上每一個(gè)單元的寬度。
5.計(jì)數(shù)器式數(shù)字位移傳感器，其特征在于，含有N條柵格帶，N大于等于3，每條柵格帶的兩側(cè)分別連接兩條導(dǎo)電電極，其中一條連接高/或低電平，另一條輸入信號(hào)處理電路；所述N條柵格帶平行分布，構(gòu)成柵格帶組，該柵格帶組沿長(zhǎng)度方向劃分為多個(gè)柵格分布狀況一致的單元，這些柵格沿柵格帶組的長(zhǎng)度方向等距分布；每一個(gè)單元中，柵格帶組的不同位置處的柵格導(dǎo)電后輸入信號(hào)處理電路的信號(hào)組成不同的編碼；還有一條代表大刻度的柵格帶P，柵格帶P與所述柵格帶組平行排列，柵格帶P上的柵格數(shù)與柵格帶所分的單元數(shù)相等，且柵格帶P上每一個(gè)柵格的寬度等于柵格帶組的每一個(gè)單元的寬度。
全文摘要
用于開(kāi)關(guān)式數(shù)字位移傳感器的計(jì)數(shù)器式柵格帶屬于量測(cè)物體位移或應(yīng)變的傳感裝置設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。其特征是，柵格帶R上的柵格劃分為多個(gè)單元，每個(gè)單元包括N個(gè)柵格，N大于等于3，每一個(gè)單元的柵格從同一方向按照同樣的順序依次編號(hào)，所有編號(hào)相同的柵格通過(guò)導(dǎo)電塊S連接同一根導(dǎo)線，并輸入信號(hào)處理電路。還有將柵格帶R分為平行分布的N條柵格帶的結(jié)構(gòu)，可以使得接線更為簡(jiǎn)單。本發(fā)明能夠減少開(kāi)關(guān)式數(shù)字位移傳感器的柵格的連線，降低了制作的復(fù)雜性，提高了制作和測(cè)量的精度。
文檔編號(hào)G01B11/16GK1749700SQ20051008660
公開(kāi)日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2005年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者陳輪, 李云鶴 申請(qǐng)人:清華大學(xué)