一種厚度測(cè)量裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公布了一種厚度測(cè)量裝置，其特征在于：包括一個(gè)傳感單元、一個(gè)磁體、一個(gè)連桿以及一個(gè)表面接觸單元；所述傳感單元位于磁體的正上方或其正上方的一側(cè)，包括感應(yīng)部分和相應(yīng)的電路，用于測(cè)量其磁敏感方向上磁體磁場(chǎng)的分量；所述磁體的頂端中心附近的場(chǎng)強(qiáng)分布均勻且場(chǎng)強(qiáng)較小；所述連桿連接磁體以及表面接觸單元；所述表面接觸單元與待測(cè)物表面相接觸，用于將待測(cè)物表面的厚度變化通過(guò)連桿轉(zhuǎn)變成磁體的位移。本實(shí)用新型通過(guò)表面接觸單元將待測(cè)物厚度變化通過(guò)連桿使磁體產(chǎn)生位移，然后傳感單元檢測(cè)磁體的位移變化來(lái)測(cè)量待測(cè)物厚度。具有測(cè)量精確、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種厚度測(cè)量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及磁性傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種利用磁性傳感器測(cè)量物體厚度的厚度測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中通常要對(duì)工件和物品的表面粗糙度和厚度進(jìn)行測(cè)量，現(xiàn)有的厚度測(cè)量方式有超聲波脈沖反射、光干涉以及激光位移測(cè)厚等，不同的測(cè)量方法對(duì)應(yīng)不同的技術(shù)特點(diǎn)以及應(yīng)用范圍。超聲波脈沖反射以及激光位移法的精度較低，而光干涉法僅適用于透明的薄膜，且其體積較大且對(duì)環(huán)境要求高，應(yīng)用起來(lái)并不方便。我們不難看出現(xiàn)有的厚度測(cè)量方法并不能夠滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的高精度和使用便利的要求。
[0003]本實(shí)用新型提供了一種厚度測(cè)量裝置，使用磁性傳感器為敏感元件，具有高精度，使用便利的特點(diǎn)，可以測(cè)量任何非磁性材料物品的粗糙度以及厚度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型目的在于提供一種測(cè)量精確、使用便利的厚度測(cè)量裝置。
[0005]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上 述目的，采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種厚度測(cè)量裝置，其特征在于:包括一個(gè)傳感單元、一個(gè)磁體、一個(gè)連桿以及一個(gè)表面接觸單元；
[0007]所述傳感單元位于磁體的正上方或其正上方的一側(cè)，包括感應(yīng)部分和相應(yīng)的電路，用于測(cè)量其磁敏感方向上磁體磁場(chǎng)的分量；
[0008]所述磁體的頂端中心附近的場(chǎng)強(qiáng)分布均勻且在其相對(duì)傳感單元的位移范圍內(nèi)對(duì)傳感單元施加的場(chǎng)強(qiáng)不會(huì)使傳感單元達(dá)到飽和；
[0009]所述連桿連接磁體以及表面接觸單元；
[0010]所述表面接觸單元與待測(cè)物表面相接觸，用于將待測(cè)物表面的厚度變化通過(guò)連桿傳遞轉(zhuǎn)變成磁體的位移。
[0011]其進(jìn)一步特征在于:所述表面接觸單元包括且不僅包括針形、球體或滑輪形狀的非磁性耐磨材料。
[0012]進(jìn)一步的:所述球體或滑輪型表面接觸單元的半徑要大于待測(cè)物的厚度。
[0013]其進(jìn)一步特征還在于:所述磁體包括且不僅包括長(zhǎng)形柱體或長(zhǎng)形長(zhǎng)方體的硬磁鐵氧體材料，或片狀柱體或片狀長(zhǎng)方體的硬磁金屬材料。
[0014]所述磁體的形狀為包括空心柱體、空心立方體或凹槽形等中心凹陷的形狀。
[0015]所述傳感元件包括且不僅包括霍爾元件、各向異性磁電阻元件、巨磁電阻元件或磁性隧道結(jié)元件。
[0016]所述傳感單元的感應(yīng)部分為一個(gè)或多個(gè)磁電阻構(gòu)成的單電阻、半橋或全橋結(jié)構(gòu)，所述磁電阻由一個(gè)或多個(gè)磁性傳感元件并聯(lián)或串聯(lián)組成。
[0017]優(yōu)選的:所述磁性傳感元件組成的全橋?yàn)樘荻热珮颉0018]優(yōu)選的:所述傳感單元和所述磁體的位置可以對(duì)調(diào)。
[0019]本實(shí)用新型通過(guò)表面接觸單元將待測(cè)物厚度變化傳遞給磁體，使其產(chǎn)生位移，然后傳感單元檢測(cè)磁體的位移變化來(lái)測(cè)量待測(cè)物厚度。具有測(cè)量精確、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型提供的用于厚度測(cè)量裝置的第一種實(shí)施例的示意圖。
[0021]圖2是本實(shí)用新型提供的用于厚度測(cè)量裝置的第二種實(shí)施例的示意圖。
[0022]圖3是本實(shí)用新型提供的用于厚度測(cè)量裝置的第三種實(shí)施例的示意圖。
[0023]圖4是磁電阻元件的輸出曲線示意圖。
[0024]圖5是傳感單元的磁電阻的位置擺放示意圖。
[0025]圖6是傳感單元的磁電阻的電連接示意圖。
[0026]圖7是全橋式傳感單元的輸出曲線示意圖。
[0027]圖8是本實(shí)用新型中的一種磁體形狀示意圖。
[0028]圖9是本實(shí)用新型中的第二種磁體形狀示意圖。
[0029]圖10是本實(shí)施例中最優(yōu)的磁體中心區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的描述。
[0031]如圖1所示，本實(shí)施例提供的用于厚度測(cè)量的裝置包括傳感單元11、磁體12、L形連桿13以及滑輪14。所述傳感單元11包括感應(yīng)部分及相應(yīng)的電路。傳感單元11位于磁體12的正上方或正上方的一側(cè)，磁體12的充磁方向?yàn)?1，傳感單元11的磁場(chǎng)敏感方向?yàn)?，則傳感單元11可測(cè)量磁體12的磁場(chǎng)32沿其磁場(chǎng)敏感方向I上的分量大小。當(dāng)該測(cè)量裝置工作時(shí)，滑輪14與待測(cè)物21的表面接觸，待測(cè)物21置于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)上沿水平方向滑動(dòng)，滑輪14隨著待測(cè)物21表面的不平整發(fā)生輕微的上下位移，同時(shí)L形連桿13帶動(dòng)磁體12隨著滑輪14的上下位移而產(chǎn)生以豎直方向?yàn)橹鞯奈灰疲瑒t磁體13與傳感單元11的相對(duì)位置也隨著發(fā)生變化,其磁場(chǎng)32沿傳感單元11磁場(chǎng)敏感方向I上的分量大小也隨之變化，傳感單元11通過(guò)測(cè)量變化的場(chǎng)強(qiáng)輸出電信號(hào)，我們可以用校準(zhǔn)表分析其輸出信號(hào)的波形從而得到待測(cè)物21的表面粗糙度。對(duì)于厚度測(cè)量，待測(cè)物21與平臺(tái)之間有一個(gè)高度差臺(tái)階，當(dāng)待測(cè)物21通過(guò)滑輪14時(shí)，可以由待測(cè)物21和平臺(tái)之間的高度臺(tái)階造成滑輪14的相對(duì)較大的位移從而測(cè)量出待測(cè)物21的厚度。
[0032]本實(shí)用新型提供的厚度測(cè)量裝置也可采用另外兩種形狀的連桿。如圖2所示，長(zhǎng)形的連桿13的一端為滑輪14，另一端為磁體12，滑輪隨著待測(cè)物21的粗糙表面以及待測(cè)物21與平臺(tái)形成的高度臺(tái)階發(fā)生上下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)長(zhǎng)形連桿13帶動(dòng)磁體12發(fā)生上下位移，傳感單元11則測(cè)量出由于磁體13的位移而導(dǎo)致其磁場(chǎng)32沿其磁場(chǎng)敏感方向I上分量的變化，從而測(cè)量出其表面粗糙度和厚度。圖3采用的連桿則是將上下位移轉(zhuǎn)化成磁體12以水平方向?yàn)橹鞯奈灰?，傳感單?1再測(cè)出磁體12因?yàn)槲灰谱兓瘜?dǎo)致其磁場(chǎng)沿磁場(chǎng)敏感方向I的分量變化。
[0033]前三種實(shí)施例中的滑輪14為一種表面接觸單元，除了采用滑輪外還可采用球形或針尖結(jié)構(gòu)。采用球形和滑輪形狀時(shí)則滑輪的直徑要大于被待測(cè)物的厚度，若采用針尖結(jié)構(gòu)則接觸待測(cè)物21表面的力要足夠小(一般為毫克力級(jí))且運(yùn)動(dòng)速度要足夠緩慢以避免對(duì)待測(cè)物造成劃痕或?qū)е箩樇獾臄嗔选?br> [0034]同時(shí)本實(shí)用新型中傳感單元11和磁體12的位置可以對(duì)調(diào)，傳感單元11與連桿13連接并隨其運(yùn)動(dòng)，而磁體12則位于固定的位置。
[0035]圖4是磁電阻式(各向異性磁電阻、巨磁電阻或磁隧道結(jié))磁性傳感元件的輸出曲線示意圖。其電阻隨外場(chǎng)在其飽和場(chǎng)-Hs和Hs之間變化，當(dāng)施加的外場(chǎng)沿敏感方向的場(chǎng)強(qiáng)的絕對(duì)值大于其飽和場(chǎng)的絕對(duì)值時(shí)，其阻值不變。
[0036]傳感單元11由感應(yīng)部分和相應(yīng)的電路構(gòu)成。感應(yīng)部分為單電阻、半橋或全橋結(jié)構(gòu)。通常我們把由一個(gè)或多個(gè)相同的磁性傳感元件串聯(lián)或并聯(lián)組成的等價(jià)于一個(gè)電阻的單元稱(chēng)為磁電阻，每個(gè)磁電阻中的磁性傳感元件的磁場(chǎng)敏感方向都相同。前述的單電阻結(jié)構(gòu)含有一個(gè)磁電阻，半橋結(jié)構(gòu)由兩個(gè)磁電阻串聯(lián)組成，全橋結(jié)構(gòu)由四個(gè)磁電阻連接構(gòu)成。對(duì)于磁體12微小的位移量33導(dǎo)致其磁場(chǎng)32的微小變化，實(shí)際應(yīng)用中對(duì)傳感單元的靈敏度和抗干擾能力要求很高，因此，由磁電阻構(gòu)成梯度全橋結(jié)構(gòu)是傳感單元的一個(gè)最優(yōu)選擇。圖5、6是本實(shí)施例采用的梯度全橋磁電阻的位置擺放和電連接示意圖，圖5是磁電阻41、42、43、44的擺放位置，圖6是其電連接方式。我們可以看到沿著傳感單元11的磁場(chǎng)敏感方向1，磁電阻41和44的位置相同，磁電阻42和43的位置相同，在焊點(diǎn)Vbias和GND之間輸入穩(wěn)恒電壓。在沒(méi)有外場(chǎng)的作用下，磁電阻41、42、43、44的阻值相同，輸出端沒(méi)有電勢(shì)差，無(wú)輸出。當(dāng)磁體的磁場(chǎng)32施加于四個(gè)磁電阻上時(shí)，由于該磁場(chǎng)32是梯度場(chǎng),沿著梯度場(chǎng)方向的場(chǎng)強(qiáng)大小不同，則沿著梯度方向位置相同的磁電阻41和44的電阻值相同，磁電阻42和43的電阻值相同，磁電阻41和42的阻值不同，則梯度全橋的輸出端V+和V-之間具有輸出電壓Vout0隨著磁體12位移的變化其磁場(chǎng)32沿磁場(chǎng)敏感方向I的分量大小也會(huì)隨之變化從而導(dǎo)致輸出電壓Vout的變化。通過(guò)制定標(biāo)準(zhǔn)的位移-電壓表我們可以測(cè)得待測(cè)物的表面粗糙度和厚度。采用梯度全橋結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)在于，若一個(gè)大磁場(chǎng)對(duì)傳感單元11造成干擾，由于大磁場(chǎng)不是梯度場(chǎng)，則不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電壓，故梯度全橋的抗干擾能力很強(qiáng)。圖7是全橋式磁性傳感元件的輸出曲線示意圖，我們可以看到當(dāng)施加的外場(chǎng)的絕對(duì)值大于其飽和場(chǎng)的絕對(duì)值時(shí)，其輸出電壓不變。
[0037]傳感單元11的磁性傳感元件可采用霍爾元件、各向異性磁電阻元件、巨磁電阻元件或磁隧道結(jié)元件。若采用霍爾元件則傳感部分通常為單個(gè)元件構(gòu)成的單電阻結(jié)構(gòu)，其輸出曲線為電壓-磁場(chǎng)曲線，飽和場(chǎng)很大，靈敏度和精度較低。在本實(shí)用新型中優(yōu)先選擇的是靈敏度高，信號(hào)值大，飽和場(chǎng)大，功耗低的磁隧道結(jié)元件。通常將傳感單元11置于磁體12的正上方或偏離正上方位于其一側(cè)。對(duì)于柱形或長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)的磁體12,若其充磁方向?yàn)?1,則其磁場(chǎng)32在磁場(chǎng)敏感方向I上的分布為正弦波,隨著傳感元件11遠(yuǎn)離磁體12頂端中心位置，磁場(chǎng)32的場(chǎng)強(qiáng)逐漸增強(qiáng)，然后又減小。若傳感單元11距離磁體12頂端的中心位置在一定范圍內(nèi)過(guò)遠(yuǎn)，則磁場(chǎng)32會(huì)使磁性傳感元件達(dá)到飽和而無(wú)法輸出電壓。因此對(duì)于磁體12我們要求其場(chǎng)強(qiáng)(H)-位置(R)曲線(其中R是指沿磁場(chǎng)敏感方向I到磁體頂端中心的距離)在其頂端中心位置附近要足夠小且平緩，使磁體12在相對(duì)傳感單元11運(yùn)動(dòng)的范圍內(nèi)，對(duì)傳感單元11施加的磁場(chǎng)32不會(huì)導(dǎo)致傳感單元11飽和。一般我們可以將磁體設(shè)計(jì)為中心凹陷的形狀，如空心柱體、空心立方體等。如圖8所示的空心柱體和圖9所示的凹槽形狀的磁體為本實(shí)施例的最優(yōu)選擇，其H-R曲線如圖10所示。
[0038]控制磁體12的磁場(chǎng)32沿磁場(chǎng)敏感方向I的分量大小還可以通過(guò)采用選取不同材料按照需求來(lái)控制，例如鐵氧體硬磁材料的剩磁較小，其磁場(chǎng)也偏小，則鐵氧體磁體采用更長(zhǎng)的形狀。對(duì)于釤鈷或釹鐵硼這類(lèi)剩磁大的材料，也可以將其做成片式形狀以降低其磁場(chǎng)沿傳感單元的磁場(chǎng)敏感方向I的分量大小。
[0039]應(yīng)當(dāng)理解，以上借助優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明是示意性的而非限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)的基礎(chǔ)上可以對(duì)各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種厚度測(cè)量裝置，其特征在于:包括一個(gè)傳感單元、一個(gè)磁體、一個(gè)連桿以及一個(gè)表面接觸單元； 所述傳感單元位于磁體的正上方或其正上方的一側(cè)，包括感應(yīng)部分和相應(yīng)的電路,用于測(cè)量其磁敏感方向上磁體磁場(chǎng)的分量； 所述磁體的頂端中心附近的場(chǎng)強(qiáng)分布均勻且在其相對(duì)傳感單元的位移范圍內(nèi)對(duì)傳感單元施加的場(chǎng)強(qiáng)不會(huì)使傳感單元達(dá)到飽和； 所述連桿連接磁體以及表面接觸單元； 所述表面接觸單元與待測(cè)物表面相接觸，用于將待測(cè)物表面的厚度變化通過(guò)連桿轉(zhuǎn)變成磁體的位移。
2.如權(quán)利要求1所述的厚度測(cè)量裝置，其特征在于:所述表面接觸單元包括且不僅包括針形、球體或滑輪形狀的非磁性耐磨材料。
3.如權(quán)利要求2所述的厚度測(cè)量裝置，其特征在于:所述球體或滑輪型表面接觸單元的半徑大于待測(cè)物的厚度。
4.如權(quán)利要求1所述的厚度測(cè)量裝置，其特征在于:所述磁體包括且不僅包括長(zhǎng)形柱體或長(zhǎng)形長(zhǎng)方體的硬磁鐵氧體材料，或片狀柱體或片狀長(zhǎng)方體的硬磁金屬材料。
5.如權(quán)利要求1所述的厚度測(cè)量裝置，其特征在于:所述磁體的形狀包括且不僅包括空心柱體、空心立方體或凹槽形的中心凹陷的形狀。
6.如權(quán)利要求1所述的厚度測(cè)量裝置，其特征在于:所述傳感單元包括且不僅包括霍爾元件、各向異性磁電阻元件、巨磁電阻元件或磁性隧道結(jié)元件。
7.如權(quán)利要求1所述的厚度測(cè)量裝置，其特征在于:所述傳感單元的感應(yīng)部分為一個(gè)或多個(gè)磁電阻構(gòu)成的單電阻、半橋或全橋結(jié)構(gòu)，所述磁電阻由一個(gè)或多個(gè)磁性傳感元件并聯(lián)或串聯(lián)組成。
8.如權(quán)利要求7所述的厚度測(cè)量裝置，其特征在于:所述磁性傳感元件組成的全橋?yàn)樘荻热珮颉?br> 9.如權(quán)利要求1所述的厚度測(cè)量裝置，其特征在于:所述傳感單元和所述磁體的位置對(duì)調(diào)。
【文檔編號(hào)】G01B7/06GK203550904SQ201320609242
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】白建民, 王建國(guó), 黎偉 申請(qǐng)人:無(wú)錫樂(lè)爾科技有限公司