CN104197963B - 磁联动式传感器及该传感器构成的电位器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁联动式传感器及其该传感器构成的电位器，其关键在于：包括隔离件和两移动件，所述两移动件中至少一个为磁性元件，且两移动件通过磁力相互吸附在所述隔离件两侧的平面上，所述两移动件中至少第一移动件的横截面为圆形，当所述第二移动件在所述隔离件的一侧沿预设轨迹运动时，所述第一移动件受磁力牵引在所述隔离件的另一侧沿相同轨迹滚动，在所述第一移动件这一侧的隔离件上还设置有用于检测所述第一移动件的位置检测电路。其显著效果是：结构简单，调试方便，传感器的反应灵敏，解决了其它传感方式所引起的滞后现象，而且可以做到很好的电气隔离，实现各种特殊应用场景的推广。

Description

磁联动式传感器及该传感器构成的电位器

技术领域

本发明涉及到传感器技术领域，具体地说，是一种磁联动式传感器及该传感器构成的电位器。

背景技术

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

工业应用中的传感器通常分为隔离式传感器和非隔离式传感器两种。普通的电位器就是一种非隔离式的传感器，它通常由电阻体和可移动的电刷或滑动系统组成，当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。即当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压，从而实现位移信号与电信号之间的转换。

而针对隔离式传感器而言，现有技术中人们常常利用磁铁的牵引特性设计出了多种磁联动式传感器，如美国专利文献US2004/0221645A1即公开了一种利用磁牵引特性而设计出的燃料液位传感器，从该公开文献可以看出，该方案利用了第一磁铁和第二磁铁的磁耦合特性，在密封壳体的外部通过浮子带动第一磁铁转动，由第一磁铁牵动第二磁铁在密封壳体内部运动，第二磁铁作为密封壳体内部的动力源，通过第二磁铁带动连杆和接触件实现电位变化，从而达到液位检测的目的。

针对现有技术而言，虽然利用磁联动特性实现了很好的电气隔离，但是内部的第二磁铁仅仅作为一个动力点，其复杂的连接结构和接触件往往增大了磁铁的运动阻力，常常存在滞后特性，传感器的重复精度差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种磁联动式传感器，既能实现电气隔离，满足特殊场景的应用需要，又能避免磁力牵引过程中的滞后特性，提高传感器的性能。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种磁联动式传感器，其关键在于：包括隔离件和两移动件，所述两移动件中至少一个为磁性元件，且两移动件通过磁力相互吸附在所述隔离件两侧的平面上，所述两移动件中至少第一移动件的横截面为圆形，当所述第二移动件在所述隔离件的一侧沿预设轨迹运动时，所述第一移动件受磁力牵引在所述隔离件的另一侧沿相同轨迹滚动，在所述第一移动件这一侧的隔离件上还设置有用于检测所述第一移动件的位置检测电路。

基于上述设计，通过隔离件可以实现第一移动件与第二移动件的电气隔离，在磁力的牵引下，第一移动件和第二移动件是自己吸附在隔离件的两侧的，隔离件内部第一移动件的位置可以很好地反应隔离件外部第二移动件位置，二者的运动轨迹相同，且第一移动件采用滚动方式，反应更加灵敏，解决了其它传动方式所带来的反应滞后问题，通过内部的位置检测电路直接检测第一移动件的位置，从而避免复杂的联动结构和接触件，能快速的实现位移信号向电信号的转换。

作为进一步描述，所述第一移动件与第二移动件在所述隔离件两侧的运动轨迹为直线形或弧形，根据第二移动件的设置方式可以体现出不同的运动轨迹，如果第二移动件采用升降式的运动，则运动轨迹为直线形，如果第二移动件绕一转轴转动，则其运动轨迹为弧形，可以根据具体的应用场景设置不同的运动轨迹。

为了更好的实现第一移动件的位置检测，所述位置检测电路包括附着在所述隔离件上的印刷电路单元，该印刷电路单元上印制有电敏材料，该电敏材料沿所述第一移动件的运动轨迹设置，并随第一移动件停留的不同位置表现出不同的电输出特性。

在实施时，所述电敏材料印刷在隔离件的本体上或者印刷在与所述隔离件相贴合的一块印刷电路板上。

结合不同的实施方式，所述电敏材料为导电带、电阻带、绝缘带或容栅电极片。其中采用导电带或电阻带的形式即为常见的电阻型传感器，较易实现，将第一移动件的表面设为导电材料，当其停留在不同的位置时，触发不同长度或者不同位置处的导电带或电阻带导通，从而表现出不同的电阻特性，实现位置信息向电信息的转换。如果采用绝缘带或者容栅电极片，则是利用电容特性进行检测，当第一移动件停留在不同的位置时，绝缘带或容栅电极片表现出不同的电容值。

为了更好的实施，所述位置检测电路包括附着在所述隔离件上的一段弧形导电带和相对所述弧形导电带均匀分布的多条梳状导电条，所述第一移动件沿所述弧形导电带运动，并使得至少一条梳状导电条与所述弧形导电带导通，在相邻的两条梳状导电条之间电性连接有一电阻元件。

进一步减小第一移动件滚动时的阻力，所述多条梳状导电条并不沿着所述弧形导电带的圆弧半径方向设置，每条梳状导电条与其相对应的圆弧半径方向之间存在一预设的夹角，这样可以保证第一移动件滚动过程中至少与两条梳状导电条接触，避免陷入相邻两条梳状导电条之间形成凹凸不平的运动轨迹，进一步提高反应速度。

为了让第一移动件具备更好的导电性，当所述电敏材料为导电带或电阻带时，在所述第一移动件上设有导电套。

为了更好的实施，所述导电套采用螺旋弹簧，该螺旋弹簧由导电材料绕制而成，并且至少一个端部的绕制半径大于中间段的绕制半径，在所述螺旋弹簧中嵌设所述第一移动件。这样，可以利用弹簧与电敏材料接触，减小接触面积，从而减小摩擦阻力，提高反应速度。

结合某些特殊应用场景的需要，所述隔离件为一密封的壳体，所述第一移动件与位置检测电路设置在壳体内部，在所述壳体上至少设置有一根贯穿壳体内外的信号引线。

为了便于安装调试，在所述壳体内部设置有用于限制所述第一移动件运动轨迹的限位槽。由于传感器内部的第一移动件是靠外部的第二移动件吸附在隔离件上的，通过设置限位槽，可以大致限制第一移动件的位置，避免其在传感器内部随意移动，对传感器内部的电路造成碰撞。

作为优选，所述第一移动件或/和第二移动件采用实心圆柱形磁铁或空心圆环形的磁铁构成。采用空心磁铁，质量轻，惯性小，反应更加灵敏。

结合上述结构，本发明的第二目的是提出一种利用所述磁联动式传感器构成电位器，用于实现液位检测，其关键在于：所述第二移动件设置在传动结构上，该传动结构包括摆臂、转轴以及连杆，所述摆臂的一端通过转轴连接在所述隔离件上，摆臂的另一端设置卡槽，所述第二移动件位于所述卡槽中，所述摆臂还与所述连杆的一端连接，该连杆的另一端连接有一浮子，随着液位的高低变化，浮子可以带动所述摆臂绕所述转轴转动，使得所述第二移动件在所述隔离件一侧按弧形轨迹运动。

基于上述设计，该装置可以实现各种特殊场景的液位检测，特别是作为汽车配件中的油位传感器，利用浮子位置随液位变化的特性，通过浮子和连杆带动摆臂转动，从而改变隔离件外部第二移动件的位置，在磁力的牵引下，隔离件内部的第一移动件随第二移动件的位置改变而滚动到不同的位置处，使其内部的位置检测电路输出不同的电信号，从而实现液位检测。

本发明的显著效果是：结构简单，调试方便，传感器的反应灵敏，解决了其它传感方式所引起的滞后现象，而且可以做到很好的电气隔离，实现各种特殊应用场景的推广。

附图说明

图1是本发明的工作原理示意图；

图2是图1的立体结构示意图；

图3是第一移动件套有螺旋弹簧的状态示意图；

图4是图3的磁场分布图；

图5是锥形螺旋弹簧的结构示意图；

图6是电敏材料为电阻带的一种实施方式图；

图7是具体实施例的结构实用图；

图8是图3的A-A剖视图；

图9是图3带有连杆状态下的后视图；

图10是第二移动件的传动结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。

如图1-图2所示，一种磁联动式传感器，包括隔离件1和两移动件2,3，所述两移动件2,3中至少一个为磁性元件，且两移动件2,3通过磁力相互吸附在所述隔离件1两侧的平面上，所述两移动件2,3中至少第一移动件2的横截面为圆形，当所述第二移动件3在所述隔离件1的一侧沿预设轨迹运动时，所述第一移动件2受磁力牵引在所述隔离件1的另一侧沿相同轨迹滚动，在所述第一移动件2这一侧的隔离件1上还设置有用于检测所述第一移动件2的位置检测电路。

从图1和图2可以看出，为了实现方便，所述第一移动件2和第二移动件3均采用实心圆柱形磁铁或空心圆环形的磁铁构成，且所述第一移动件2与第二移动件3在所述隔离件1两侧的运动轨迹为弧形，当然，也可以采用其它的传动方式让第一移动件2和第二移动件3沿直线形轨迹运动。

而为了方便的实现第一移动件的位置检测，所述位置检测电路包括附着在所述隔离件1上的印刷电路单元，该印刷电路单元上印制有电敏材料，该电敏材料沿所述第一移动件2的运动轨迹设置，并随第一移动件2停留的不同位置表现出不同的电输出特性，在实施过程中，电敏材料可以直接印刷在隔离件1的本体上，也可以印刷在与所述隔离件1相贴合的一块印刷电路板上。结合常用的电学特性，所述电敏材料为导电带、电阻带、绝缘带或容栅电极片。以导电带或电阻带为例，如果隔离件1采用塑料或者陶瓷材料做出的绝缘件时，导电带或电阻带可以直接烧结在隔离件1的本体上，也可以将其预先印制在一块印刷电路板上，然后再将印刷电路板与隔离件1相贴合。

当电敏材料采用导电带或电阻带时，为了更好的实现电信号的传输，在所述第一移动件2上设有导电套，这里的导电套可以是附着在第一移动件2表面的一层银及银合金材料，也可以采用螺旋弹簧。

如图3-图5所示，所述螺旋弹簧由导电材料绕制而成，并且至少一个端部的绕制半径大于中间段的绕制半径，在所述螺旋弹簧中嵌设所述第一移动件2。

其中，图3所示的为两端凸起的螺旋弹簧，第一移动件2为一圆柱形的磁铁，螺旋弹簧两端向内折弯以防止磁铁滑落，为了提高螺旋弹簧的导电性，在螺旋弹簧的弹簧丝上设有镀银层，当第一移动件2与第二移动件3均采用圆柱形实心磁铁时，其磁力线的分布如图4所示，随着隔离件1外部第二移动件3的移动，隔离件1内部的第一移动件2可以伴着螺旋弹簧滚动，此时的电敏材料为两条导电带，螺旋弹簧两端凸起的弹簧丝分别与这两条导电带接触并实现电性连接，而为了使用弧形轨迹的需求，螺旋弹簧也可以设为图5所示的锥形弹簧状，其一端的弹簧丝向外凸起，第一移动件2沿着一个锥形弧面运动。

通过图6可以看出，为了更好的实现位置信号向电信号的转换，通常还是选择电阻特性作为传感器的输出参数，其隔离件1内部设有图6所示的导电带，包括附着在所述隔离件1上的一段弧形导电带和相对所述弧形导电带均匀分布的多条梳状导电条，所述多条梳状导电条并不沿着所述弧形导电带的圆弧半径方向设置，每条梳状导电条与其相对应的圆弧半径方向之间存在一预设的夹角。所述第一移动件2沿所述弧形导电带运动，并使得至少一条梳状导电条与所述弧形导电带导通，在相邻的两条梳状导电条之间电性连接有一电阻元件，为了便于处理，通常为一等值电阻元件，当第一移动件2在导电带上移动时，停留的位置不同，可以表现出不同数量的电阻串联，从而输出不同的电信号，而为了限定第一移动件2的滚动轨迹，在所述壳体内部还可以设置限位槽。

如图7-图10所示，为了结合某些特殊应用，所述隔离件1为一密封的壳体，所述第一移动件2与位置检测电路设置在壳体内部，在所述壳体上至少设置有一根贯穿壳体内外的信号引线6。

下面以汽车机油传感器为例，进一步说明本方案的一些工作原理。

从图7-图10可以看出，利用所述磁联动式传感器构成电位器，用于实现液位检测，将第二移动件3设置在传动结构4上，该传动结构4包括摆臂4a、转轴4b以及连杆4c，所述摆臂4a的一端通过转轴4b连接在所述隔离件1上，摆臂4a的另一端设置卡槽，所述第二移动件3位于所述卡槽中，所述摆臂4a还与所述连杆4c的一端连接，该连杆4c的另一端连接有一浮子，随着液位的高低变化，浮子可以带动所述摆臂4a绕所述转轴4b转动，使得所述第二移动件3在所述隔离件1一侧按弧形轨迹运动。

针对汽车机油传感器而言，采用上述设计，仅仅只有隔离件1外部的第二移动件2和传动结构4位于机油环境中，隔离件内部的第一移动件1和相应的位置检测电路可以很好的实现电气隔离，第一移动件采用滚动方式，可以利用第一移动件本身或套接在第一移动件上的导电套直接作为接触件，内部联动结构少，接触面积小，运动阻力小，反应快，磨损少，一方面可以提高传感器的检测速度，另一方面还能增强传感器的使用寿命，设备运行稳定可靠。

Claims (8)

1.一种磁联动式传感器，其特征在于：包括隔离件(1)和两移动件(2,3)，所述两移动件(2,3)中至少一个为磁性元件，且两移动件(2,3)通过磁力相互吸附在所述隔离件(1)两侧的平面上，所述两移动件(2,3)中至少第一移动件(2)的横截面为圆形，当第二移动件(3)在所述隔离件(1)的一侧沿预设轨迹运动时，所述第一移动件(2)受磁力牵引在所述隔离件(1)的另一侧沿相同轨迹滚动，在所述第一移动件(2)这一侧的隔离件(1)上还设置有用于检测所述第一移动件(2)的位置检测电路；

所述位置检测电路包括附着在所述隔离件(1)上的一段弧形导电带和相对所述弧形导电带均匀分布的多条梳状导电条，所述第一移动件(2)沿所述弧形导电带运动，并使得至少一条梳状导电条与所述弧形导电带导通，在相邻的两条梳状导电条之间电性连接有一电阻元件；

所述多条梳状导电条并不沿着所述弧形导电带的圆弧半径方向设置，每条梳状导电条与其相对应的圆弧半径方向之间存在一预设的夹角。

2.根据权利要求1所述的磁联动式传感器，其特征在于：在所述第一移动件(2)上设有导电套。

3.根据权利要求2所述的磁联动式传感器，其特征在于：所述导电套采用螺旋弹簧，该螺旋弹簧由导电材料绕制而成。

4.根据权利要求3所述的磁联动式传感器，其特征在于：所述螺旋弹簧至少一个端部的绕制半径大于中间段的绕制半径，在所述螺旋弹簧中嵌设所述第一移动件(2)。

5.根据权利要求1-4任一所述的磁联动式传感器，其特征在于：所述隔离件(1)为一密封的壳体，所述第一移动件(2)与位置检测电路设置在壳体内部，在所述壳体上至少设置有一根贯穿壳体内外的信号引线(6)。

6.根据权利要求5所述的磁联动式传感器，其特征在于：在所述壳体内部设置有用于限制所述第一移动件(2)运动轨迹的限位槽。

7.根据权利要求1或2或3或4或6所述的磁联动式传感器，其特征在于：所述第一移动件(2)或/和第二移动件(3)采用实心圆柱形磁铁或空心圆环形的磁铁构成。

8.一种磁联动式传感器构成的电位器，用于实现液位检测，其磁联动式传感器包括隔离件(1)和两移动件(2,3)，所述两移动件(2,3)中至少一个为磁性元件，且两移动件(2,3)通过磁力相互吸附在所述隔离件(1)两侧的平面上，所述两移动件(2,3)中至少第一移动件(2)的横截面为圆形，当第二移动件(3)在所述隔离件(1)的一侧沿预设轨迹运动时，所述第一移动件(2)受磁力牵引在所述隔离件(1)的另一侧沿相同轨迹滚动，在所述第一移动件(2)这一侧的隔离件(1)上还设置有用于检测所述第一移动件(2)的位置检测电路，其特征在于：

所述第二移动件(3)设置在传动结构(4)上，该传动结构(4)包括摆臂(4a)、转轴(4b)以及连杆(4c)，所述摆臂(4a)的一端通过转轴(4b)连接在所述隔离件(1)上，摆臂(4a)的另一端设置卡槽，所述第二移动件(3)位于所述卡槽中，所述摆臂(4a)还与所述连杆(4c)的一端连接，该连杆(4c)的另一端连接有一浮子，随着液位的高低变化，浮子可以带动所述摆臂(4a)绕所述转轴(4b)转动，使得所述第二移动件(3)在所述隔离件(1)一侧按弧形轨迹运动。