CN102135410A - 非接触式位移测量装置及其传感器和磁感应测量电路 - Google Patents

非接触式位移测量装置及其传感器和磁感应测量电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非接触式位移测量装置及其传感器和磁感应测量电路，该位移测量装置包括移动端和固定端，移动端上固定有永磁体，固定端上安装有磁感应测量电路、调理放大电路、A/D采集电路和CPU，并且磁感应测量电路与永磁体的运动轨迹配合，该磁感应测量电路包括第一线路和第二线路，第一线路上串联有若干个阻值相同的电阻，每个电阻两侧各设有一个其一端与第一线路相连而另一端与第二线路相连的干簧管。本发明的非接触式位移测量装置结构简单、体积较小、价格便宜且性能稳定，安装维护也方便，特别适合于不便于使用接触式测量、有相对运动且测量精度要求不高的测量场合。

Description

非接触式位移测量装置及其传感器和磁感应测量电路
技术领域
本发明涉及在医疗、军事、工业、航空航天等各个领域所用的线位移或角位移自动测量装置，尤其涉及一种非接触式位移测量装置及其传感器和磁感应测量电路。
背景技术
常规线位移或角位移测量仪表是由位移传感器、指示器等部分组成，可实现将被测位移变换为模拟/数字量输出。其中，位移传感器原理是将测量端与被测对象产生联系，并感受位移变化，通过一定的机械或电气装置进行转换，产生变化的信号，磁感应测量电路将位移传感器输出信号转换和放大后，由指示器指示被测位移值。目前，现有位移传感器的体积较大、结构复杂、价格昂贵且后期维护费用也较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种体积小、结构简单、性能稳定、价格便宜的非接触式位移测量装置及其传感器和磁感应测量电路。
为达到上述目的，本发明一方面提供了一种磁感应测量电路，包括第一线路和第二线路，所述第一线路上串联有若干个阻值相同的电阻，每个电阻两侧各设有一个其一端与所述第一线路相连而另一端与所述第二线路相连的干簧管。
本发明的磁感应测量电路，所有的干簧管呈等间隔均匀分布。
本发明的磁感应测量电路，所述第一线路和所述第二线路相互平行。
另一方面，本发明还提供了一种位移传感器，包括永磁体上述的磁感应测量电路。
本发明的位移传感器，所述磁感应测量电路的电路板为柔性或硬性电路板。
本发明的位移传感器，所述磁感应测量电路的电路板为环形或条形。
本发明的位移传感器，所述干簧管的间距根据测量精度要求可调。
再一方面，本发明还提供了一种包含有上述位移传感器的非接触式位移测量装置，包括移动端和固定端，所述位移传感器的永磁体设置在所述移动端上，所述位移传感器的磁感应测量电路设置在所述固定端上且所述磁感应测量电路与所述永磁体的运动轨迹配合，所述固定端上还设有：
与所述磁感应测量电路的输出端相连的调理放大电路，用于将所述磁感应测量电路输出的位移电信号进行放大调理，输出对应的调理信号；
与所述调理放大电路的输出端相连的A/D采集电路，用于将所述调理放大电路输出的调理信号进行模数转换，输出数字位移信号；
与所述A/D采集电路的输出端相连的CPU，用于根据公式ΔS＝So-(Vi-Vo)/V。将所述A/D采集电路当前时刻输出的数字位移信号换算成的对应的绝对位移，其中，So为初始位置位移，Vi为电源电压VCC，Vo为当前时刻的数字位移信号，ΔS为当前时刻的绝对位移。
本发明的非接触式位移测量装置，所述调理放大电路包括电阻R1’、电阻R2’、电阻R3’、电容C1和运算放大器，其中，电阻R1’的一端、电阻R2’的一端分别与所述磁感应测量电路的输出端相连，电阻R1’的另一端接地，电阻R2’的另一端分别与电容C1的一端以及所述运算放大器的同向输入端相连，电容C1的另一端接地，所述运算放大器的反向输入端与其输出端相连，所述运算放大器的输出分别与电阻R3’的一端以及所述A/D采集电路输入端相连，电阻R3’的另一端接地。
本发明的非接触式位移测量装置，所述非接触式位移测量装置的测量范围为0.1米～20米。
本发明的非接触式位移测量装置包括移动端和固定端，移动端上固定有永磁体，固定端上安装有磁感应测量电路、调理放大电路、A/D采集电路和CPU，并且磁感应测量电路与永磁体的运动轨迹配合，该磁感应测量电路包括第一线路和第二线路，第一线路上串联有若干个阻值相同的电阻，每个电阻两侧各设有一个其一端与第一线路相连而另一端与第二线路相连的干簧管。当永磁体移动时，对应的干簧管在永磁体靠近时导通，远离时断开，从而将永磁体的位移变化转换成对应的阻值变化，输出对应的位移电信号，该位移电信号依次经过调理放大电路、A/D采集电路和CPU处理后生成位移数据，本发明的非接触式位移测量装置的测量电路由干簧管、电阻等小型、廉价元器件构成，因而其结构简单、性能稳定、体积较小、价格便宜且便于安装维护，特别适合于不便于使用接触式测量、有相对运动且测量精度要求不高的测量场合。
附图说明
图1为本发明的非接触式位移测量装置的结构示意图；
图2为本发明的非接触式位移测量装置的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述：
参考图1和图2所示，本发明的非接触式位移测量装置包括移动端1和固定端2，移动端1上固定有永磁体61，固定端2上安装有磁感应测量电路62、调理放大电路3、A/D采集电路4和CPU 5，其中，永磁体61和磁感应测量电路62构成位移传感器。其中，磁感应测量电路62用于将永磁体61的位移变化转换成对应的阻值变化(即阻值的大小对应于位移量，阻值的增减对应于位移方向)，输出对应的位移电信号，该磁感应测量电路62包括两个相互平行的第一线路和第二线路，第一线路上串联有若干个阻值相同的电阻，每个电阻两侧各设有一个其一端与第一线路相连而另一端与第二线路相连的干簧管且相邻的两个电阻之间设有一个干簧管，所有的干簧管呈等间隔均匀分布。调理放大电路3与磁感应测量电路62的输出端相连，用于将磁感应测量电路62输出的位移电信号进行放大调理，输出对应的调理信号，该调理放大电路3包括电阻R1’、电阻R2’、电阻R3’、电容C1和运算放大器，其中，电阻R1’的一端、电阻R2’的一端分别与磁感应测量电路62的输出端相连，电阻R1’的另一端接地，电阻R2’的另一端分别与电容C1的一端以及运算放大器的同向输入端相连，电容C1的另一端接地，运算放大器的反向输入端与其输出端相连，运算放大器的输出分别与电阻R3’的一端以及A/D采集电路4的输入端相连，电阻R3’的另一端接地。A/D采集电路4用于将调理放大电路3输出的调理信号进行模数转换，输出数字位移信号。CPU 5与A/D采集电路4的输出端相连，用于根据公式ΔS＝So-(Vi-Vo)/Vo将A/D采集电路当前时刻输出的数字位移信号换算成的对应的绝对位移，其中，So为初始位置位移，Vi为电源电压VCC，Vo为当前时刻的数字位移信号，ΔS为当前时刻的绝对位移。
本发明的非接触式位移测量装置可以设置成条形的线位移测量装置也可以设置成环形的角位移测量装置，其中，当设置成线位移测量装置时，磁感应测量电路62可以集成在普通的硬性电路板上，当设置成角位移测量装置时，磁感应测量电路62可以集成在柔性电路板上。当然，本发明的非接触式位移测量装置并不限定磁感应测量电路62的形状，磁感应测量电路62的形状跟踪永磁体61或者移动端1的运动轨迹，如果永磁体61或者移动端1的运动轨迹为螺旋形，磁感应测量电路62则匹配的设置成对应的螺旋形。此外，本发明的非接触式位移测量装置的干簧管的间距可以根据测量精度要求调整，干簧管的间距越小，测量精度越高，而其测量范围通常为0.1米～20米，但是无论干簧管的间距如何调整，始终要保证当永磁体61在行程范围内运动到某一位置时，最多只有一个干簧管是导通的。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁感应测量电路，其特征在于，包括第一线路和第二线路，所述第一线路上串联有若干个阻值相同的电阻，每个电阻两侧各设有一个其一端与所述第一线路相连而另一端与所述第二线路相连的干簧管。
2.根据权利要求1所述的磁感应测量电路，其特征在于，所有的干簧管呈等间隔均匀分布。
3.根据权利要求2所述的磁感应测量电路，其特征在于，所述第一线路和所述第二线路相互平行。
4.一种位移传感器，其特征在于，包括永磁体以及权利要求1至3任意一项所述的磁感应测量电路。
5.根据权利要求4所述的位移传感器，其特征在于，所述磁感应测量电路的电路板为柔性或硬性电路板。
6.根据权利要求5所述的位移传感器，其特征在于，所述磁感应测量电路的电路板为环形或条形。
7.根据权利要求6所述的位移传感器，其特征在于，所述干簧管的间距根据测量精度要求可调。
8.一种包含有权利要求4至7任意一项所述的位移传感器的非接触式位移测量装置，其特征在于，包括移动端和固定端，所述位移传感器的永磁体设置在所述移动端上，所述位移传感器的磁感应测量电路设置在所述固定端上且所述磁感应测量电路与所述永磁体的运动轨迹配合，所述固定端上还设有：
与所述磁感应测量电路的输出端相连的调理放大电路，用于将所述磁感应测量电路输出的位移电信号进行放大调理，输出对应的调理信号；
与所述调理放大电路的输出端相连的A/D采集电路，用于将所述调理放大电路输出的调理信号进行模数转换，输出数字位移信号；
与所述A/D采集电路的输出端相连的CPU，用于根据公式ΔS＝So-(Vi-Vo)/Vo将所述A/D采集电路当前时刻输出的数字位移信号换算成的对应的绝对位移，其中，So为初始位置位移，Vi为电源电压VCC，Vo为当前时刻的数字位移信号，ΔS为当前时刻的绝对位移。
9.根据权利要求8所述的非接触式位移测量装置，其特征在于，所述调理放大电路包括电阻R1’、电阻R2’、电阻R3’、电容C1和运算放大器，其中，电阻R1’的一端、电阻R2’的一端分别与所述磁感应测量电路的输出端相连，电阻R1’的另一端接地，电阻R2’的另一端分别与电容C1的一端以及所述运算放大器的同向输入端相连，电容C1的另一端接地，所述运算放大器的反向输入端与其输出端相连，所述运算放大器的输出分别与电阻R3’的一端以及所述A/D采集电路输入端相连，电阻R3’的另一端接地。
10.根据权利要求9所述的非接触式位移测量装置，其特征在于，所述非接触式位移测量装置的测量范围为0.1米～20米。
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