CN102331230B

CN102331230B - 一种长度或角度测量装置及其电路结构

Info

Publication number: CN102331230B
Application number: CN 201110162740
Authority: CN
Inventors: 唐臻宇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2031-06-17
Also published as: CN102331230A

Abstract

本发明公开了一种长度或角度测量装置及其电路结构，本发明涉及位移测量装置。旨在提供一种一体化、便携式、低功耗的一种长度或角度测量装置及其电路结构。本发明的技术要点为：包括齿轮、外壳、光源、圆指示光栅、圆标尺光栅、光敏元件、印刷电路板；光源、圆指示光栅、圆标尺光栅、光敏元件、印刷电路板位于外壳内；所述齿轮的一端与圆标尺光栅的中央部分固定连接，齿轮的另一端延伸出外壳；光源位于圆标尺光栅的一侧，且光源与齿轮位于圆标尺光栅的同侧；圆指示光栅与光源相对，且圆指示光栅与光源中间隔有圆标尺光栅；光敏元件位于印刷电路板上，与圆指示光栅相对；所述印刷电路板与圆标尺光栅相对。本发明可用于直线长度或者角度的测量。

Description

一种长度或角度测量装置及其电路结构

技术领域

本发明涉及位移测量装置，特别是一种一体化、便携式的一种长度或角度测量装置及其电路结构。

背景技术

现有技术中的电子长度测量装置大多为齿轮齿条型，其原理为在待测物品设置一齿条,长度测量装置上有同此齿条啮合的小齿轮。小齿轮在齿条上滚动，位移测量装置通过计数小齿轮滚动的周期数计算待测物品的长度。见国内专利“高度计”，申请号为：85109249。

除上述专利文献公开的长度测量装置外，还有一种基于圆容栅角位移传感器的齿轮齿条长度测量装置。其原理是：当小齿轮在齿条上滚动时，带动圆容栅角位移传感器转动，小齿轮每转动一圈，圆容栅角位移传感器输出一定数量的脉冲信号，通过计数脉冲信号便可得出待测物品的长度。

但是，上述现有技术的缺陷是：整个测量装置功耗大，且采用交流电源供电，体积大，安装困难，基于圆容栅传感器的长度测量装置还具有测量精度低、容易受电气干扰。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种一体化、便携式、低功耗的一种长度或角度测量装置及其电路结构。

本发明中的一种长度或角度测量装置构造的主要技术方案是这样的：包括齿轮、外壳、光源、圆指示光栅、圆标尺光栅、光敏元件、印刷电路板；所述光源、圆指示光栅、圆标尺光栅、光敏元件、印刷电路板位于外壳内；所述齿轮的一端与圆标尺光栅的中央部分固定连接，齿轮的另一端延伸出外壳；光源位于圆标尺光栅的一侧，且光源与齿轮位于圆标尺光栅的同侧；圆指示光栅与光源相对，且圆指示光栅与光源中间隔有圆标尺光栅；光敏元件位于印刷电路板上，与圆指示光栅相对，用以接收穿过圆标尺光栅与圆指示光栅的光线；所述印刷电路板与圆标尺光栅相对。

本发明中的一种长度或角度测量装置构造的附加技术方案是这样的：

优选地，还包括显示屏，所述显示屏设置于外壳外表面。

优选地，还包括按钮，所述按钮位于外壳外表面。

本发明中的一种长度或角度测量装置电路结构的主要技术方案是这样的：包括电源电路、控制处理单元、计数器、光敏元件信号处理电路与位移传感器，其特征在于，所述电源电路向控制处理单元、计数器、光敏元件信号处理电路与位移传感器供电；控制处理单元向电源电路输出控制信号；位移传感器的信号输出端与光敏元件信号处理电路的信号输入端连接；所述光敏元件信号处理电路的信号输出端与计数器的信号输入端连接；计数器的信号输出端与控制处理单元连接。

本发明中的一种长度或角度测量装置电路结构的附加技术方案是这样的：

优选地，所述位移传感器为圆光栅传感器，所述圆光栅传感器具有两路相位正交的第一正弦信号输出端、第二正弦信号输出端以及零位信号输出端。

优选地，光敏元件信号处理电路包括两个结构对称的第一放大电路与第二放大电路以及两个结构对称的第一比较器与第二比较器；所述第一放大电路的信号输出端与第一比较器的信号输入端连接；所述第二放大电路的信号输出端与第二比较器的信号输入端连接；第一放大电路的信号输入端与圆光栅传感器的第一正弦信号输出端连接，第二放大电路的信号输入端与圆光栅传感器的第二正弦信号输出端连接为光敏元件信号处理电路的信号输入端；第一、第二比较器的信号输出端为光敏元件信号处理电路的信号输出端。

优选地，所述计数器为可逆计数器，所述可逆计数器具有零位信号输入端，可逆计数器与第一比较器、第二比较器的信号输出端连接，所述的零位信号输入端还与圆光栅传感器的零位信号输出端连接，可逆计数器的输出端接至控制处理单元。

优选地，还包括辨向电路，所述辨向电路的输入端与第一比较器、第二比较器的信号输出端连接, 辨向电路的输出端同时接至可逆计数器的方向控制端及控制处理单元。

优选地，还包括显示电路，所述显示电路的信号输入端与控制处理单元连接。

优选地，还包括信号输入终端，所诉信号输入终端的信号输出端与控制处理单元连接。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、将位移传感器、光敏元件信号处理电路、控制处理单元、计数器、显示电路、操作按钮集成在一起，采用低功耗涉及，使用电池供电，减小了装置的体积，便于携带；

2、输入齿轮与圆标尺光栅直接连接，减小了整个转动部分的转动惯量，使得齿轮与齿条间的惯性作用力减小，从而延长了齿轮齿条的机械寿命；

3、采用辨向电路比较圆光栅传感器输出的两路信号的相位差的正负可以测出带有方向的位移值；

4、该装置可以用于角度测量，通过齿条将直线长度转换为角度可以用于直线位移测量。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明中长度测量装置的构造示意图（侧视图）；

图2是本发明中长度测量装置的主视图；

图3本发明中长度测量装置电路原理框图。

图中标记：1 外壳 2 齿轮 3 圆标尺光栅 4 圆指示光栅 5 光源 6光敏元件 7 印刷电路板 8 显示屏 9 按钮。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，本发明提供了一种体积小、易于携带的长度测量装置。该长度测量装置构造是这样的：包括齿轮2、外壳1、光源5、圆指示光栅4、圆标尺光栅3、光敏元件6、印刷电路板7；所述光源5、圆指示光栅4、圆标尺光栅3、光敏元件6、印刷电路板7位于外壳内；所述齿轮2的一端与圆标尺光栅3的中央部分固定连接，齿轮2的另一端延伸出外壳；光源5位于圆标尺光栅3的一侧，且光源5与齿轮2位于圆标尺光栅3的同侧；圆指示光栅4与光源5相对，且圆指示光栅4与光源5中间隔有圆标尺光栅3；光敏元件6位于印刷电路板7上，与圆指示光栅4相对，用以接收投射过圆标尺光栅3与圆指示光栅4的光线；所述印刷电路板7与圆标尺光栅3相对。

上述圆指示光栅4、圆标尺光栅3、印刷电路板7所在的平面相互平行。

在外壳外表面还设置有显示屏8与操作按钮9。如图2。

印刷电路板上具有信号处理与控制电路，用以将测量结果显示到显示屏上。操作按钮9用以将用户的操作信号传输至信号处理与控制电路。

设置在所述印刷电路板上的长度测量装置电路：包括电源电路、控制处理单元、计数器、光敏元件信号处理电路与位移传感器，所述电源电路向控制处理单元、计数器、光敏元件信号处理电路与位移传感器供电；控制处理单元向电源电路输出控制信号；位移传感器的信号输出端与光敏元件信号处理电路的信号输入端连接；所述光敏元件信号处理电路的信号输出端与计数器的信号输入端连接；计数器的信号输出端与控制处理单元连接。

以下是长度测量装置电路的一种优选的实施方案：

电源电路中采用多个电压升压或者降压芯片，将3.6V锂离子电池输出的电压值转换为5V、3.3V等各个电路部分工作需要的电压。

所述位移传感器为圆光栅传感器，具有两路正交的正弦信号输出端，以及一路零位信号输出端，零位信号输出端用于确定待测位移的初始位置，接至可逆计数器的专用零位输入口，该零位信号可以对可逆计数器清零。

光敏元件信号处理电路包括两个结构对称的第一放大电路与第二放大电路以及两个结构对称的第一比较器与第二比较器；所述第一放大电路的信号输出端与第一比较器的信号输入端连接；所述第二放大电路的信号输出端与第二比较器的信号输入端连接；第一放大电路的信号输入端与圆光栅传感器的第一正弦信号输出端连接，第二放大电路的信号输入端与圆光栅传感器的第二正弦信号输出端连接为光敏元件信号处理电路的信号输入端；第一、第二比较器的信号输出端为光敏元件信号处理电路的信号输出端。所述放大电路用于将圆光栅传感器输出的正弦信号放大到预设的幅值大小，比较器用于将正弦信号转换为脉冲信号。

所述计数器为可逆计数器，可逆计数器与第一比较器、第二比较器的信号输出端连接，可逆计数器的输出端接至控制处理单元。

为了测出位移的方向，还可以在该长度测量装置电路中增加辨向电路，所述辨向电路与第一比较器、第二比较器的信号输出端连接，辨向电路的输出端接至可逆计数器的方向控制端及控制处理单元。

上述长度测量装置电路的工作原理是：当齿轮带动圆光栅传感器转动一个光栅节距，圆光栅传感器输出两路完整周期的正弦信号，两路正交的正弦信号经过光敏元件信号处理电路后转换为两路正交的脉冲信号，可逆计数器对两路脉冲的边缘（或者上、下跳沿）计数，计数方向由辨向电路决定，计数器的计数值就代表了位移（或角位移）值；辨向电路用于检测两路信号的相位差，根据相位差判断位移方向，从而控制可逆计数器进行加计数还是减计数。

长度测量装置的电路还具有RS485接口电路，控制处理单元通过RS485接口电路将测得的位移信息传输至上位机。

为了便于测量结果的显示，所述长度测量装置的电路还包括显示电路(例如OLED显示器接口电路),控制处理单元通过显示电路将测量结果显示到显示屏上。

该长度测量装置电路还包括信号输入终端，所述信号输入终端的信号输出端与控制处理单元连接，用以将电源开关、测量模式选择、初始值设定等控制信号传输至控制处理单元。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种长度或角度测量装置，包括齿轮、外壳，其特征在于，还包括光源、圆指示光栅、圆标尺光栅、光敏元件、印刷电路板；所述光源、圆指示光栅、圆标尺光栅、光敏元件、印刷电路板位于外壳内；所述齿轮的一端与圆标尺光栅的中央部分固定连接，齿轮的另一端延伸出外壳；光源位于圆标尺光栅的一侧，且光源与齿轮位于圆标尺光栅的同侧；圆指示光栅与光源相对，且圆指示光栅与光源中间隔有圆标尺光栅；光敏元件位于印刷电路板上，与圆指示光栅相对，用以接收穿过圆标尺光栅与圆指示光栅的光线；所述印刷电路板与圆标尺光栅相对。

2.根据权利要求1所述的一种长度或角度测量装置，其特征在于，还包括显示屏，所述显示屏设置于外壳外表面。

3.根据权利要求1所述的一种长度或角度测量装置，其特征在于，还包括按钮，所述按钮位于外壳外表面。

4.权利要求1至3中任意一项所述的一种长度或角度测量装置的电路结构，包括电源电路、控制处理单元、计数器、光敏元件信号处理电路与位移传感器，其特征在于，所述电源电路向控制处理单元、计数器、光敏元件信号处理电路与位移传感器供电；控制处理单元向电源电路输出控制信号；位移传感器的信号输出端与光敏元件信号处理电路的信号输入端连接；所述光敏元件信号处理电路的信号输出端与计数器的信号输入端连接；计数器的信号输出端与控制处理单元连接。

5.根据权利要求4所述的一种长度或角度测量装置的电路结构，其特征在于，所述位移传感器为圆光栅传感器，所述圆光栅传感器具有两路相位正交的第一正弦信号输出端、第二正弦信号输出端以及零位信号输出端。

6.根据权利要求5所述的一种长度或角度测量装置的电路结构，其特征在于，光敏元件信号处理电路包括两个结构对称的第一放大电路与第二放大电路以及两个结构对称的第一比较器与第二比较器；所述第一放大电路的信号输出端与第一比较器的信号输入端连接；所述第二放大电路的信号输出端与第二比较器的信号输入端连接；第一放大电路的信号输入端与圆光栅传感器的第一正弦信号输出端连接，第二放大电路的信号输入端与圆光栅传感器的第二正弦信号输出端连接为光敏元件信号处理电路的信号输入端；第一、第二比较器的信号输出端为光敏元件信号处理电路的信号输出端。

7.根据权利要求6所述的一种长度或角度测量装置的电路结构，其特征在于，所述计数器为可逆计数器，所述可逆计数器具有零位信号输入端，可逆计数器与第一比较器、第二比较器的信号输出端连接，所述的零位信号输入端还与圆光栅传感器的零位信号输出端连接，可逆计数器的输出端接至控制处理单元。

8.根据权利要求7所述的一种长度或角度测量装置的电路结构，其特征在于，还包括辨向电路，所述辨向电路的输入端与第一比较器、第二比较器的信号输出端连接, 辨向电路的输出端同时接至可逆计数器的方向控制端及控制处理单元。

9.根据权利要求4所述的一种长度或角度测量装置的电路结构，其特征在于，还包括显示电路，所述显示电路的信号输入端与控制处理单元连接。

10.根据权利要求4所述的一种长度或角度测量装置的电路结构，其特征在于，还包括信号输入终端，所述信号输入终端的信号输出端与控制处理单元连接。