CN102506723A - 拉线式光电位移传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉线式光电位移传感器，其特征是在机壳中，一直立的前机架将机壳内腔分设为前腔体和后腔体，位于后腔体中的后机架与前机架通过轴承共同支承一可转动的主轴，主轴的前段轴延伸在机壳的前腔体中；拉线盘固定设置在主轴的前段轴上，拉线的一端绕线在拉线盘上，另一端依次通过排丝器和方向微动开关在拉线嘴中引出；以前机架和后机架为支撑设置一齿轮组，齿轮组是以固定设置在主轴上的主轴齿轮为主动轮，末级从动轮是为调制轮；设置光电断续器发射极和接收极分置在调制轮不透光叶片的两侧。本发明体积小、量程大、精度高、安装方便、造价低，可以通过安置定滑轮来绕过障碍物体进行位移量测。

Description

拉线式光电位移传感器

技术领域

本发明涉及一种测量物体线位移的传感器，具体的说是一种拉线式光电位移传感器。

背景技术

现有的位移传感器有机械式、电阻式、电容式和电感式等，这类传感器存在着读数不直观、量程小、体积过大引起安装不便、一旦有障碍物就无法量测等，使得在具体应用上受限制。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种体积小、量程大、精度高、安装方便、造价低的拉线式光电位移传感器。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明拉线式光电位移传感器的结构特点是：

具有一直立在矩形底座上的拱门形机壳，在所述机壳中，一直立的前机架将机壳内腔分设为前腔体和后腔体，位于所述后腔体中、与所述前机架相平行地设置一直立的后机架，由所述前机架与后机架通过轴承共同支承一可转动的主轴，所述主轴的前段轴延伸在机壳的前腔体中，在所述主轴的前段轴上设有涨紧盘簧；在所述前腔体所在位置的机壳右上方设置一拉线嘴，位于拉线嘴入口处的前腔体中设置一方向微动开关；

一拉线盘固定设置在所述主轴的前段轴上，位于拉线盘的右上方是一可以将拉线成螺旋单排绕丝在拉线盘上的排丝器，拉线的一端绕线在拉线盘上，另一端依次通过排丝器和方向微动开关在拉线嘴中引出；

以所述前机架和后机架为支撑，设置一齿轮组，所述齿轮组是以固定设置在主轴上的主轴齿轮为主动轮，与主轴齿轮啮合的棘轮为第一从动轮，末级从动轮是具有三个均布的不透光叶片的调制轮，自所述棘轮到所述调制轮，其间按照直径由大到小依次啮合传动各中间级从动轮；

电路板固定设置在前机架的侧壁上，在所述电路板上设置两组光电断续器，所述光电断续器的发射极和接收极分置在所述调制轮的不透光叶片的两侧；所述两组光电断续器处在互为90°的位置上。

本发明拉线式光电位移传感器的结构特点也在于：

设置所述排丝器是由位于两端的传动齿轮和连接在两端传动齿轮之间的螺纹排丝筒构成，所述螺纹排丝筒的表面为螺旋线槽；

设置所述拉线盘是由位于两端的带齿端板和连接在两端带齿端板之间的绕丝筒构成，由所述拉线盘上带齿端板带动的排丝器是在所述拉线盘转过一周时，排丝器转过一个轮齿，并且在排丝器上螺纹排丝筒带动下的拉线沿轴向平移一个拉线的外径的宽度。

本发明拉线式光电位移传感器的结构特点也在于：

所述排丝器上的位于两端的传动齿轮是形成为双层结构的内层齿轮和外层齿轮，所述内层齿轮和外层齿轮上的齿高、齿宽、齿顶圆直径、齿根圆直径均为相同，内层齿轮的齿数是外层齿轮的齿数的一半，并且内层齿轮上相邻的轮齿是与外层齿轮上一一间隔的轮齿相重叠；

在所述拉线盘上带齿端板的外侧设置有两只能够与外层齿轮上相邻的两个轮齿相啮合的传动齿(，所述两个传动齿之间的齿槽贯穿所述带齿端板。

本发明拉线式光电位移传感器的结构特点也在于：

所述方向微动开关的结构设置为：呈竖直设置一摆杆，作为摆动中心的销轴将摆杆悬挂设置在机架上，在所述摆杆的上部设置有刀刃架，刀刃架的底部刃口抵压在拉线上的，在所述摆杆的底端设置一永久磁钢块，在与所述永久磁钢块相对位置的底座上设置一霍尔元件。

设置一摆杆定位结构，是在所述摆杆的底部，处在与所述永久磁块相应位置的两侧机架上，分别设置定位铁片，以所述永久磁块对所述定位铁片的吸附定位摆杆。

本发明中拉线式位移传感器基于以下工作原理：

被测物体位移的传感：固定设置拉线式光电位移传感器，将从拉线嘴中引出的拉线挂钩挂在被测物体测点的挂环上，依靠传感器内涨紧盘簧回缩的弹力，将拉线回缩绷紧后，即可进行位移量测。当被测物体产生位移拉动拉线时，拉线盘将作相应的正反方向转动。拉线盘每转动一周，经由齿轮组的变速，被测位移量得到充分放大，以此提高分辨率。在拉线盘上缠绕的数圈拉线，可以使量程达到1m以上，利用调制轮和光电断续器将转动的机械信号转换成数字电信号，从而获得位移量的检测。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：本发明体积小、量程大、精度高、安装方便、造价低，可以通过安置定滑轮来绕过障碍物体进行位移量测，可实时显示数据。

附图说明

图1A为本发明主视结构示意图；

图1B为本发明后视结构示意图；

图1C为本发明俯视结构示意图；

图1D为本发明侧视结构示意图；

图2A为本发明中排丝器与拉线盘啮合传动结构主视示意图；

图2B为本发明中排丝器与拉线盘啮合传动结构侧视示意图；

图2C为本发明中排丝器与拉线盘啮合传动结构俯视示意图；

图中标号：1拉线；2拉线嘴；3机壳；4机盖；5底座；6电缆固定头；7电缆线；11除尘腔；12主轴；13前机架；14后机架；15轴承；16涨紧盘簧；17齿轮组；18棘轮；19调制轮；20第一光电断续器；21第二光电断续器；22电路板；31方向微动开关；32摆杆；33刀刃架；34永久磁钢块；35霍尔元件；36销轴；37定位铁片；41排丝器；42螺纹排丝筒；43销轴孔；44内层齿轮；45外层齿轮；51拉线盘；52绕线筒；53带齿端板；54传动齿；55固定轴套、56主轴孔。

具体实施方式

图1A所示，本实施例中拉线式光电位移传感器的结构特点是：具有一直立在矩形底座5上的拱门形机壳3；图1C所示，在机壳3中，一直立的前机架13将机壳内腔分设为前腔体和后腔体，位于后腔体中、与前机架13相平行地设置一直立的后机架14，由前机架13与后机架14通过轴承15共同支承一可转动的主轴12，主轴12的前段轴延伸在机壳3的前腔体中，在主轴12的前段轴上设有涨紧盘簧16，前腔体的前端面设置为机盖4；如图1A、图1C和图1D所示，在前腔体所在位置的机壳右上方设置一拉线嘴2，拉线嘴2中设置一除尘腔11，用于为拉线1清除杂物，除尘腔11可以是方形空腔，其内置两块毛毡，拉线1从两块毛毡中间穿过时被清理除尘，拉线1即是从拉线嘴2经过除尘腔11进入机壳3中，位于拉线嘴2入口处的前腔体中设置一方向微动开关31，在机壳3的底部设置的电缆固定头6，用于贯穿电缆线7。

如图1A、图1C和图2A所示，一拉线盘51固定设置在主轴12的前段轴上，位于拉线盘51的右上方是一可以将拉线1成螺旋单排绕丝在拉线盘51上的排丝器41，拉线1的一端绕线在拉线盘51上，另一端依次通过排丝器41和方向微动开关31在拉线嘴2中引出。

如图1B和图1C所示，以前机架13和后机架14为支撑，设置一齿轮组17，齿轮组17是以固定设置在主轴12上的主轴齿轮为主动轮，与主轴齿轮啮合的棘轮18为第一从动轮，末级从动轮是具有三个均布的不透光叶片的调制轮19，自棘轮18到调制轮19，其间按照直径由大到小依次啮合传动各中间级从动轮。

如图1B所示，电路板22固定设置在前机架13的侧壁上，在电路板22上设置两组光电断续器，光电断续器的发射极和接收极分置在调制轮19的不透光叶片的两侧；两组光电断续器是处在互为90°位置上的第一光电断续器20和第二光电断续器21，本实施例中，设置调制轮19与第一光电断续器20及第二光电断续器21构成信号转换装置，将机械信号转换为数字电信号。

具体实施中，如图2A、图2B和图2C所示，设置排丝器41是由位于两端的传动齿轮和连接在两端传动齿轮之间的螺纹排丝筒42构成，螺纹排丝筒42的表面为螺旋线槽；排丝器41上的位于两端的传动齿轮是形成为双层结构的内层齿轮44和外层齿轮45，内层齿轮44和外层齿轮45上的齿高、齿宽、齿顶圆直径、齿根圆直径均为相同，内层齿轮44的齿数是外层齿轮45的齿数的一半，并且内层齿轮44上相邻的轮齿是与外层齿轮45上一一间隔的轮齿相重叠；

设置拉线盘51是由位于两端的带齿端板53和连接在两端带齿端板53之间的绕丝筒52构成，由拉线盘51上带齿端板53带动的排丝器41是在拉线盘51转过一周时，排丝器41转过一个轮齿，并且在排丝器41上螺纹排丝筒带动下的拉线1沿轴向平移一个拉线1的外径的宽度；在拉线盘51上带齿端板53的外侧设置有两只能够与外层齿轮45上相邻的两个轮齿相啮合的传动齿54，两个传动齿54之间的齿槽贯穿带齿端板53，使得在带齿端板53的外圆周上形成一个齿槽。内层齿轮11的轮齿可以和带齿端板53外圆周上齿槽进行啮合传动，并可以抵靠在带齿端板53的外圆周表面滑行，形成阻尼以阻止排丝器41随意转动。

如图1A所示，本实施例中的方向微动开关31的结构设置为：呈竖直设置一摆杆32，作为摆动中心的销轴36将摆杆32悬挂设置在机架上，在摆杆32的上部设置有刀刃架33，刀刃架33的底部刃口抵压在拉线1上的，在摆杆32的底端设置一永久磁钢块34，在与永久磁钢块34相对位置的底座5上设置一霍尔元件35，霍尔元件35的顶面与永久磁钢块34的底面之间约为1mm的间隙，拉线1抵靠于刀刃架33的刀刃上，随着拉线1的移动，摆杆32朝向拉线1的移动方向一侧摆动，因此切割霍尔元件35上的磁力线；设置一摆杆定位结构，是在摆杆32的底部，处在与永久磁块34相应位置的两侧机架上，分别设置定位铁片37，以永久磁块34对定位铁片37的吸附定位摆杆32，避免摆杆的抖动。

图2C中所示的固定轴套55用于将拉线盘51固定于主轴12上，图2A中所述的主轴孔56用于是穿入主轴12。

使用方式按如下过程进行：

1、在被测物体的测试点安装好挂环。

2、若拉线式光电位移传感器与被测物体之间未被其他物体挡住，采用直接安置的方法，将传感器的拉线嘴孔对准测试点后，把传感器固定于相对不位移的物体上；若传感器与被测物体之间被其他物体挡住，采用绕过安置的方法，在拉线路径的拐弯处设置定滑轮，再把传感器固定于相对不位移的物体上。

3、从拉线式光电位移传感器的拉线嘴孔中拉出拉线，把拉线直接挂钩挂或通过定滑轮挂于被测物体测试点的挂环。

4、把拉线式光电位移传感器的电缆线与位移处理器联接，即可对被测物体进行位移测试。

本实施例中拉线式光电位移传感器可以达到如下性能指标：

量程：0～2000mm或-1000～1000mm；

分辨率：0.01mm；

精度：±0.03mm；

本实施例中的方向微动开关用于消除齿轮组中齿轮间隙的误差，由于拉线与方向微动开关中的刀刃架相接触，不论拉线从拉线嘴孔内拉出或缩回，摆杆绕销轴摆动，永久磁钢块切割霍尔元件的磁力线，以此获得拉线走向信号；设刀刃架上刀刃至销轴的距离为L₁，永久磁钢块的底面至销轴的距离为L₂，且L₂＝60L₁，刀刃架刀刃移动为a，永久磁钢块底面移动为b，则b＝(L₂/L₁)a；当a＝0.01mm时，b＝0.6mm，该0.6mm的移动，足以切换霍尔元件的磁力线。设定拉线拉出为开，即为数字信号“1”；拉线回缩为关，即为数字信号“0”，经逻辑电路的判断，来控制补偿增加或减少计数器的计数脉冲，以消除由齿轮间隙引起的误差。此外，由于齿轮组产生的齿轮间隙很小，在拉线走丝起始的瞬间，就消除了齿轮组齿轮间隙引起的误差。

Claims (5)

1.一种拉线式光电位移传感器，其特征是：

具有一直立在矩形底座(5)上的拱门形机壳(3)，在所述机壳(3)中，一直立的前机架(13)将机壳内腔分设为前腔体和后腔体，位于所述后腔体中、与所述前机架(13)相平行地设置一直立的后机架(14)，由所述前机架(13)与后机架(14)通过轴承(15)共同支承一可转动的主轴(12)，所述主轴(12)的前段轴延伸在机壳(3)的前腔体中，在所述主轴(12)的前段轴上设有涨紧盘簧(16)；在所述前腔体所在位置的机壳右上方设置一拉线嘴(2)，位于拉线嘴(2)入口处的前腔体中设置一方向微动开关(31)；

一拉线盘(51)固定设置在所述主轴(12)的前段轴上，位于拉线盘(51)的右上方是一可以将拉线(1)成螺旋单排绕丝在拉线盘(51)上的排丝器(41)，拉线(1)的一端绕线在拉线盘(51)上，另一端依次通过排丝器(41)和方向微动开关(31)在拉线嘴(2)中引出；

以所述前机架(13)和后机架(14)为支撑，设置一齿轮组(17)，所述齿轮组(17)是以固定设置在主轴(12)上的主轴齿轮为主动轮，与主轴齿轮啮合的棘轮(18)为第一从动轮，末级从动轮是具有三个均布的不透光叶片的调制轮(19)，自所述棘轮(18)到所述调制轮(19)，其间按照直径由大到小依次啮合传动各中间级从动轮；

电路板(22)固定设置在前机架(13)的侧壁上，在所述电路板(22)上设置两组光电断续器，所述光电断续器的发射极和接收极分置在所述调制轮(19)的不透光叶片的两侧；所述两组光电断续器处在互为90°的位置上。

2.根据权利要求1所述的拉线式光电位移传感器，其特征是：

设置所述排丝器(41)是由位于两端的传动齿轮和连接在两端传动齿轮之间的螺纹排丝筒(42)构成，所述螺纹排丝筒(42)的表面为螺旋线槽；

设置所述拉线盘(51)是由位于两端的带齿端板(53)和连接在两端带齿端板(53)之间的绕丝筒(52)构成，由所述拉线盘(51)上带齿端板(53)带动的排丝器(41)是在所述拉线盘(51)转过一周时，排丝器(41)转过一个轮齿，并且在排丝器(41)上螺纹排丝筒(42)带动下的拉线(1)沿轴向平移一个拉线(1)的外径的宽度。

3.根据权利要求2所述的拉线式光电位移传感器，其特征是：

所述排丝器(41)上的位于两端的传动齿轮是形成为双层结构的内层齿轮(44)和外层齿轮(45)，所述内层齿轮(44)和外层齿轮(45)上的齿高、齿宽、齿顶圆直径、齿根圆直径均为相同，内层齿轮(44)的齿数是外层齿轮(45)的齿数的一半，并且内层齿轮(44)上相邻的轮齿是与外层齿轮(45)上一一间隔的轮齿相重叠；

在所述拉线盘(51)上带齿端板(53)的外侧设置有两只能够与外层齿轮(45)上相邻的两个轮齿相啮合的传动齿(54)，所述两个传动齿(54)之间的齿槽贯穿所述带齿端板(53)。

4.根据权利要求1所述的拉线式光电位移传感器，其特征是所述方向微动开关(31)的结构设置为：呈竖直设置一摆杆(32)，作为摆动中心的销轴(36)将摆杆(32)悬挂设置在机架上，在所述摆杆(32)的上部设置有刀刃架(33)，刀刃架(33)的底部刃口抵压在拉线(1)上的，在所述摆杆(32)的底端设置一永久磁钢块(34)，在与所述永久磁钢块(34)相对位置的底座(5)上设置一霍尔元件(35)。

5.根据权利要求4所述的拉线式光电位移传感器，其特征是设置一摆杆定位结构，是在所述摆杆(32)的底部，处在与所述永久磁块(34)相应位置的两侧机架上，分别设置定位铁片(37)，以所述永久磁块(34)对所述定位铁片(37)的吸附定位摆杆(32)。

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