CN102818520B - 非接触式角位移传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非接触式角位移传感器，包括：外屏蔽壳和前端屏蔽盖配合相连构成完整磁屏蔽结构；内壳具有呈旋转对称的空腔结构；空腔结构一端固定安装配线基板以及磁敏传感器形成电子组件工作区域；空腔结构的另一端安装有转轴和磁体形成机械转动工作区域，并且电子组件工作区域和机械转动工作区域互不相通。本发明所述的角位移传感器结构紧凑，容易组装，从而能够实现小型化和微型化，并且还能够消除使用过程中由于突发情况可能导致的电路损毁隐患。

Description

非接触式角位移传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，更具体地，本发明涉及一种检测旋转轴旋转角位移的非接触式微型角位移传感器。

背景技术

目前应用于工业机器设备上的输出信号传感器有两种形式。其一为机械式，也就是接触式，其通过电刷和电阻基片滑动接触，随着相对位移，电阻值改变，输出电压信号相应改变，这种机械部件易产生磨损，或随着工业机器设备的震动，接触片有可能产生瞬间脱开，接触不良；而且在应用过程中由于电刷和电阻基片的磨损屑会附着在电刷和电阻基片之间，会产生接触不良或输出阻值的改变，最后导致信号无法正常传输，使用寿命受到限制。其二为非接触式，采用霍尔效应，即利用霍尔元件的输出电压与外加磁场以及磁声与元件法线夹角的余弦成比例的关系原理，在与旋转轴连接的旋转的转子的前端设置有磁铁，并利用磁铁有间隔并且相对的磁敏传感器来检测转子角位移的旋转角，现有技术中的非接触式传感器通常都采用了轴承结构，结构复杂，而且难以实现小型化、微型化。

CN202041218U公开了一种非接触式磁致伸缩位移传感器，包括壳体，壳体一端的端盖，端盖的外表面设有至少一个内凹的盲沉孔，壳体内设置有传感器电路板，所述电路板固定有与盲沉孔数量相同的霍尔开关，所述霍尔开关靠近盲沉孔；一调试笔，所述调试笔设置有略小于盲沉孔内径的磁粒。该位移传感器能够对其元件进行有效防护，但是其结构相对复杂，体积也较大，并且还需要利用调试笔对传感器进行调试，操作也不够方便。

发明内容

为了解决现有技术中的非接触式位移传感器结构复杂、体积较大以及安装复杂的技术问题，本发明的目的在于提供一种非接触式微型角位移传感器；本发明所述的角位移传感器结构紧凑，容易组装，从而能够实现小型化和微型化，并且还能够消除使用过程中由于突发情况可能导致的电路损毁隐患。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种非接触式角位移传感器，包括：外屏蔽壳、内壳、转轴、磁体、配线基板、磁敏传感器和前端屏蔽盖，外屏蔽壳和前端屏蔽盖配合相连构成完整磁屏蔽系统；内壳具有呈旋转对称的空腔结构；空腔结构一端固定安装配线基板以及磁敏传感器，所述的配线基本与磁敏传感器电连接，以形成电子组件工作区域；空腔结构的另一端安装有转轴，所述转轴在靠近电子组件工作区域一侧的顶端上设置有磁体，并且所述转轴仅能在在该空腔结构内自由转动但不发生轴向和径向位移以形成机械转动工作区域，所述电子组件工作区域和机械转动工作区域由隔开部件分成互不相通的两个工作区域。

其中，所述的转轴具有实心圆柱形的变径结构，直径较大的部分安装在内壳空腔结构中；直径较小的部分伸出内壳并延伸至前端屏蔽盖外用于与外部待测机构固定连结。

其中，在所述的机械转动工作区域，所述的转轴和空腔结构滑动配合安装。

其中，在所述外屏蔽壳靠近电子组件工作区域的一端上设置有用于引出磁敏传感器电源线以及信号线的出线孔。

其中，所述磁体为圆柱形或圆环形，并能够与所述转轴同步转动。

其中，所述转轴的中心、所述磁体的中心以及磁敏传感器的中心在同一条直线上。

其中，所述外屏蔽壳由高导磁材料制成，而内壳由铝或铝合金制成。

其中，所述具有呈旋转对称的空腔结构为圆柱体空腔，并且所述圆柱体空腔是贯通的或者非贯通的。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

⑴本发明的角位移传感器在结构上把磁体和磁敏传感器设置在不同的工作区域，可以有效避免在特殊情况下轴向发生位移时造成磁敏传感器芯片损坏，以及防止配线基板发生短路等故障；另外通过隔开部件还可以防止油污及长期转动产生的金属屑等原因导致的传感器工作寿命降低，因此本发明可以提高传感器的使用寿命。

⑵本发明的角位移传感器在结构上避免使用轴承等零部件，大大节约了轴向和径向的安装空间，使得角位移传感器的结构更加紧凑，在实现正常测量角度功能的前提下实现了微型化，为在狭窄空间布置多个角位移传感器提供了较佳的解决方案。

⑶本发明的角位移传感器相对于轴承结构的传感器安装更简便，对零部件的加工要求低于轴承的要求，因此，在大批量生产的阶段加工以及装配效率都可以得到很大的提高。

附图说明

图1是实施例1所述的非接触式角位移传感器的主视图；

图2是实施例1所述的非接触式角位移传感器C-C剖视图；

图3是实施例1所述的非接触式角位移传感器的组装示意图；

图4是实施例2所述的非接触式角位移传感器的主视图；

图5是实施例2所述的非接触式角位移传感器C-C剖视图；

图6是实施例2所述的非接触式角位移传感器的组装示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的非接触式角位移传感器进行详细的阐述。

实施例1

图1和图2是本实施例非接触式角位移传感器的主视图和c-c剖视图，本实施例的角位移传感器包括：外屏蔽壳（1）、内壳（2）、转轴（4）、密封弹性垫圈（5）、磁体（6）、配线基板（7）、磁敏传感器（8）和前端屏蔽盖（9）。带有法兰面的外屏蔽壳（1）和前端屏蔽盖（9）配合相连，构成完整磁屏蔽系统。在外屏蔽壳靠近配线基板一端留有出线孔便于传感器电源及信号线引出。使用不锈钢加工的转轴（4），直径较大的一端在端面同心粘接有磁体；直径较小的一端轴在伸出前端屏蔽盖后就被加工成有一定长度截面是正方形的连接结构，同时测定对象的旋转轴的连结结构加工成与传感器轴端正方形截面相同形状的孔状结构，固定连结后角位移传感器的轴就可以和外部旋转轴同心转动。

在本实施例中内壳是圆柱形铝质结构，两端向内挖空，中间有墙式结构把内壳分成互不相通的两部分。墙式结构的一端中心掏空，在边缘适当位置加工有和配线基板上的过孔位置相配合的螺纹孔，可以用螺丝把配线基板固定在内壳上；另一端呈圆柱形碗状结构，使转轴伸进内壳的空腔内可以自由转动但不会发生径向位移，这可以依靠转轴的外径和内壳空腔的内径加工精度保证，也就是要保证内壳空腔的内径和转轴的外径之间的加工公差在0.02mm以内。同时在内壳的内壁刻有油路，以保证转动时的润滑油充盈其中。安装的时候先把转轴直径较大的一端装入内壳的空腔，再依次把密封弹性垫圈，前端屏蔽盖套进轴的直径较小的一端推向内壳，最后用螺丝前端屏蔽盖固定在内壳上，这样就把轴固定在墙式结构和前端屏蔽盖之间，而转轴的较细且呈正方形的一端伸出屏蔽盖至屏蔽系统外以便于和外部转动机构相连接，要保证轴直径较大部分的厚度，比内壳碗状结构的深度少0.02mm以内。

在本实施例中外屏蔽壳是由高导磁材料制成，其前端是一个碗装结构，后端和内壳相配合的位置开有两个过孔，用来把内壳固定在屏蔽壳内。在后端还开有过线孔，以便把电源及输出线号线引出。在外屏蔽壳上还设有法兰面用来把传感器同心固定在待测设备上。

下面将结合附图3，简单说明本实施例角位移传感器的组装过程。首先，把焊有输出信号线及电源线的配线基板用螺丝固定在内壳上，使有传感器芯片的一侧向内设置，这样就把传感器芯片封闭在一个密闭干燥的空间里，杜绝长期在恶劣环境下使用可能造成的芯片腐蚀，电路损坏等情况，可以提高电子元器件的使用寿命。然后，再把传感器输出轴直径较大的且顶端嵌入粘接有磁体的一端慢慢插入内壳的另一端，注意这一端是滑动摩擦面，安装时要在内壳内加适量的机油。然后，沿轴的正方形截面输出轴方向依次套上密封弹性垫圈、前端屏蔽盖板，最后用螺钉把前端屏蔽盖固定在内壳上，这样轴可以在内壳内部自由转动，同时由结构的加工精度上保证了轴向不会有影响测量精度的位移。把上述装好配线基板、轴及前端屏蔽盖的内壳装入外屏蔽壳内，电源及信号线从外屏蔽壳后端预开好的出线孔拉出，使外壳上的两个过孔对准内壳上的两个螺纹孔，用螺丝拧紧，这样内壳就被固定在外屏蔽壳内，同时前端屏蔽盖和外屏蔽壳的前端紧紧压合，形成一个整体的屏蔽壳系统。这样的结构，使得在外部磁场的环境下，根据已知的磁学原理，外部磁场均通过角位移传感器外壳的高导磁材料形成回路，而无法对传感器内部工作磁场带来影响，从而达到磁屏蔽的作用。

实施例2

图4和图5是本实施例非接触式角位移传感器的主视图和c-c剖视图，本实施例的角位移传感器包括：外屏蔽壳（1）、内壳（2）、挡圈（3）、转轴（4）、磁体（6）、配线基板（7）、磁敏传感器（8）和前端屏蔽盖（9）。带有法兰面的外屏蔽壳（1）把内壳（2）等所有内部结构整体包含在内，并且与前端屏蔽盖（9）配合相连，构成完整磁屏蔽系统。在外屏蔽壳靠近配线基板一端留有出线孔便于传感器电源及信号线引出。使用不锈钢加工的转轴（4），直径较大的一端在端面同心粘接有磁体；直径较小的一端轴在伸出前端屏蔽盖后就被加工成有一定长度截面是正方形的连接结构，同时测定对象的旋转轴的连结结构加工成与传感器轴端正方形截面相同形状的孔状结构，固定连结后角位移传感器的轴就可以和外部旋转轴同心转动。

在本实施例中内壳是铝质结构，中心具有相互贯通的空腔。空腔一端的边缘适当位置加工有和配线基板上的过孔位置相配合的螺纹孔，可以用螺丝把配线基板固定在内壳上；另一端呈圆柱形碗状结构，使转轴伸进内壳的空腔内可以自由转动但不会发生径向位移，这可以依靠转轴的外径和内壳空腔的内径加工精度保证，也就是要保证内壳空腔的内径和轴的外径之间的加工公差在0.02mm以内。同时在内壳的内壁刻有油路，以保证转动时的润滑油充盈其中。安装的时候先把转轴直径较大的一端装入内壳的空腔，另外通过挡圈固定在转轴上预先设计好的槽内，通过挡圈把轴卡在内壳的空腔内使其不能沿轴向移动，最后用螺丝将前端屏蔽盖固定在内壳上，而转轴的较细且呈正方形的一端伸出屏蔽盖至屏蔽系统外以便于和外部转动机构相连接，要保证轴直径较大部分的厚度，比内壳碗状结构的深度少0.02mm以内。

在本实施例中外屏蔽壳是由高导磁材料制成，其前端是一个碗装结构，后端和内壳相配合的位置开有两个过孔，用来把内壳固定在屏蔽壳内。在后端还开有过线孔，以便把电源及输出线号线引出。在外屏蔽壳上还设有法兰面用来把传感器同心固定在待测设备上。

下面将结合附图6，简单说明本实施例角位移传感器的组装过程。首先，将转轴直径较大的且顶端嵌入粘接有磁体的一端慢慢插入内壳的一端，注意这一端是滑动摩擦面，安装时要在内壳内加适量的机油；然后通过挡圈固定在转轴上预先设计好的槽内，通过挡圈把轴卡在内壳的空腔内使其不能沿轴向移动。然后在内其中设置隔开部件（例如与空腔紧密配合的隔离板等）；然后把焊有输出信号线及电源线的配线基板用螺丝固定在内壳上，使有传感器芯片的一侧向内设置，这样就把传感器芯片封闭在一个密闭干燥的空间里，杜绝长期在恶劣环境下使用可能造成的芯片腐蚀，电路损坏等情况，可以提高电子元器件的使用寿命。然后再沿转轴的正方形截面输出轴方向套上前端屏蔽盖板，最后用螺钉把前端屏蔽盖固定在内壳上，这样轴可以在内壳内部自由转动，同时由结构的加工精度上保证了轴向不会有影响测量精度的位移。把上述装好配线基板、轴及前端屏蔽盖的内壳装入外屏蔽壳内，电源及信号线从外屏蔽壳后端预开好的出线孔拉出，使外壳上的两个过孔对准内壳上的两个螺纹孔，用螺丝拧紧，这样内壳就被固定在外屏蔽壳内，同时前端屏蔽盖和外屏蔽壳的前端紧紧压合，形成一个整体的屏蔽壳系统。

Claims (7)

1.一种非接触式角位移传感器，包括：外屏蔽壳、内壳、转轴、磁体、配线基板、磁敏传感器和前端屏蔽盖，外屏蔽壳和前端屏蔽盖配合相连构成完整磁屏蔽系统；内壳具有呈旋转对称的空腔结构；其特征在于：所述空腔结构一端固定安装配线基板以及磁敏传感器，所述的配线基本与磁敏传感器电连接，以形成电子组件工作区域；空腔结构的另一端安装有转轴，所述转轴在靠近电子组件工作区域一侧的顶端上设置有磁体，并且所述转轴仅能在在该空腔结构内自由转动但不发生轴向和径向位移以形成机械转动工作区域，所述电子组件工作区域和机械转动工作区域由隔开部件分成互不相通的两个工作区域；所述的转轴和空腔结构滑动配合安装，空腔结构的内径和转轴的外径之间的加工公差为0.02mm。

2.权利要求1所述的非接触式角位移传感器，其特征在于所述的转轴具有实心圆柱形的变径结构，直径较大的部分安装在内壳空腔结构中；直径较小的部分伸出内壳并延伸至前端屏蔽盖外用于与外部待测机构固定连结。

3.权利要求1所述的非接触式角位移传感器，其特征在于在所述外屏蔽壳靠近电子组件工作区域的一端上设置有用于引出磁敏传感器电源线以及信号线的出线孔。

4.权利要求1所述的非接触式角位移传感器，其特征在于所述磁体为圆柱形或圆环形，并能够与所述转轴同步转动。

5.权利要求1所述的非接触式角位移传感器，其特征在于所述转轴的中心、所述磁体的中心以及磁敏传感器的中心在同一条直线上，转轴直径较大部分的厚度，比内壳碗状结构的深度少0.02mm。

6.权利要求1所述的非接触式角位移传感器，其特征在于所述外屏蔽壳由高导磁材料制成，而内壳由铝或铝合金制成。

7.权利要求1所述的非接触式角位移传感器，其特征在于所述具有呈旋转对称的空腔结构为圆柱体空腔，并且所述圆柱体空腔是非贯通的。