CN103673859A - 一种位移传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种位移传感器。该位移传感器包括均为线性电位计的第一电位器和第二电位计，第一电位器的第一电阻器的前端接电源Vcc，后端接地COM；第二电位计的第二电阻器的前端接电源Vcc，后端接地COM；第一电位器的第一电刷与第二电位计的第二电刷通过一绝缘的电刷架相连以使得第一电刷和第二电刷保持同时滑动；第一电刷与第二电刷同时滑动时，第一电位器的输出电压增减趋势与第二电位计的输出电压增减趋势相反并且两者之和保持不变。通过数学推导可知，第一电位器和第二电位计的输出电压之商只与电刷位置相关而不会受到电源Vcc的电压大小变化而改变，所以提高了位移传感器对供电电压的抗干扰性，提高了测量准确度。

Description

一种位移传感器
技术领域
本发明涉及传感器，尤其涉及一种位移传感器。
背景技术
现在很多领域中普遍采用的位移传感器(直线位移传感器和角度位移传感器两类)，都是利用直线电位计或角度电位计的原理，用一个单路的相对电压的输出代表相应的位置。但是，如果供电的电压波动，就会造成输出电压的波动，也就是传感器所表示位置的变化，传感器对供电电压的抗干扰性较弱，容易造成测量数据的不准确。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷，而提供一种位移传感器，以提高传感器对供电电压的抗干扰性，提高测量准确度。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种位移传感器，包括均为线性电位计的第一电位器和第二电位器，第一电位器的第一电阻器的前端接电源Vcc，后端接地COM；第二电位器的第二电阻器的前端接电源Vcc，后端接地COM；第一电位器的第一电刷与第二电位器的第二电刷通过一绝缘的电刷架相连以使得第一电刷和第二电刷保持同时滑动；第一电刷与第二电刷同时滑动时，第一电位器的输出电压增减趋势与第二电位器的输出电压增减趋势相反并且两者之和保持不变。
进一步地，第一电阻器与第二电阻器的电阻值、长度均相等；
进一步地，第一电阻器与第二电阻器并排，第一电阻器的后端的位置对应着第二电阻器的前端的位置。
进一步地，电刷架移动时，第一电刷与第二电刷同时同向移动。
进一步地，第一电位器还包括作为第一电位器输出端的第一导电条，第一电刷电连接第一电阻器与第一导电条，第一导电条与第一电阻器并排。
进一步地，第二电位器还包括作为第二电位器输出端的第二导电条，第二电刷电连接第二电阻器与第二导电条，第二导电条与第二电阻器并排。
进一步地，第一电阻器的两端分别串联分压电阻R1和R2，第二电阻器的两端分别串联分压电阻R3和R4，电阻R1的电阻值等于电阻R3电阻值，电阻R2电阻值等于电阻R4电阻值。
进一步地，第一电阻器与第二电阻器均为直线型电阻器。
进一步地，第一电阻器与第二电阻器均为圆弧型电阻器，两者的中心轴共线。
进一步地，电刷架绕着第一电阻器与第二电阻器的中心轴旋转。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明中第一电位器和第二电位器为线性输出，输出电压趋势相反且输出电压之和不变，两个电位计还同时接入同一个电源Vcc和接地COM之间，因而两个电位计的电阻器两端电压一致，通过数学推导可知，在某一位置上，第一电位器和第二电位器的输出电压之商不会受到电源Vcc的电压大小变化而改变，所以提高了位移传感器对供电电压的抗干扰性，提高了测量准确度。
附图说明
图1为本发明第一实施例的具体结构图
图2为本发明第一实施例的两路输出电压与电刷架行程关系图
图3为本发明第二实施例的正面示意图
图4为本发明第二实施例的图3中H-H截面部分剖视图
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步介绍和说明。
本发明第一实施例的结构如图1所示。
第一实施例的位移传感器为直线位移传感器，包括均为线性电位计的第一电位器10和第二电位器20，因此有两路输出：V1和V2。
第一电位器10包括第一电阻器11、第一电刷12、第一导电条13（即第一电位器10输出端V1）、电阻R1和电阻R2。第一电刷12电连接第一电阻器11与第一导电条13。第一导电条13与第一电阻器11并排且与第一电阻器11的长度一致。
第二电位器20包括第二电阻器21、第二电刷22、第二导电条23（即第二电位器20输出端V2）、电阻R3和电阻R4。第二电刷22电连接第二电阻器21与第二导电条23，第二导电条23与第二电阻器21并排。第一电阻器11与第二电阻器21均为直线型电阻器。
第一电阻器11的前端111通过电阻R1接电源Vcc，后端112通过电阻R2接地COM。第二电阻器21的前端211通过电阻R3接电源Vcc，后端212通过电阻R4接地COM。电阻R1的电阻值等于电阻R3电阻值，电阻R2电阻值等于电阻R4电阻值。最佳的实施方式是电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的电阻值均相同（允许电阻值在较小的误差范围内）。电阻R1和电阻R2是用于避免第一电位器10的输出电压出现零，避免商错误（即分母为零的情况）。同理，电阻R3和电阻R4也是用于避免商错误。
为避免两路输出电压之比出现商错误，还可以选择在第一电阻器11和第二电阻器21的两端分别设置限位片，让第一电刷12不能够滑动至第一电阻器11的两端尽头、第二电刷22不能够滑动至第二电阻器21的两端尽头，其原理与两端串联分压电阻一样。根据同样的原理，也可以在其他机械结构上直接限制第一电刷12和第二电刷22的滑动行程来避免商错误。
如图1所示，第一电阻器11与第二电阻器21的电阻值、长度均相等。第一电阻器11与第二电阻器21并排，第一电阻器11的后端112的位置对应着第二电阻器21的前端211的位置，即第一电阻器11与第二电阻器21的方向相反。第一电阻器11、第二电阻器21的这种结构和位置关系是位移传感器的实施方式中比较简单、容易制造的一种方案，对于降低位移传感器的成本来说非常有利。
第一电位器10的第一电刷12与第二电位器20的第二电刷22通过绝缘电刷架30相连以使得第一电刷12和第二电刷22保持同时滑动。电刷架30由拉杆牵引运动，拉杆与第一电位器10和第二电位器20保持平行。位移传感器要测量的便是电刷架30的位移（即拉杆的位移）。电刷架30移动时，第一电刷12与第二电刷22同时同向同速度移动。由于第一电阻器11与第二电阻器21的方向相反，因此第一电刷12与第二电刷22同时同向同速度滑动时，第一电位器10的输出电压增减趋势与第二电位器20的输出电压增减趋势相反并且两者之和保持不变（互补关系）。
第一实施例的两路输出电压与电刷架30行程关系如图2所示。图2中横轴为电刷架30行程，竖轴为输出电压。AC为输出端V1的输出电压，BD为输出端V2的输出电压。当电刷架30在某个位置G时，输出端V1的输出电压为FG，输出端V2的输出电压EG，因此输出电压之比为FG:EG。
由相似三角形原理可知：
(1)FG/AD=CG/CD
(2)EG/BC=DG/DC
(3)AD=BC
(4)CD=DC
可得：FG/EG=CG/DG
因此，输出端V1的输出电压与输出端V2的输出电压之比只与电刷架30所在位置有关，与电源Vcc的电压大小以及第一电阻器11和第二电阻器21所加载的电压大小无关。由此可知第一电位器10和第二电位器20的输出电压之比不受外部电压的影响，提升了位移测量的准确度。
本发明第二实施例如图3和图4所示。第二实施例中位移传感器为角度位移传感器。与第一实施例不同的地方在于：第一电阻器41与第二电阻器51均为圆弧型电阻器，两者的中心轴共线；电刷架60绕着第一电阻器41与第二电阻器51的中心轴旋转。第一电刷42和第二电刷52是在电刷架60的带动下同时作圆周运动。第一电阻器41、第一导电条43、第二导电条53和第二电阻器51依次排列。
以上陈述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims (10)

1.一种位移传感器，包括均为线性电位计的第一电位器和第二电位器，其特征在于，所述第一电位器的第一电阻器的前端接电源Vcc，后端接地COM；所述第二电位器的第二电阻器的前端接电源Vcc，后端接地COM；所述第一电位器的第一电刷与第二电位器的第二电刷通过一绝缘的电刷架相连以使得第一电刷和第二电刷保持同时滑动；所述第一电刷与第二电刷同时滑动时，所述第一电位器的输出电压增减趋势与第二电位器的输出电压增减趋势相反并且两者之和保持不变。
2.如权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，所述第一电阻器与第二电阻器的电阻值、长度均相等。
3.如权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，所述第一电阻器与第二电阻器并排，所述第一电阻器的后端的位置对应着第二电阻器的前端的位置。
4.如权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，所述电刷架移动时，所述第一电刷与第二电刷同时同向移动。
5.如权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，所述第一电位器还包括作为第一电位器输出端的第一导电条，所述第一电刷电连接第一电阻器与第一导电条，所述第一导电条与第一电阻器并排。
6.如权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，所述第二电位器还包括作为第二电位器输出端的第二导电条，所述第二电刷电连接第二电阻器与第二导电条，所述第二导电条与第二电阻器并排。
7.如权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，所述第一电阻器的两端分别串联分压电阻R1和R2，所述第二电阻器的两端分别串联分压电阻R3和R4，所述电阻R1的电阻值等于电阻R3电阻值，所述电阻R2电阻值等于电阻R4电阻值。
8.如权利要求1至7任一项所述的位移传感器，其特征在于，所述第一电阻器与第二电阻器均为直线型电阻器。
9.如权利要求1至7任一项所述的位移传感器，其特征在于，所述第一电阻器与第二电阻器均为圆弧型电阻器，两者的中心轴共线。
10.如权利要求9所述的位移传感器，其特征在于，所述电刷架绕着第一电阻器与第二电阻器的中心轴旋转。
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