CN103711748A - 一种用于作动轴轴向绝对位移的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于作动轴轴向绝对位移的检测装置，该装置包括作动轴(1)和安装在作动轴(1)一端的环形的感应读数头(3)，在作动轴(1)的基体表面成型螺旋线形的磁条(2)，螺旋线形的磁条(2)的螺距大于等于作动轴(1)的行程，作动轴(1)的一端穿过环形的感应读数头(3)，沿感应读数头(3)的环形外表面以最小安装间距排列磁敏传感器(4)，或以大于最小安装间距的间隔均匀布置磁敏传感器(4)。通过检测螺旋磁条在作动轴底面上投影的当前角度值，从而唯一地获得作动轴的绝对位移。与传统的差动变压移动位置传感器和现有相关技术方案相比，具有重量轻、实施过程简便、易维护和成本低的优点。

Description

一种用于作动轴轴向绝对位移的检测装置

技术领域

本发明是一种用于作动轴轴向绝对位移的检测装置，属于行程检测技术，用于工业自动化机械中气液压作动轴绝对位移行程的测量。 

背景技术

作动器是航空、船舶、汽车及工业自动化机械中气液压机械结构的最终执行机构，面对EHA（electronic hydrolic actuator）等新型作动控制原理及电传的精度发展，要求具有环保，高可靠性，高控制精度。 

目前现有的需要行程检测的作动器绝大部分是采用加装位移传感器，传感器置于作动筒平行的外侧或内侧。外置式的位移传感器多数仍然为差动变压移动传感器，虽稳定性较好，但重量及余度设计均有其局限性，且信号为差压信号，线圈耗电量大，且需较准确的模数转化。面对更为稳定准确的数字化控制需求，其应用已显示出其劣势。而液压缸所采用的内置式位移传感器大致有以下两种：一种是采用磁致式线性位移传感器，检测长度最长不超过6m，且当液压缸的布置形式为倾斜或水平时，传感器就会产生一定的自由挠度弯曲而下垂，从而直接影响到行程检测的精度；另外，它必须且只能安装于液压缸上盖顶部，活塞杆中间也必须要留有用于安装线性位移传感器的长孔。鉴于以上因素，这种磁致式线性位移传感器的应用范围较为有限。另一种是采用钢丝绳内置式行程检测装置，即将旋转编码器与恒力弹簧机构组合成一种能安装于液压缸上盖顶部的装置，带动编码器旋转的钢丝绳通过连接螺丝钉与活塞杆头部连接，随活塞杆的伸出与缩回而带动编码器旋转，从而检测出油缸的行程。上述两种方法所采用的内置式行程检测装置不仅外形较大，必须在有充裕的空间方能使用， 而且安装过程较为麻烦，特别是在检修时，需将液压缸上盖打开，整个过程费工费时。 

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种用于作动轴轴向绝对位移的检测装置，其目的是利用磁敏传感器检测技术获得作动轴唯一的绝对位移量。 

本发明是通过以下技术方案为实现的： 

该种用于作动轴轴向绝对位移的检测装置，其特征在于：该装置包括作动轴(1)和安装在作动轴(1)一端的环形的感应读数头(3)，在作动轴(1)的基体表面成型螺旋线形的磁条(2)，螺旋线形的磁条(2)的螺距大于等于作动轴(1)的行程，作动轴(1)的一端穿过环形的感应读数头(3)，沿感应读数头(3)的环形外表面以最小安装间距排列磁敏传感器(4)，或以大于最小安装间距的间隔均匀布置磁敏传感器(4)。 

磁条(2)采用永磁体材料或者磁化材料制造。永磁体材料为铷铁硼永磁体材料。 

以大于最小安装间距的间隔均匀布置磁敏传感器(4)时，相邻磁敏传感器(4)之间的间隔距离为3～20mm。 

磁敏传感器(4)为集成霍尔开关传感器或集成霍尔线性传感器。 

位于作动轴(1)一端的感应读数头(3)上布置的多个磁敏传感器(4)围绕作动轴(1)组成环形阵列结构，因作动轴(1)基体表面的螺旋线形磁条(2)的螺距大于等于作动轴(1)的行程，其在作动轴底面上投影的角度值是一个唯一特定值，通过检测到螺旋磁条(2)上经过磁敏传感器(4)环形阵列的点的信号，并得到该点在作动轴底面(1)上的投影与初始位置之间的夹角角度值，就唯一地获得了作动轴(1)的绝对位移量。 

本发明技术方案的优点是： 

该绝对位移的检测方法实现了气液压作动轴结构件与传感器的 集成设计，与传统的差动变压移动位置传感器和现有相关技术方案相比，具有的重量轻、实施过程简便、易维护和成本低的优点。 

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图； 

图2为本发明的绝对位移与对应角度换算关系示意图。 

图3为本发明的环形读数头检测装置结构示意图 

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述： 

参见附图1～3所示，该种用于作动轴轴向绝对位移的检测装置，其特征在于：该装置包括作动轴1和安装在作动轴1一端的环形的感应读数头3，在作动轴1的基体表面成型螺旋线形的磁条2，螺旋线形的磁条2的螺距大于等于作动轴1的行程，作动轴1的一端穿过环形的感应读数头3，沿感应读数头3的环形外表面以最小安装间距排列磁敏传感器4，或以大于最小安装间距的间隔均匀布置磁敏传感器4。 

所述螺旋线形的实现方式可以在作动轴1的基体表面加工螺旋线形槽，该螺旋线形槽可以是螺纹槽，螺纹槽加工为常规加工，采用普通车床就可以完成，然后在槽内填充磁条2。 

如果作动轴1的基体为铁磁性材料，所述螺旋线形的实现方式可以在其表面除螺旋线形以外的部分喷涂非磁性材料，如陶瓷Al2O3，然后在槽内填充磁条2。 

磁条2采用铷铁硼永磁体材料制成。 

如果以大于最小安装间距的间隔均匀布置磁敏传感器4时，相邻磁敏传感器4之间的间隔距离为3～20mm。 

磁敏传感器4为集成霍尔开关传感器或集成霍尔线性传感器，其尺寸可以达到3mm×3mm或更小，磁敏感区小于0.5mm，质量轻且安装维护方便。 

图2、3为本发明的绝对位移与对应角度换算关系示意图。从图中可以看出，作动轴1沿侧线展开，磁条2总长度为一个螺旋周长，作动轴1的最大行程为s，半径为r，磁条2上任一位置点P在作动轴1底面上的投影对应的角度为ω，则有： 

|BC|＝s，|AD|＝ω·r，|AB|＝2π·r 

|P′D|＝|AD|·tanθ 

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{\left|\mathrm{BC}\right|}{\left|\mathrm{AB}\right|}=\frac{s}{2\mathrm{\π}\·r}$

设A点的轴向位置为0，根据以上各式，可以推导出磁条2上任一点P的轴向绝对位置值为： 

$|P\′D|-\mathrm{\ω}\·r\·\frac{s}{2\mathrm{\π}\·r}-\frac{\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}}\·s$

下面以具体实施进行说明，如果作动轴1的行程s=200mm，轴半径r=10mm，在作动轴1表面加工螺纹槽，槽宽为2mm，螺距等于作动轴1的行程200mm，螺纹槽内嵌入螺旋磁条2，感应读数头3由12个霍尔开关传感器4围绕作动轴1组成环形阵列结构，如图3所示，依次从1到12编码，以1号霍尔开关传感器4作为基准位置点。已测知当前螺旋磁条在作动轴底面的投影5距离传感器基准位置点的角度ω=n×2π/12，则可以得出当前作动轴1的绝对位移为n×200/12mm，式中n为被磁条触发的传感器编码。 

与传统的差动变压移动位置传感器和现有相关技术方案相比，具有重量轻、实施过程简便、易维护和成本低的优点。 

Claims (7)

1.一种用于作动轴轴向绝对位移的检测装置，其特征在于：该装置包括作动轴(1)和安装在作动轴(1)一端的环形的感应读数头(3)，在作动轴(1)的基体表面成型螺旋线形的磁条(2)，螺旋线形的磁条(2)的螺距大于等于作动轴(1)的行程，作动轴(1)的一端穿过环形的感应读数头(3)，沿感应读数头(3)的环形外表面以最小安装间距排列磁敏传感器(4)，或以大于最小安装间距的间隔均匀布置磁敏传感器(4)。

2.根据权利要求1所述用于作动轴轴向绝对位移的检测装置，其特征在于：在作动轴(1)的基体表面加工螺旋线形槽，在螺旋线形槽内填充磁条(2)。

3.根据权利要求1所述用于作动轴轴向绝对位移的检测装置，其特征在于：作动轴(1)的基体为铁磁性材料，在其表面除螺旋线形以外的部分喷涂非磁性材料。

4.根据权利要求1或2所述的用于作动轴轴向绝对位移的检测装置，其特征在于：磁条(2)采用永磁体材料或者磁化材料制造。

5.根据权利要求4所述的用于作动轴轴向绝对位移的检测装置，其特征在于：永磁体材料为铷铁硼永磁体材料。

6.根据权利要求1所述用于作动轴轴向绝对位移的检测装置，其特征在于：以大于最小安装间距的间隔均匀布置磁敏传感器(4)时，相邻磁敏传感器(4)之间的间隔距离为3～20mm。

7.根据权利要求1所述用于作动轴轴向绝对位移的检测装置，其特征在于：磁敏传感器(4)为集成霍尔开关传感器或集成霍尔线性传感器。

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