CN104596458B - 一种拉线长度传感器及拉线长度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拉线长度传感器及拉线长度测量方法，其中拉线长度传感器包括接触端(1)、移动端(2)和测量器，其中接触端(1)与导线(3)压紧接触导电，移动端(2)与导线(3)连接导电，测量器分别与接触端(1)和移动端(2)连接，能够根据接触端(1)和移动端(2)之间的导线(3)的电阻值与其长度成定比例关系输出导线(3)的拉出长度。本发明提供的拉线长度传感器，无需齿轮啮合式的传动机构和测角传感器，避免了由传动机构造成的测量误差及可靠性问题，也不会涉及测角传感器的轴损坏的问题，消除了钢丝绳乱绳造成的误差，能够准确测得导线的拉出长度，并能降低产品成本及维护费用。

Description

一种拉线长度传感器及拉线长度测量方法

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种拉线长度传感器及拉线长度测量方法。

背景技术

随着工业水平的提高，工业自动化程度越来越高，各种传感器件应运而生，成为各高端产业和工程设备不可或缺的一部分。其中，拉线长度传感器也在很多场合都发挥了很重要的作用，例如在起重机伸缩臂控制过程中测量臂架伸出长度、在工业控制过程中测量推杆或油缸行程的位移等。对于一些控制要求较高的场合，将会对拉线长度传感器提出更高的要求，如测量精度更高、测量数据更稳定、测量更可靠等，因此改善长度传感器测量精度和可靠性问题就显得十分必要，同时这也将有助于提高设备的控制性能。

现有的拉线传感器一般采用传动转换机构，如图1所示为一现有的传感器结构示意图。图中蜗杆a2、测角传感器a4与卷盘a1固定连接，蜗轮a3与蜗杆a2啮合连接，测角传感器a4的轴与蜗轮a3固定连接，钢丝绳a5的一端与卷盘a1连接，另一端经张紧轮a6后与移动件连接。钢丝绳a5出线带动卷盘a1转动，蜗杆a2和蜗轮a3随之转动，带动测角传感器a4的轴旋转并输出圈数与角度，再由卷盘直径、钢丝绳线径、蜗杆蜗轮传动比等参数转换可得到钢丝绳实际伸出长度，即移动件移动距离。

然而，现有的拉线传感器存在以下问题：

1、传动易造成误差：蜗轮、蜗杆的安装存在一定间隙，二者啮合的松紧程度对传感器的测量精度具有较大的影响，尤其是当转换传动比较大时，会拨动蜗轮在间隙范围内活动，使得输出测量值的变化较大，且随着使用时间增加，蜗轮和蜗杆的磨损程度严重，间隙增大。

2、测角传感器易损坏：由于测角传感器的轴长期受到蜗轮蜗杆传动引起的径向力，容易使其损坏、寿命降低，引发可靠性问题。

3、乱绳易造成误差：对于外盘线式的传感器，极易出现乱绳现象，即钢丝绳未按指定卷盘轨迹盘线，而是出现层叠、交叉现象。这样便会造成长度转换不准确，产生较大测量误差。

发明内容

本发明的目的是提出一种拉线长度传感器及拉线长度测量方法，解决了现有技术中传动造成误差、测角传感器易损坏以及由于乱绳现象易引起测量误差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种拉线长度传感器，包括接触端、移动端和测量器，其中所述接触端与导线压紧接触导电，所述移动端与所述导线连接导电，所述测量器分别与所述接触端和所述移动端连接，能够根据所述接触端和所述移动端之间的所述导线的电阻值与其长度成定比例关系输出所述导线的拉出长度。

进一步地，所述测量器包括电信号测量元件和信号转换元件，所述电信号测量元件能够测量所述导线的电信号数值，所述信号转换元件与所述电信号测量元件连接，能够输出所述导线的拉出长度。

进一步地，所述接触端为对辊，所述对辊包括两个辊子，所述辊子可转动地安装于轴上，所述导线穿过所述两个辊子形成的间隙，且能够相对于所述对辊运动，所述辊子与所述导线压紧接触导电。

进一步地，所述拉线长度传感器还包括托起装置，所述托起装置能够支撑所述导线。

进一步地，所述拉线长度传感器还包括卷盘，用于装载所述导线，所述卷盘中装有发条。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于上述拉线长度传感器的拉线长度测量方法，包括：将导线穿过所述拉线长度传感器的接触端，使所述导线与所述接触端压紧接触导电，并将所述导线与所述拉线长度传感器的移动端连接导电，根据所述接触端和所述移动端之间的所述导线的电阻值与其长度成定比例关系，利用所述拉线长度传感器的测量器输出所述导线的拉出长度。

进一步地，所述测量器包括电信号测量元件和信号转换元件，所述拉线长度测量方法还包括利用所述电信号测量元件测量所述导线的电信号数值，然后根据所述接触端和所述移动端之间的所述导线的电阻值与其长度成定比例关系，利用所述信号转换元件输出所述导线的拉出长度。

进一步地，所述电信号数值包括电阻值、电流值或者电压值。

基于上述技术方案，本发明提供的拉线长度传感器，无需齿轮啮合式的传动机构和测角传感器，利用导线的电阻值与其长度成定比例关系的原理，避免了由传动机构造成的测量误差及可靠性问题，也不会涉及测角传感器的轴损坏问题，消除了钢丝绳乱绳造成的误差，能够准确测得导线的拉出长度，并能降低产品成本及维护费用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中拉线长度传感器的结构示意图。

图2为本发明拉线长度传感器的一个实施例的结构示意图。

图3为本发明中电信号测量元件的一个实施例的测量电路图。

图4为本发明中电信号测量元件的另一个实施例的测量电路图。

图中：a1-卷盘，a2-蜗杆，a3-蜗轮，a4-测角传感器，a5-钢丝绳，a6-张紧轮，1-接触端，2-移动端，3-导线，4-卷盘，5-移动件。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

为解决现有技术中的拉线长度传感器存在的传动易造成误差、测角传感器易损坏、乱绳易造成误差的问题，本发明提供了一种拉线长度传感器，包括接触端1、移动端2和测量器，其中所述接触端1与导线3压紧接触导电，所述移动端2与所述导线3连接导电，所述测量器分别与所述接触端1和所述移动端2连接，能够根据所述接触端1和所述移动端2之间的所述导线3的电阻值与其长度成定比例关系输出所述导线3的拉出长度。

其中，所述接触端1和所述移动端2都是可以导电的，这样可以使得所述测量器与所述接触端1和所述移动端2电连接，从而利用所述测量器输出所述导线3的拉出长度。比如，所述接触端1可以相对地面固定，所述移动端2可以是导电的夹子或者其他结构，所述移动端2相对于所述导线3可以是固定的，所述接触端1相对于所述导线3可以是移动的，当与所述导线3连接的移动件5停止运动时，所述导线3也停止运动，利用测量器输出所述导线3的拉出长度。这里的所述导线3的拉出长度指的是所述导线3停止运动后，位于所述接触端1和所述移动端2之间的所述导线3的拉出长度，即拉线长度。当然，所述接触端1相对于地面也可以不固定，所述拉线长度传感器可以适用于不同的场合。

本发明提供的拉线长度传感器主要利用均匀的导线的电阻值与其长度成定比例关系的原理，由于省略了现有技术中拉线长度传感器的传动部件和测角传感器，因此避免了由传动和测角所带来的误差，不存在测角传感器寿命低的问题，更重要的是，本发明的拉线长度传感器由于测量的是导线拉出长度的电阻值，因此即使导线未按指定卷盘轨迹盘线，只要在导线被移动件拉出的长度范围内，导线处于伸直状态，即可准确测量出导线的拉出长度，导线的拉出长度即为移动件的移动距离，避免了乱绳现象对长度测量造成的误差。

本发明中导线需满足以下条件：(1)能够导电；(2)抗磨损且不易变形，即要求导线的材质均匀，抗磨损，不易拉伸变形(变细)，尽可能的保证电阻值R和导线L长度值呈固定比例关系，即R＝k·L，k为常量，且k值较大(即L稍微变化，R即有体现，分辨率高)；(3)导线的电信号数值可测，即在导线长度L范围内，电信号数值(比如电阻值R)可测，比如0.001-10欧容易测量与分辨，0-0.001欧就不易测量与分辨；(4)可缠绕在卷盘上，即要求导线的直径不宜太大，具有足够韧性。其中，关于导线的电阻与其长度所成的定比例关系中的k值视为已知的常量，均匀的导线在出厂时厂商会提供参考值和相关的比例关系，如R＝ρL/s(ρ为电阻率，s为横截面积)，使用者可以再经过实际测量进行校验，得出比例系数k值。

本发明提供的拉线长度传感器的应用范围较广，当采用较高电阻分辨率的导线时可测量小量程的移动距离，当导线足够长时可以测量大量程的距离。比如，要求长度测量的分辨率为1mm，若选用横截面积为1平方毫米、电阻率为1欧平方毫米/米的导线，则导线电阻的分辨率应为0.001欧；若使用同样的导线，用来测量10m的距离，则所测导线阻值范围约为0-10欧。

如图2所示，为本发明所提供的拉线长度传感器一个实施例的结构示意图。所述测量器包括电信号测量元件和信号转换元件，所述电信号测量元件能够测量所述导线3的电信号数值，所述信号转换元件与所述电信号测量元件连接，能够输出所述导线3的拉出长度。其中，所述电信号测量元件可以是电压表、电流表、万能表或者其他能够测量所述导线3的电信号数值的元件，所述信号转换元件可以是现有的硬件电路或者其他能够输出所述导线3的拉出长度的元件。

通过所述电信号测量元件，所述拉线长度传感器可以测量出所述接触端和所述移动件之间的所述导线3的电信号数值，然后根据所述导线3的电信号数值与其长度成定比例关系，所述信号转换元件能够输出所述导线3的拉出长度，所述导线3的拉出长度即为所述移动件的移动距离。

所述电信号测量元件所测量的电信号数值包括电阻值、电流值或者电压值。也就是说，本发明中的电信号测量元件可以直接通过测量所述导线3的电阻值，然后根据所述导线3的电阻值与其长度成定比例关系的原理进行换算，得出移动件的移动距离；也可以将所述导线3作为一个未知电阻，通过专门设计的运算放大电路，间接测量其电流值或者电压值，然后根据测得的电压值或者电流值计算出所述导线3的电阻值，再根据所述导线3的电阻值与其长度成定比例关系的原理进行换算，得出移动件的移动距离。

间接测量的测量手段有很多种，只要能够间接得出所述导线3的电阻值即可。这里仅以分压电阻测量手段和分流电阻测量手段为例进行说明，并不构成对本发明的限制，其他能够实现相同功能的技术手段应视为本发明的替代方案，均包含在本发明的保护范围内。

如图3所示，为一个具体地间接测量导线电阻的例子，即：将一已知阻值为R₀的电阻和未知阻值(R_x)的被测物(即导线)串联，总电压为U，把电压表并联在R_x两端，测出电压U_x，由可得被测电阻又由R＝k·L，可得其中L为导线的拉出长度。

如图4所示，为另一个具体地间接测量导线电阻的例子，即：先把电流表跟R₀串联，测出通过R₀的电流I₁，然后再把电流表跟R_x串联，测出通过R_x的电流I₂。因I₁·R₀＝I₂·R_x，则R_x＝I₁·R₀/I₂，再根据R＝k·L，可得L＝I₁·R₀/(I₂·k)，其中L为导线的拉出长度。

上述两个实施例，仅仅是本发明为了理解方便所举的例子，是所述电信号测量元件和所述信号转换元件的两种可能的实现方式，并不构成对本发明技术方案的限制。

在一个实施例中，所述接触端1可以为对辊，所述对辊包括两个辊子，所述辊子可转动地安装于轴上，所述导线3穿过所述两个辊子形成的间隙，且能够相对于所述对辊运动，所述辊子与所述导线3紧密接触导电。在所述移动件的拉力作用下，与所述对辊压紧接触的所述导线3能够带动所述轴转动，所述轴的转动使得导线受挤压出线。所述接触端1的作用是能够对运动的导线进行电信号测量，所述接触端的具体形式有很多种，只要能够实现其作用即可。

当然，传感器在测量过程中需要是固定的，用手持方式保持其固定也可以，所以对辊也不一定要固定在特设的轴上，也可以固定在所述拉线长度传感器本体上，只要对辊与拉线长度传感器本体相对固定就可以。

其中，对辊要求能够导电，并且选材要阻值很小，以不足以影响导线电阻的测量精度为准。对辊可以选用与导线之间磨损较小的耐磨材料，例如导电的工程塑料等，这样可以减小磨损，改善使用寿命，且在误差允许范围内。对辊安装在轴上，轴的材质阻值也要很小。

在一个实施例中，拉线长度传感器还可以包括托起装置，所述托起装置能够支撑所述导线3。所述托起装置的具体实现形式有很多种，可以是矩形的支撑物，也可以是简单地三角支架，只要所述托起装置能够支撑所述导线3，使所述导线3处于伸直绷紧状态即可，这样是为了在移动件的移动距离很长时避免导线下垂接地，影响测量误差。

在一个实施例中，所述拉线长度传感器还可以包括卷盘4，用于装载所述导线3，所述卷盘4中装有发条。

本发明提供的拉线长度传感器，无需齿轮啮合式的传动机构和测角传感器，避免了由传动机构造成的测量误差及可靠性问题，也不会涉及测角传感器的轴损坏的问题，还能够降低产品成本及维护费用。同时，该拉线长度传感器通过设置了接触端，对导线进行压紧，保证了导线伸出时处于伸直状态，同时利用了导线的电信号数值与其长度成定比例关系的原理，避免了乱绳现象对测量结果造成的误差，能够准确测量出导线的拉出长度。

为实现上述目的，本发明还提供了一种基于上述拉线长度传感器的拉线长度测量方法，包括：将导线3穿过所述拉线长度传感器的接触端1，使所述导线3与所述接触端1压紧接触导电，并将所述导线3与所述拉线长度传感器的移动端2连接导电，根据所述接触端1和所述移动端2之间的所述导线3的电阻值与其长度成定比例关系，利用所述拉线长度传感器的测量器输出所述导线3的拉出长度。

在一个实施例中，所述测量器包括电信号测量元件和信号转换元件，所述拉线长度测量方法还包括利用所述电信号测量元件测量所述导线3的电信号数值，然后根据所述接触端1和所述移动端2之间的所述导线3的电阻值与其长度成定比例关系，利用所述信号转换元件输出所述导线3的拉出长度。

优选地，所述电信号数值可以包括电阻值、电流值或者电压值。

本发明提供的拉线长度测量方法简单可靠，不但无需齿轮啮合式的传动机构和测角传感器，避免了由传动机构造成的测量误差及可靠性问题，也不会涉及测角传感器的轴损坏的问题，还能够降低产品成本及维护费用。同时，通过设置接触端对导线进行压紧，保证了导线伸出时处于伸直状态，同时利用了导线的电信号数值与其长度成定比例关系的原理，避免了乱绳现象对测量结果造成的误差，能够准确测量出导线的拉出长度。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.一种拉线长度传感器，其特征在于，包括接触端(1)、移动端(2)和测量器，其中所述接触端(1)与导线(3)压紧接触导电，所述移动端(2)与所述导线(3)连接导电，所述移动端(2)设有移动件(5)，所述测量器分别与所述接触端(1)和所述移动端(2)连接，能够根据所述接触端(1)和所述移动端(2)之间的所述导线(3)的电阻值与其长度成定比例关系输出所述导线(3)的拉出长度，从而得出所述移动件(5)的移动距离，所述接触端(1)为对辊，所述对辊包括两个辊子，所述辊子可转动地安装于轴上，所述导线(3)穿过所述两个辊子形成的间隙，且能够相对于所述对辊运动，所述辊子与所述导线(3)压紧接触导电。

2.根据权利要求1所述的拉线长度传感器，其特征在于，所述测量器包括电信号测量元件和信号转换元件，所述电信号测量元件能够测量所述导线(3)的电信号数值，所述信号转换元件与所述电信号测量元件连接，能够输出所述导线(3)的拉出长度。

3.根据权利要求1所述的拉线长度传感器，其特征在于，所述拉线长度传感器还包括托起装置，所述托起装置能够支撑所述导线(3)。

4.根据权利要求1所述的拉线长度传感器，其特征在于，所述拉线长度传感器还包括卷盘(4)，用于装载所述导线(3)，所述卷盘(4)中装有发条。

5.一种基于如权利要求1-4任一项所述的拉线长度传感器的拉线长度测量方法，其特征在于，包括：将导线(3)穿过所述拉线长度传感器的接触端(1)，使所述导线(3)与所述接触端(1)压紧接触导电，并将所述导线(3)与所述拉线长度传感器的移动端(2)连接导电，根据所述接触端(1)和所述移动端(2)之间的所述导线(3)的电阻值与其长度成定比例关系，利用所述拉线长度传感器的测量器输出所述导线(3)的拉出长度。

6.根据权利要求5所述的拉线长度测量方法，其特征在于，所述测量器包括电信号测量元件和信号转换元件，所述拉线长度测量方法还包括利用所述电信号测量元件测量所述导线(3)的电信号数值，然后根据所述接触端(1)和所述移动端(2)之间的所述导线(3)的电阻值与其长度成定比例关系，利用所述信号转换元件输出所述导线(3)的拉出长度。

7.根据权利要求6所述的拉线长度测量方法，其特征在于，所述电信号数值包括电阻值、电流值或者电压值。