CN105466325B - 传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺及其制作方法，包括尺坯、动栅组件和集成电路组件，动栅组件包括ITO动栅传感器和柔性线路板，所述尺坯包括ITO定栅和可在ITO定栅上移动的尺框，且集成电路组件包括数字集成电路板、显示器和电池；ITO定栅、ITO动栅传感器、数字集成电路板和显示器依次固定套设在尺框上，且ITO定栅与ITO动栅传感器之间预留有间隙；电池与数字集成电路板电连接，ITO动栅传感器通过柔性电路板与数字集成电路板的输入端口电连接，且数字集成电路板的输出端口与显示器电连接。本发明中ITO动栅传感器收集尺框移动的信号后，将信号传递到数字集成电路板，数字集成电路板处理后通过显示器显示。

Description

传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺及其制作方法

技术领域

本发明涉及测量器具技术领域，尤其涉及一种传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺及其制作方法。

背景技术

数显卡尺通常由尺坯、定栅和数显动栅件组成，数显动栅件通常由动栅传感器电路和数字数字集成电路板和显示组件组成。为了达到结构简单的效果，动栅传感器电路和数字数字集成电路板通常设计在同一块PCB上实现，PCB板通常由玻璃纤维加环氧树脂制成的覆铜板FR4制成，定栅一般也是由PCB制作而成。对于作为测量器具的卡尺而言，精度和稳定性是卡尺最重要的特性。现有的数显卡尺的精度主要由定栅和动栅传感器的制作精度决定的。

然而，PCB制作的动栅传感器和定栅具有如下几个缺陷：

1、受PCB制作工艺的限制，定栅和动栅传感器的制作精度限制，使得数显卡尺的精度通常在0.03mm左右；

2、PCB通常会随环境温度和湿度的变化而发生变形，容易影响测量精度及数显卡尺的使用寿命；

3、由于动栅传感器电路和数字数字集成电路板是设计在同一块PCB板上，与外壳固定形成数显动栅件后，再固定在尺框上，完全依靠尺坯和PCB板的机械加工精度来保证动定栅之间的装配间隙，不但PCB板在两次安装过程中会发生变形，而且动定栅之间的装配间隙的大小都会对数显卡尺的最终精度会产生影响；

4、由于动栅传感器电路和数字数字集成电路板是设计在同一块PCB板上，线路布置局限，不可避免的将导致各种信号对测量信号的干扰，从而有造成可能的系统误差。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种结构简单、操作方便的传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺。

为了达到上述目的，本发明一种传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺，包括尺坯、动栅组件和集成电路组件，所述动栅组件包括ITO动栅传感器和柔性线路板，所述尺坯上设置有ITO定栅和可在ITO定栅上移动的尺框，且所述集成电路组件包括数字集成电路板、显示器和电池；所述ITO定栅、ITO动栅传感器、数字集成电路板和显示器依次固定套设在尺框上，且所述ITO定栅与ITO动栅传感器之间预留有间隙；所述电池与数字集成电路板电连接，所述ITO动栅传感器通过柔性电路板与数字集成电路板的输入端口电连接，且所述数字集成电路板的输出端口与显示器电连接；所述ITO动栅传感器收集尺框移动的信号后，将信号传递到数字集成电路板中，数字集成电路板处理后通过显示器显示。

其中，所述动栅组件还包括四根PIN针，所述尺框上开设有与PIN针相适配的四个安装孔，每根PIN针的一端夹紧ITO动栅传感器，且每根PIN针的另一端固定插入对应的安装孔后，所述间隙形成在ITO动栅传感器与ITO定栅之间。

其中，所述动栅组件还包括异方性导电胶，且所述ITO动栅传感器通过异方性导电胶与柔性线路板电连接。

其中，所述尺坯还包括主尺，所述主尺与ITO定栅粘合固定成型为一体，且所述主尺套设在尺框内。

其中，所述集成电路组件还包括罩壳，所述罩壳上设置有开关按钮和归零按钮，且所述开关按钮和归零按钮分别与数字集成电路板电连接。

其中，所述数字集成电路板包括PCB板和设置在PCB板上的集成电路。

为了实现上述目的，本发明还提供一种传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺的制作方法，包括以下步骤：

S1、安装ITO定栅：将ITO定栅粘固在主尺上，且将尺框套设在主尺上；

S2、安装ITO动栅传感器：选取一块垫片安置在ITO定栅上，四根PIN针的一端分别夹紧ITO动栅传感器对应的一角，将每根PIN针的另一端插入对应的安装孔内后固定，取出垫片后形成一垫片厚度大小的固定间隙；

S3、安装柔性线路板：将柔性线路板放置在ITO动栅传感器上，且异方性导电胶通过加热加压的方式将柔性线路板与ITO动栅传感器粘合，粘合后形成动栅组件；

S4、安装集成电路组件：将已安装好的动栅组件与数字集成电路板电连接，将显示器通过导线焊接在数字集成电路板的输出端口上，再将罩壳扣住显示器及数字集成电路板，形成集成电路组件，将集成电路组件及动栅组件依次扣合在尺框上。

其中，在S1和S2中，均包括ITO的刻蚀工艺，选取ITO玻璃，将ITO线路刻蚀在ITO玻璃上即可形成ITO定栅和ITO动栅传感器。

其中，在S4后还包括制作完成后的测量信号的读取及显示过程S5，包括以下具体步骤：

S51、测量前准备工作：打开开关按钮，等待直至显示器显示稳定的归零状态；

S52、测量信号读取：在尺坯上安置待测物，移动尺框，ITO动栅传感器与ITO定栅之间产生相对位移，且ITO动栅传感器读取该相对位移的模拟信号；

S53、测量信号处理：ITO动栅传感器通过柔性线路板将该模拟信号发送到数字集成电路板中，且数字集成电路板将该模拟信号转换为数字信号；

S54、测量信号显示：数字集成电路板将数字信号发送到显示器上，显示器显示该数字信号，得到测量数据。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明的传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺，ITO动栅传感器收集尺框移动的信号后，将信号传递到数字集成电路板中，数字集成电路板处理后通过显示器显示。ITO动栅传感器由ITO玻璃制成，不会随着环境温度和湿度的变化而发生变形，ITO玻璃的特性保证了精度长久的稳定性，使得ITO定栅与ITO动栅传感器之间的间隙更稳定，不易变形；ITO动栅传感器与数字集成电路板分开安置，且二者电连接，不但保证了信号可传输，而且有利于二者的线路良好布局，避免传输过程中的传输信号对测量信号造成干扰，减小系统误差，提高测量精度，且使用寿命长。本发明相较于现有技术中将动栅传感器和数字集成电路设计在同一块PCB板上，采用分开的ITO动栅传感器和数字集成电路板，ITO定栅与ITO动栅传感器中的ITO刻蚀工艺比PCB的刻蚀工艺高一个层次，从而本发明的数显卡尺的精度要高一倍，具有安装方便、测量精度高、使用寿命长的特点。

附图说明

图1为本发明传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺的爆炸图；

图2为图1组合后的局部剖视图；

图3为本发明传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺的制作方法方框图。

主要元件符号说明如下：

1、尺坯 2、动栅组件

3、集成电路组件

11、尺框 12、ITO定栅

13、主尺

21、ITO动栅传感器 22、柔性线路板

23、PIN针 31、数字集成电路板

32、显示器 33、罩壳

111、安装孔 311、FPC插座

331、开关按钮 332、归零按钮。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

参阅图1-3，本发明的传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺，包括尺坯1、动栅组件2和集成电路组件3，尺坯1上设置有ITO定栅12和可在ITO定栅12上移动的尺框11，动栅组件2包括ITO动栅传感器21和柔性线路板22，且集成电路组件3包括数字集成电路板31、显示器32和电池（图未示）；ITO定栅12、ITO动栅传感器21、数字集成电路板31和显示器32依次固定套设在尺框11上，且ITO定栅12与ITO动栅传感器21之间预留有间隙（图未示）；电池与数字集成电路板31电连接，ITO动栅传感器21通过柔性电路板与数字集成电路板31的输入端口电连接，且数字集成电路板31的输出端口与显示器32电连接；ITO动栅传感器21收集尺框11移动的信号后，将信号传递到数字集成电路板31中，数字集成电路板31处理后通过显示器32显示。本发明的容栅式数显卡尺启动后，由电池供电，ITO动栅传感器21收集其在ITO定栅12的相对位移信号，即尺框11位移的距离信号，并且，ITO动栅传感器21将该信号传输到数字集成电路板31进行运算处理，处理得出结果后将该相对位移数据直接显示在显示器32上，完成整个测量过程中的信号读取、处理、传输及显示。

与现有技术相比，本发明的传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺，ITO动栅传感器21收集尺框11移动的信号后，将信号传递到数字集成电路板31中，数字集成电路板31处理后通过显示器32显示。ITO动栅传感器21由ITO玻璃制成，不会随着环境温度和湿度的变化而发生变形，ITO玻璃的特性保证了精度长久的稳定性，使得ITO定栅12与ITO动栅传感器21之间的间隙更稳定，不易变形；ITO动栅传感器21与数字集成电路板31分开安置，且二者电连接，不但保证了信号可传输，而且有利于二者的线路良好布局，避免传输过程中的传输信号对测量信号造成干扰，减小系统误差，提高测量精度，且使用寿命长。本发明相较于现有技术中将动栅传感器和数字集成电路设计在同一块PCB板上，采用分开的ITO动栅传感器21和数字集成电路板31，ITO定栅12与ITO动栅传感器21中的ITO刻蚀工艺比PCB的刻蚀工艺高一个层次，从而本发明的数显卡尺的精度要高一倍，具有安装方便、测量精度高、使用寿命长的特点。

本案中，数字集成电路板31上设置有FPC插座311，柔性线路板22与FPC插座311固定连接后，ITO动栅传感器21与数字集成电路板31的输入端口电连接。FPC插座311和柔性线路板22的连接实现了ITO动栅传感器21与数字集成电路板31之间的信号传输，并且，柔性线路板22具有可任意弯曲的优势，不影响动栅组件2的体积。当然，本案中并不局限于FPC插座311与柔性线路板22的固定连接方式，也可以是其他连接方式，只要能使ITO传感器21的信号传输到数字集成电路板31中的实施方式，均为本案的简单变形和变换，落入本案保护的范围内。

本实施例中，动栅组件2还包括四根PIN针23，尺框11上开设有与PIN针23相适配的四个安装孔111，每根PIN针23的一端夹紧ITO动栅传感器21，且每根PIN针23的另一端固定插入对应的安装孔111后，间隙形成在ITO动栅传感器21与ITO定栅12之间。安装时，首先在ITO动栅传感器21与ITO定栅12之间放置一块一定厚度的垫片，四根PIN针23分别插入对应的安装孔111，该定位方式保证了ITO动栅传感器21和ITO定栅12之间的间隙距离，安装完成后，抽出垫片即可形成垫片厚度大小的固定间隙。

本实施例中，动栅组件2还包括异方性导电胶（图未示），且ITO动栅传感器21通过异方性导电胶与柔性线路板22电连接。异方性导电胶不但使ITO动栅传感器21与柔性线路板22粘合，而且使得二者实现电性连接。

本实施例中，尺坯1还包括主尺13，主尺13与ITO定栅12粘合固定成型为一体，且主尺13套设在尺框11内。主尺13上设有刻度，可通过肉眼读取位移信息。

本实施例中，集成电路组件3还包括罩壳33，罩壳33上设置有开关按钮331和归零按钮332，且开关按钮331和归零按钮332分别与数字集成电路板31电连接。开关按钮331实现本发明的容栅式数显卡尺的启动或关闭，归零按钮332实现归零功能，且开关按钮331和归零按钮332的指令均通过显示器32显示。

本实施例中，数字集成电路板31包括PCB板和设置在PCB板上的集成电路。

请参阅图3，为了实现上述目的，本发明还提供一种传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺的制作方法，包括以下步骤：

S1、安装ITO定栅12：将ITO定栅12粘固在主尺13上，且将尺框11套设在主尺13上；

S2、安装ITO动栅传感器21：选取一块垫片安置在ITO定栅12上，四根PIN针23的一端分别夹紧ITO动栅传感器21对应的一角，将每根PIN针23的另一端插入对应的安装孔111内后固定，取出垫片后形成一垫片厚度大小的固定间隙。

S3、安装柔性线路板22：将柔性线路板22放置在ITO动栅传感器21上，且使用异方性导电胶将柔性线路板22与ITO动栅传感器21粘合，粘合后形成动栅组件2；

S4、安装集成电路组件3：将已安装好的动栅组件2与数字集成电路板31以FPC插座311插入柔性线路板22的方式电连接，且将显示器32通过导线焊接在数字集成电路板31的输出端口上，再将罩壳33扣住显示器32及数字集成电路板31，形成集成电路组件3，将集成电路组件3及动栅组件2依次扣合在尺框11上。

本实施例中，在S1和S2中，还包括动ITO动栅传感器21的制作，选取ITO玻璃，将ITO线路刻蚀在ITO玻璃上即可形成ITO定栅12和ITO动栅传感器21。

本实施例中，在S4后还包括制作完成后的测量信号的读取及显示过程S5，包括以下具体步骤：

S51、测量前准备工作：打开开关按钮331，等待直至显示器32显示稳定的归零状态；

S52、测量信号读取：在尺坯1上安置待测物，移动尺框11，ITO动栅传感器21与ITO定栅12之间产生相对位移，且ITO动栅传感器21读取该相对位移的模拟信号；

S53、测量信号处理：ITO动栅传感器21通过柔性线路板22将该模拟信号发送到数字集成电路板31中，且数字集成电路板31将该模拟信号转换为数字信号；

S54、测量信号显示：数字集成电路板31将数字信号发送到显示器32上，显示器32显示该数字信号，得到测量数据。

本发明的优势在于：

1、ITO玻璃特性保证了精度的长久稳定性，延长使用寿命；

2、ITO线路的刻蚀工艺比PCB的刻蚀高一个层次，保证了本发明是数显卡尺比传统的数显卡尺的精度高一倍；

3、ITO定栅12与ITO动栅传感器21之间的间隙更稳定，不易变形；

4、本发明经检验，选测0-5毫米，每0.1毫米测试一个点，全长误差能保证在0.01以内，此精度已达到国际同类最高水平。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺，其特征在于，包括尺坯、动栅组件和集成电路组件，所述动栅组件包括ITO动栅传感器和柔性线路板，所述尺坯上设置有ITO定栅和可在ITO定栅上移动的尺框，且所述集成电路组件包括数字集成电路板、显示器和电池；所述ITO定栅、ITO动栅传感器、数字集成电路板和显示器依次固定套设在尺框上，且所述ITO定栅与ITO动栅传感器之间预留有间隙；所述电池与数字集成电路板电连接，所述ITO动栅传感器通过柔性电路板与数字集成电路板的输入端口电连接，且所述数字集成电路板的输出端口与显示器电连接；所述ITO动栅传感器收集尺框移动的信号后，将信号传递到数字集成电路板中，数字集成电路板处理后通过显示器显示。

2.根据权利要求1所述的传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺，其特征在于，所述动栅组件还包括四根PIN针，所述尺框上开设有与PIN针相适配的四个安装孔，每根PIN针的一端夹紧ITO动栅传感器，且每根PIN针的另一端固定插入对应的安装孔后，所述间隙形成在ITO动栅传感器与ITO定栅之间。

3.根据权利要求1所述的传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺，其特征在于，所述动栅组件还包括异方性导电胶，且所述ITO动栅传感器通过异方性导电胶与柔性线路板电连接。

4.根据权利要求1所述的传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺，其特征在于，所述尺坯还包括主尺，所述主尺与ITO定栅粘合固定成型为一体，且所述主尺套设在尺框内。

5.根据权利要求1所述的传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺，其特征在于，所述集成电路组件还包括罩壳，所述罩壳上设置有开关按钮和归零按钮，且所述开关按钮和归零按钮分别与数字集成电路板电连接。

6.根据权利要求1所述的传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺，其特征在于，所述数字集成电路板包括PCB板和设置在PCB板上的集成电路。

7.一种传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、安装ITO定栅：将ITO定栅粘固在主尺上，且将尺框套设在主尺上；

S2、安装ITO动栅传感器：选取一块垫片安置在ITO定栅上，四根PIN针的一端分别夹紧ITO动栅传感器对应的一角，将每根PIN针的另一端插入对应的安装孔内后固定，取出垫片后形成一垫片厚度大小的固定间隙；

S3、安装柔性线路板：将柔性线路板放置在ITO动栅传感器上，且异方性导电胶通过加热加压的方式将柔性线路板与ITO动栅传感器粘合，粘合后形成动栅组件；

S4、安装集成电路组件：将已安装好的动栅组件与数字集成电路板电连接，将显示器通过导线焊接在数字集成电路板的输出端口上，再将罩壳扣住显示器及数字集成电路板，形成集成电路组件，将集成电路组件及动栅组件依次扣合在尺框上。

8.根据权利要求7所述的传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺的制作方法，其特征在于，在S1和S2中，均包括ITO的刻蚀工艺，选取ITO玻璃，将ITO线路刻蚀在ITO玻璃上即可形成ITO定栅和ITO动栅传感器。

9.根据权利要求7所述的传感器与数字电路分离的容栅式数显卡尺的制作方法，其特征在于，在S4后还包括制作完成后的测量信号的读取及显示过程S5，包括以下具体步骤：

S51、测量前准备工作：打开开关按钮，等待直至显示器显示稳定的归零状态；

S52、测量信号读取：在尺坯上安置待测物，移动尺框，ITO动栅传感器与ITO定栅之间产生相对位移，且ITO动栅传感器读取该相对位移的模拟信号；

S53、测量信号处理：ITO动栅传感器通过柔性线路板将该模拟信号发送到数字集成电路板中，且数字集成电路板将该模拟信号转换为数字信号；

S54、测量信号显示：数字集成电路板将数字信号发送到显示器上，显示器显示该数字信号，得到测量数据。