CN105486213A - 一种数字显尺及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及位移测量工具技术领域，尤其是一种数字显尺及其测量方法，数字显尺包括壳体、安装在壳体内的卷尺盒和盘绕在卷尺盒内的卷尺，壳体内设有传感器，卷尺朝向传感器的面上均匀设有多个依次相间的亮层和暗层，壳体内还设有与传感器相连的系统主机，测量时拉出卷尺传感器感应卷尺上的亮层和暗层得到正弦波信号并将正弦波信号发送给系统主机，系统主机具有模数转换电路和计算模块，模数转换电路将正弦波信号进行模数转换得到脉冲信号，计算模块对脉冲信号进行计数处理并将长度测量结果数字化显示。本发明的数字显尺结构简单，成本低，而且数字显尺内可灵活放置n个传感器，简单有效解决产品成本与高精度要求的矛盾。
Description
技术领域
本发明涉及位移测量工具技术领域，尤其涉及一种数字化位移测量装置。
背景技术
目前,位移测量作为常见的测量量被广泛应用，例如在一些场合光栅尺、磁栅尺及激光测距等被用作位移测量，以上各种技术对材料等要求较高，以致成本居高不下。随着传感器及数字处理技术的发展，有人提出一种数字显尺，带有数字显示或数字接口的电子卷尺可被用于测量、记录长度，并可通过数字接口上传测量数据，但是现有技术的数字显尺仍具有一些缺陷和不足：
1.现有的常规的数字式长度测量技术成本较高；
2.现有数字式卷尺多采用旋转编码器原理，由于受结构工艺，加工精度及成本影响，旋转编码器所测得的角位移，与理论计算出的实际线位移会因多方原因存在测量误差；
3.有的数字式卷尺采用光直线投射/接收原理，需在钢卷尺表面打孔，增加制造成本，并易受粉尘类干扰影响。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种提高测量精度且制造成本低的数字显尺及其测量方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明的数字显尺包括壳体、安装在壳体内的卷尺盒和盘绕在卷尺盒内的卷尺，所述壳体内设有传感器，所述卷尺朝向所述传感器的面上均匀设有多个依次相间的亮层和暗层，所述壳体内还设有与所述传感器相连的系统主机，测量时拉出卷尺所述传感器感应所述卷尺上的亮层和暗层得到正弦波信号并将正弦波信号发送给所述系统主机，所述系统主机具有模数转换电路和计算模块，所述模数转换电路将所述正弦波信号进行模数转换得到脉冲信号，所述计算模块对脉冲信号进行计数处理并将长度测量结果数字化显示。
本发明所述壳体内设有让卷尺出入的通道，所述通道内设置所述传感器。
本发明所述传感器为反射式光遮断器，所述反射式光遮断器包括发光组件和受光组件,所述发光组件和受光组件位于同一方向上，所述发光组件的发射光经所述亮层或暗层反射后由所述受光组件接收得到感应信号。
本发明所述传感器与所述卷尺相对的面的间距为0.3mm-3mm。
本发明所述传感器为n个，n为自然数，当n大于1时，依次相邻的两个传感器的正弦波的相位差为180°/n。
本发明所述系统主机具有系统补偿系统，当正弦波信号被模数转化为脉冲信号后，系统补偿系统对脉冲信号进行数字分析处理然后进行数字式补偿。
本发明所述系统主机还连接有输入输出模块、显示器和音频模块，所述输入输出模块包括USB接口和按键模块，所述显示器显示所述计数模块的计数结果，所述系统主机通过电源管理模块进行充电。
本发明所述系统主机设有通信接口和无线通讯模块，所述无线通讯模块为GSM通讯模块、CDMA通讯模块或蓝牙通讯模块。
本发明还提供一种数字显尺的测量方法，使用上述的数字显尺包括以下步骤：
1)测量时所述传感器感应卷尺尺面上的亮层和暗层得到正弦波信号；
2)所述传感器将所述正弦波信号发送给所述系统主机，所述系统主机的模数转换电路将所述正弦波信号转换为脉冲信号；
3)所述计数模块对脉冲信号的上升沿和下降沿进行计数，实现长度测量结果的数字化。
本发明中传感器的个数为n个，n为大于1的自然数，所述数字显尺的测量方法如下：
1)每相邻两个传感器相差180°/n相位安装，测量时每相邻两个传感器得到相位差为180°/n度的正弦波信号；
2)模数转换电路将每组正弦波信号进行模数转换得到脉冲信号，并将每组脉冲信号的测量周期均分为1/2n份；
3)计数模块依次对均分过的脉冲信号的上升沿和下降沿进行计数，实现长度测量结果的数字化。
本发明的数字显尺的有益效果是：本发明的数字显尺本方案采用光电原理，利用传感器对印刷有固定长度间隔的标志进行采样，并配合模数转换及数字补偿技术，对测量过程进行修正和补偿以达到准确测量的目的，本发明的数字显尺结构简单，成本低，而且数字显尺内可灵活放置n个传感器，简单有效解决产品成本与高精度要求的矛盾，此外可采集信号，进行数字化补偿，提高产品的环境适用性及可靠性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的数字显尺结构示意图；
图2是本发明的数字显尺的原理框图；
图3是本发明的数字显尺的卷尺上的亮层和暗层的布置示意图；
图4是本发明的正弦波信号转换后得到的脉冲信号的示意图。
其中：壳体1；卷尺盒2；卷尺3，亮层31，暗层32；传感器4；系统主机5；显示器6；音频模块7；USB接口81，按键模块82；电源管理模块9。
具体实施方式
实施例一：
如图1-4所示，本实施例的数字显尺采用光电原理，利用传感器对印刷有固定长度间隔的标志进行采样，并配合模数转换及数字补偿技术，对测量过程进行修正和补偿以达到准确测量的目的。其具体实现如下：数字显尺包括壳体1、安装在壳体1内的卷尺盒2和盘绕在卷尺盒2内的卷尺3，壳体1内设有让卷尺3出入的通道，为了提高测量的精度，需要安装多个传感器4，同时要保证传感器4与尺面的距离固定，为此该通道被设计为条形通道，在该条形通道内能并排安装多个传感器4，多个传感器4同时进行采样，卷尺3朝向传感器4的面上均匀设有多个依次相间的亮层31和暗层32，当亮层31或暗层32从传感器4的感应头处经过时会被传感器4感应到，从而传感器4得到正弦波信号，本实施例中的亮层31可使用亮色颜料印刷在尺面上，暗层32可使用深色颜料印刷在尺面上，目的是为了得到强弱不同的感应信号，对于具体颜色不限定，而传感器4可以安装在位于通道内的卷尺3的上方或下方，传感器4与尺面的距离控制在0.3mm-3mm之间，传感器4的具体安装结构不做限制。
为了将传感器4的正弦波信号转换为脉冲信号，壳体1内还设有与传感器4相连的系统主机5，测量时拉出卷尺3传感器4感应卷尺3上的亮层31和暗层32得到正弦波信号并将正弦波信号发送给系统主机5，系统主机5具有模数转换电路和计算模块，模数转换电路将正弦波信号进行模数转换得到脉冲信号，该脉冲信号为矩形脉冲信号，计数模块对脉冲信号的上升沿和下降沿进行计数，实现长度测量结果的数字化。
本实施例中的传感器4优选为反射式光遮断器，反射式光遮断器包括发光组件和受光组件,发光组件和受光组件位于同一方向上，发光组件的发射光经亮层31或暗层32反射后由受光组件接收得到感应信号。
为了进一步提高测量精度，传感器4设置n个，n为大于1的自然数，其个数取决于测量的精度，依次相邻的两个传感器4的正弦波的相位差为180°/n，并且保证n个传感器4之间相隔的距离为上述亮层31和暗层32间隔的固定相位差，并且每个测量周期分为1/2n份，例如当n＝2时，参见图4，图4示出了正弦波信号转换后得到的脉冲信号，其中，signal1和signal2代表两个传感器得到的正弦波信号，由图4可见两个传感器的相位差为90度，com_out1和com_out2代表两个模数转换电路转换得到的脉冲信号，signal1的正弦波信号和com_out1的脉冲信号对应，signal2的正弦波信号和com_out2的脉冲信号对应，对于举例中的n＝2，则每个测量周期被均分为4份。
本实施例中的系统主机5还连接有输入输出模块、显示器6和音频模块7，输入输出模块包括USB接口81和按键模块82，通过USB接口81可以输出测量的历史数据，统一进行分析管理，而按键模块82可以实现控制功能，显示器6显示计数模块的计数结果，音频模块7进行语音提示，本实施例中的系统主机5通过电源管理模块9进行充电。
本实施例中的系统主机5还设有通信接口和无线通讯模块，无线通讯模块为GSM通讯模块、CDMA通讯模块或蓝牙通讯模块，通过GSM通讯模块或CDMA通讯模块或蓝牙通讯模块等方式，发送给后台的服务器或电脑进行处理，避免人工读取测量数据的繁琐，大大提高工作效率。
为了进一步提高测量精度，系统主机5具有系统补偿系统，当正弦波信号被模数转化为脉冲信号后，可对其进行数字处理及分析，以诊断环境、结构等变化对信号的影响，然后进行数字式补偿。
本实施例还提供一种数字显尺的测量方法，使用上述数字显尺，包括以下步骤：
1、测量时传感器4感应卷尺3尺面上的亮层31和暗层32得到正弦波信号；
2、传感器4将正弦波信号发送给系统主机5，系统主机5的模数转换电路将正弦波信号转换为脉冲信号；
3、计数模块对脉冲信号的上升沿和下降沿进行计数，实现长度测量结果的数字化。
如果传感器4的个数为n个，n为大于1的自然数，数字显尺的测量方法如下：
1、每相邻两个传感器4相差180°/n相位安装，测量时每相邻两个传感器4得到相位差为180°/n度的正弦波信号；
2、模数转换电路将每组正弦波信号进行模数转换得到脉冲信号，并将每个测量周期均分为1/2n份；
3、计数模块依次对均分过的脉冲信号的上升沿和下降沿进行计数，实现长度测量结果的数字化，最后的位移＝计数X每相邻计数周期内的位移，相同的位移情况下，计数越多，测量精度越高。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种数字显尺，包括壳体(1)、安装在壳体(1)内的卷尺盒(2)和盘绕在卷尺盒(2)内的卷尺(3)，其特征在于：所述壳体(1)内设有传感器(4)，所述卷尺(3)朝向所述传感器(4)的面上均匀设有多个依次相间的亮层(31)和暗层(32)，所述壳体(1)内还设有与所述传感器(4)相连的系统主机(5)，测量时拉出卷尺(3)所述传感器(4)感应所述卷尺(3)上的亮层(31)和暗层(32)得到正弦波信号并将正弦波信号发送给所述系统主机(5)，所述系统主机(5)具有模数转换电路和计算模块，所述模数转换电路将所述正弦波信号进行模数转换得到脉冲信号，所述计算模块对脉冲信号进行计数处理并将长度测量结果数字化显示。
2.根据权利要求1所述的数字显尺，其特征在于：所述壳体(1)内设有让卷尺(3)出入的通道，所述通道内设置所述传感器(4)。
3.根据权利要求1所述的数字显尺，其特征在于：所述传感器(4)为反射式光遮断器，所述反射式光遮断器包括发光组件和受光组件,所述发光组件和受光组件位于同一方向上，所述发光组件的发射光经所述亮层(31)或暗层(32)反射后由所述受光组件接收得到感应信号。
4.根据权利要求1所述的数字显尺，其特征在于：所述传感器(4)与所述卷尺(3)相对的面的间距为0.3mm-3mm。
5.根据权利要求1所述的数字显尺，其特征在于：所述传感器(4)为n个，n为自然数，当n大于1时，依次相邻的两个传感器(4)的正弦波的相位差为180°/n。
6.根据权利要求1所述的数字显尺，其特征在于：所述系统主机(5)具有系统补偿系统，当正弦波信号被模数转化为脉冲信号后，系统补偿系统对脉冲信号进行数字分析处理然后进行数字式补偿。
7.根据权利要求1所述的数字显尺，其特征在于：所述系统主机(5)还连接有输入输出模块、显示器(6)和音频模块(7)，所述输入输出模块包括USB接口(81)和按键模块(82)，所述显示器(6)显示所述计数模块的计数结果，所述系统主机(5)通过电源管理模块(9)进行充电。
8.根据权利要求1所述的数字显尺，其特征在于：所述系统主机(5)设有通信接口和无线通讯模块，所述无线通讯模块为GSM通讯模块、CDMA通讯模块或蓝牙通讯模块。
9.一种数字显尺的测量方法，使用如权利要求1-8任意一项所述的数字显尺，其特征在于：包括以下步骤：
1)测量时所述传感器(4)感应卷尺(3)尺面上的亮层(31)和暗层(32)得到正弦波信号；
2)所述传感器(4)将所述正弦波信号发送给所述系统主机(5)，所述系统主机(5)的模数转换电路将所述正弦波信号转换为脉冲信号；
3)所述计数模块对脉冲信号的上升沿和下降沿进行计数，实现长度测量结果的数字化。
10.根据权利要求9所述的数字显尺的测量方法，其特征在于：传感器(4)的个数为n个，n为大于1的自然数，所述数字显尺的测量方法如下：
1)每相邻两个传感器(4)相差180°/n相位安装，测量时每相邻两个传感器(4)得到相位差为180°/n度的正弦波信号；
2)模数转换电路将每组正弦波信号进行模数转换得到脉冲信号，并将每个测量周期均分为1/2n份；
3)计数模块依次对均分过的脉冲信号的上升沿和下降沿进行计数，实现长度测量结果的数字化。
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20180328 Address after: Wujin District 213001 of Jiangsu city of Changzhou province Changzhou Science City Science Hall 4 floor, South Tower Applicant after: Panshi electric (Changzhou) Co., Ltd. Address before: 213001 Jiangsu Province, Changzhou Tianning Lanling Luxuries building 13 room 1703 Applicant before: Liang Lei |
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