CN106197242A - 基于活塞杆的绝对行程检测结构 - Google Patents

Abstract

本发明的基于活塞杆的绝对行程检测结构，相同长度L的活塞杆上的环槽分布，可以满足探测宽度为L或更长的传感器的探测需求，每段活塞杆相互之间至少具有一个环槽中心间距互不相同，使得每段活塞杆上的环槽分布各不相同，从而传感器探测到的每段活塞杆上的波形都是不同的，活塞杆行程无论在何处停止，重新上电后即可读出相应波形所对应的活塞杆位置，从而获得活塞杆的行程，实现了活塞杆行程的绝对位置检测。

Description

基于活塞杆的绝对行程检测结构

技术领域

本发明涉及一种基于活塞杆的绝对行程检测结构。

背景技术

陶瓷活塞杆用增量型内置式行程检测装置是在活塞杆基体上加工沟槽，采用产生序列脉冲信号的传感器对活塞杆进行行程检测，这是一种与陶瓷活塞杆结合使用的内置式行程检测装置，其具体方法是先在活塞杆表面加工等距离、具有一定深度的沟槽，然后在其表面喷涂陶瓷材料，其原理是：

由于活塞杆基体是45#钢或合金钢，它具有导磁性，而表面喷涂的陶瓷材料或其他非磁性材料，无导磁性。当传感器通过高低不一的沟槽时，产生的气隙就有大小，气隙的大小就造成磁阻的大小，磁阻的大小就造成磁场的强弱。传感器通过检测出磁场的强弱并转换成电流的强弱，输出脉冲信号，传感器就可以检测出活塞杆基体上沟槽的间距。而活塞杆基体上的沟槽是等距离的，这样就可以转换成活塞杆的行程。这种内置式行程检测装置集成于陶瓷活塞杆上，直接检测出活塞杆的位移，其检测不受行程限制，任意行程均可检测，而且其检测精度可达到1mm。另外由于其结构紧凑、体积小，只需直接安装于液压缸的下端盖上，在液压缸外部不需另外的装置，因此其检修非常方便。

但是，这种增量型内置式行程检测装置的缺点在于，其只能获得相对行程，如果系统断电，重新上电后，之前的行程数据没有保存，将无法获得活塞杆当前行程。同时，系统断电后，如果活塞杆滑落，其滑落的行程将被忽略。另外，这种行程检测装置因与之前数据状态相互关联，因此存在累积误差，并且累积误差需要外部措施消除。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有行程检测装置在系统断电后重新上电，将无法获得活塞杆当前行程，并且存在累积误差的不足，本发明提供一种基于活塞杆的绝对行程检测结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于活塞杆的绝对行程检测结构，通过传感器沿活塞杆轴向检测，所述活塞杆上车加工开设有若干环绕活塞杆周向的环槽，沿活塞杆轴向任意相同长度L的一段活塞杆，每段长度L的活塞杆中至少具有两个环槽，且各段长度L的活塞杆相互之间至少具有一个环槽中心间距互不相同，所述长度L为传感器的探测宽度。传感器的探测宽度是指传感器沿活塞杆轴向所能探测到的最大宽度。

相同长度L的活塞杆上的环槽分布，可以满足探测宽度为L或更长的传感器的探测需求，每段活塞杆相互之间至少具有一个环槽中心间距互不相同，使得每段活塞杆上的环槽分布各不相同，环槽中心间距差的最小值≤所有环槽的槽宽≤环槽中心间距差的最小值的两倍。这样，传感器探测到的每段活塞杆上的波形都是不同的，活塞杆行程无论在何处停止，重新上电后即可读出相应波形所对应的活塞杆位置，从而获得活塞杆的行程，实现了活塞杆行程的绝对位置检测。

活塞杆上开设有至少两组环槽组，每组环槽组具有若干个环槽，同一组环槽组中的环槽的中心间距相同，各组环槽组的环槽中心间距互不相同，使每段长度L的活塞杆上，环槽的数量均不相同；或者环槽的数量相同，但是各段长度L的活塞杆相互之间至少有一个环槽中心间距相互不同。其中，槽的组数取决于选取的槽中心间距以及活塞杆检测段的长度。为了便于车加工，可以在活塞杆上分组开槽，每组环槽组中为相同槽中心间距的环槽，不同组中的环槽中心间距不同，从而实现在活塞杆上的环槽分布各不相同。

同一组环槽组中的环槽的槽宽相等。环槽的槽宽没有具体限制，但是，过小的环槽中心间距将使得环槽特征丢失，并且也无法实现车加工，因此，针对车加工，环槽中心间距选择≥1mm。每组环槽组中为相同槽中心间距，以及相同槽宽的环槽，可以便于车加工。

所有环槽的槽宽均相等。每组环槽组中为相同槽中心间距，以及相同槽宽的环槽，并且所有环槽组中的槽宽均相同，在车加工环槽时，可以不换刀实现各组环槽组的加工。

为了能够便于车加工上述环槽，具体的实现方案为，活塞杆上开设有n组环槽组，各组环槽组的环槽中心间距分别为D₁、D₂……D_n，单位均为mm；其中，D₁、D₂……D_n为正整数，且D₁、D₂……和D_n的最小公倍数M所表示的长度≥活塞杆用于检测的长度H，M所表示的长度和H的单位均为mm，D₁、D₂……和D_n均L的单位为mm。传感器的探测宽度L需至少覆盖一个完整的环槽间距，D₁、D₂……和D_n均这样，在任何情况下传感器都能观测到同一环槽组中的两个环槽，从而能够观测到一个完整的环槽间距。

D₁、D₂……和D_n为质数或为至少两个不同质数的最小公倍数，所述质数均不相同且为以内的质数。所述质数均不相同，其中所述的质数包括直接表示槽中心间距的质数，以及由至少两个不同质数的最小公倍数所表示的槽中心间距中的至少两个不同的质数。采用质数或质数的最小公倍数作为槽中心间距，可以使得环槽在活塞杆上的分布尽可能长地不重复，从而使不同分布的环槽在活塞杆上覆盖最长的区域，满足传感器探测到的每段活塞杆上的波形都是不同的，实现绝对行程检测。说明：以内的质数，如果本身为质数，包括本身。

一种实施方式为，n＝3，D₁＝39，D₂＝41，D₃＝43，环槽中心间距单位为mm，长度L＝120mm，活塞杆用于检测的长度H≤39×41×43＝68757，H的单位为mm。

所有环槽的槽宽均相等，槽宽d为2mm～4mm。

另一种实施方式为，n＝3，D₁＝17，D₂＝19，D₃＝21，环槽中心间距单位为mm，长度L＝120mm，活塞杆用于检测的长度H≤17×19×21＝6783，H的单位为mm。

所有环槽的槽宽均相等，槽宽d为2mm～4mm。

所述的活塞杆上用于检测的检测段包括导磁性基体和覆盖基体表面的非磁性材料，所述检测段通过传感器检测，所述传感器为主动磁性探测式。由于活塞杆基体具有导磁性，而表面喷涂的陶瓷等非磁性材料，无导磁性。当传感器通过环槽和活塞杆表面时，产生的气隙就有大小，气隙的大小就造成磁阻的大小，磁阻的大小就造成磁场的强弱。传感器通过检测出磁场的强弱并转换成电流的强弱，输出表示活塞杆上环槽分布的波形信号。

所述的传感器包括多个并排设置的传感器单元，沿活塞杆轴向的一段活塞杆的长度L为所有传感器单元并排设置后的探测总宽度。

所述传感器为隧道磁电阻传感器。

本发明的有益效果是，本发明的基于活塞杆的绝对行程检测结构，相同长度L的活塞杆上的环槽分布，可以满足探测宽度为L或更长的传感器的探测需求，每段活塞杆相互之间至少具有一个环槽中心间距互不相同，使得每段活塞杆上的环槽分布各不相同，从而传感器探测到的每段活塞杆上的波形都是不同的，活塞杆行程无论在何处停止，重新上电后即可读出相应波形所对应的活塞杆位置，从而获得活塞杆的行程，实现了活塞杆行程的绝对位置检测，并且不存在累积误差。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的基于活塞杆的绝对行程检测结构实施例1的结构示意图。

图中1、活塞杆，2、环槽。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

一种基于活塞杆1的绝对行程检测结构，通过传感器沿活塞杆轴向检测，所述活塞杆1上车加工开设有若干环绕活塞杆1周向的环槽2，沿活塞杆1轴向任意相同长度L的一段活塞杆1，每段长度L的活塞杆1中至少具有两个环槽2，且各段长度L的活塞杆1相互之间至少具有一个环槽中心间距互不相同，所述长度L为传感器的探测宽度。考虑到加工工艺，相邻两个环槽2之间的环槽中心间距≥最小可加工值，并且，过小的槽中心间距将使得环槽2特征丢失，一般槽中心间距≥1mm。但是，可以允许相邻两个或多个环槽2重叠或部分重叠形成一个环槽2。

相同长度L的活塞杆1上的环槽2分布，可以满足探测宽度为L或更长的传感器的探测需求，每段活塞杆1相互之间至少具有一个环槽中心间距互不相同，使得每段活塞杆1上的环槽2分布各不相同，从而传感器探测到的每段活塞杆1上的波形都是不同的，活塞杆1行程无论在何处停止，重新上电后即可读出相应波形所对应的活塞杆1位置，从而获得活塞杆1的行程，实现了活塞杆1行程的绝对位置检测。

活塞杆1上开设有至少两组环槽组，每组环槽组具有若干个环槽2，同一组环槽组中的环槽2的环槽中心间距相同，各组环槽组的环槽中心间距互不相同，使每段长度L的活塞杆1上，环槽2的数量均不相同；或者环槽2的数量相同，但是各段长度L的活塞杆1相互之间至少有一个环槽中心间距相互不同，环槽中心间距差的最小值≤所有环槽2的槽宽≤环槽中心间距差的最小值的两倍。环槽组的数量不是越少越好，也并不是越多越好，这与槽中心间距的选择以及活塞杆1用于检测的长度H有关。同时，对于绝对行程检测而言，各组环槽组的车加工起点可以相同，也可以不同。各组环槽组的车槽起点不同时，仍然满足每段活塞杆1上的环槽2的分布各不相同，从而传感器探测到的每段活塞杆1上的波形都是不同的。但是，对于车加工而言，各组环槽组选取同一车加工起点，加工比较方便，容易实现。

同一组环槽组中的环槽2的槽宽相等，进一步地，还可以将所有环槽2的槽宽均做成相等的。环槽2的槽宽没有具体限制，但是，过小的槽中心间距将使得环槽特征丢失，并且也无法实现车加工，因此，针对车加工，槽中心间距选择≥1mm。每组环槽组中为相同槽中心间距，以及相同槽宽的环槽2，可以便于车加工。每组环槽组中为相同槽中心间距，以及相同槽宽的环槽2，并且所有环槽组中的槽宽均相同，在车加工环槽2时，可以不换刀实现各组环槽组的加工。

为了能够便于车加工上述环槽2，具体的实现方案为：

活塞杆1上开设有n组环槽组，各组环槽组的环槽中心间距分别为D₁、D₂……D_n，单位均为mm；其中，D₁、D₂……D_n为正整数，且D₁、D₂……和D_n的最小公倍数M所表示的长度≥活塞杆1用于检测的长度H，M所表示的长度和H的单位均为mm，D₁、D₂……和D_n均L的单位为mm。

D₁、D₂……和D_n为质数或为至少两个不同质数的最小公倍数，所述质数均不相同且为以内的质数。所述质数均不相同，其中所述的质数包括直接表示槽中心间距的质数，以及由至少两个不同质数的最小公倍数所表示的槽中心间距中的至少两个不同的质数。采用质数或质数的最小公倍数作为槽中心间距，可以使得环槽2在活塞杆1上的分布尽可能长地不重复，从而使不同分布的环槽2在活塞杆1上覆盖最长的区域，满足传感器探测到的每段活塞杆1上的波形都是不同的，实现绝对行程检测。说明：以内的质数，如果本身为质数，包括本身。

按照上述规律，以下列举几种具体的实施方式。

实施例1：

n＝3，D₁＝39，D₂＝41，D₃＝43，环槽中心间距单位为mm，长度L＝120mm，活塞杆1用于检测的长度H≤39×41×43＝68757，H的单位为mm。所有环槽2的槽宽均相等，环槽中心间距差的最小值为2mm，槽宽d为2mm～4mm，本实施例中选择d＝3mm。活塞杆1用于检测的长度H一般为从活塞杆1上的第一个环槽2到最后一个环槽2之间的长度。

实施例2：

n＝3，D₁＝17，D₂＝19，D₃＝21，环槽中心间距单位为mm，长度L＝120mm，活塞杆1用于检测的长度H≤17×19×21＝6783，H的单位为mm。所有环槽2的槽宽均相等，环槽中心间距差的最小值为2mm，槽宽d为2mm～4mm，本实施例中选择d＝2mm。

实施例3

n＝2，D₁＝99，D₂＝101，环槽中心间距单位为mm，长度L＝210mm，活塞杆1用于检测的长度H≤9999mm。

实施例4

n＝4，D₁＝77，D₂＝79，D₃＝83，D₄＝87，环槽中心间距单位为mm，长度L＝180mm，活塞杆1用于检测的长度H≤43925343mm。

所述的活塞杆1上用于检测的检测段包括导磁性基体和覆盖基体表面的非导磁材料，所述检测段通过传感器检测，所述传感器为主动磁性探测式，具体地，传感器可以采用为隧道磁电阻传感器。

由于活塞杆1基体具有导磁性，而表面喷涂的是陶瓷等非磁性材料，无导磁性。当传感器通过环槽2和活塞杆1表面时，产生的气隙就有大小，气隙的大小就造成磁阻的大小，磁阻的大小就造成磁场的强弱。传感器通过检测出磁场的强弱并转换成电流的强弱，输出表示活塞杆1上环槽2分布的波形信号。

所述的传感器包括多个并排设置的传感器单元，沿活塞杆1轴向的一段活塞杆1的长度L为所有传感器单元并排设置后的探测总宽度。实施例1和实施例2中均可采用64位隧道磁电阻传感器，该传感器的探测总宽度为120mm。

以采用三组环槽组为例，本发明的绝对行程检测原理为：

三组环槽组的环槽中心间距分别为D₁、D₂、D₃，根据最小公倍数的原理，三组环槽组的环槽从起点开始将重合于H＝D₁×D₂×D₃处。在这段长度范围内，每四道环槽具有一个明显特性：中间两道环槽在第一道与第四道环槽的间距范围内所处位置在极限长度范围内唯一。通过阵列传感器探测环槽的中心间距判断两道环槽在第一道与第四道环槽间距范围内的位置，就可以得到目前传感器在全长范围内所处的绝对位置。对于两道，四道甚至更多，也存在如此规律。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (13)

1.一种基于活塞杆的绝对行程检测结构，通过传感器沿活塞杆轴向检测，其特征在于：所述活塞杆上车加工开设有若干环绕活塞杆周向的环槽，沿活塞杆轴向任意相同长度L的一段活塞杆，每段长度L的活塞杆中至少具有两个环槽，且各段长度L的活塞杆相互之间至少具有一个环槽中心间距互不相同，所述长度L为传感器的探测宽度。

2.如权利要求1所述的基于活塞杆的绝对行程检测结构，其特征在于：活塞杆上开设有至少两组环槽组，每组环槽组具有若干个环槽，同一组环槽组中的环槽的中心间距相同，各组环槽组的环槽中心间距互不相同，使每段长度L的活塞杆上，环槽的数量均不相同；或者环槽的数量相同，但是各段长度L的活塞杆相互之间至少有一个环槽中心间距相互不同，环槽中心间距差的最小值≤所有环槽的槽宽≤环槽中心间距差的最小值的两倍。

3.如权利要求2所述的基于活塞杆的绝对行程检测结构，其特征在于：同一组环槽组中的环槽的槽宽相等。

4.如权利要求3所述的基于活塞杆的绝对行程检测结构，其特征在于：所有环槽的槽宽均相等。

5.如权利要求2所述的基于活塞杆的绝对行程检测结构，其特征在于：活塞杆上开设有n组环槽组，各组环槽组的环槽中心间距分别为D₁、D₂……D_n，单位均为mm；其中，D₁、D₂……D_n为正整数，且D₁、D₂……和D_n的最小公倍数M所表示的长度≥活塞杆用于检测的长度H，M所表示的长度和H的单位均为mm，D₁、D₂……和D_n均L的单位为mm。

6.如权利要求5所述的基于活塞杆的绝对行程检测结构，其特征在于：D₁、D₂……和D_n为质数或为至少两个不同质数的最小公倍数，所述质数均不相同且为以内的质数。

7.如权利要求6所述的基于活塞杆的绝对行程检测结构，其特征在于：n＝3，D₁＝39，D₂＝41，D₃＝43，环槽中心间距单位为mm，长度L＝120mm，活塞杆用于检测的长度H≤39×41×43＝68757，H的单位为mm。

8.如权利要求7所述的基于活塞杆的绝对行程检测结构，其特征在于：所有环槽的槽宽均相等，槽宽d为2mm～4mm。

9.如权利要求6所述的基于活塞杆的绝对行程检测结构，其特征在于：n＝3，D₁＝17，D₂＝19，D₃＝21，环槽中心间距单位为mm，长度L＝120mm，活塞杆用于检测的长度H≤17×19×21＝6783，H的单位为mm。

10.如权利要求7所述的基于活塞杆的绝对行程检测结构，其特征在于：所有环槽的槽宽均相等，槽宽d为2mm～4mm。

11.如权利要求1所述的基于活塞杆的绝对行程检测结构，其特征在于：所述的活塞杆上用于检测的检测段包括导磁性基体和覆盖基体表面的非磁性材料，所述检测段通过传感器检测，所述传感器为主动磁性探测式。

12.如权利要求11所述的基于活塞杆的绝对行程检测结构，其特征在于：所述的传感器包括多个并排设置的传感器单元，沿活塞杆轴向的一段活塞杆的长度L为所有传感器单元并排设置后的探测总宽度。

13.如权利要求11所述的基于活塞杆的绝对行程检测结构，其特征在于：所述传感器为隧道磁电阻传感器。