CN106441064A - 一种通过磁缝测量位移的方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过磁缝测量位移的方法，包括有动子与定子，所述动子上设有感应板，感应板上设有形状渐变的缝隙；所述定子包括有金属的支架，所述支架的上端设有永磁体，下端设有霍尔传感器，支架包括有缺口，并且缺口靠近感应板，并由支架与感应板形成一个磁力线回路，动子相对定子做线性移动，霍尔传感器通过获知磁通量的大小变化从而判定动子与定子的相对位移。同时，本发明还提供了一种通过磁缝测量位移的设备，包括有单片机系统、定子与动子；本发明通过利用霍尔传感器去测量通过缝隙的磁通量，从而判断动子相对定子的位移情况，测量精度高，无电磁辐射；本发明提供的测量设备结构简单、制作方便。

Description

一种通过磁缝测量位移的方法及其设备

技术领域

本发明涉及一种锁具，特别是推拉门窗上用的锁具。

背景技术

在机械加工生产中，往往需要进行位置的精准控制，而现今技术中，为了能实现能测量物体的位移，通常使用以下几种方法：

a)滑动电位器方式：用特定长度的滑动式可调电位器，滑动子固定到被测动子上；电位器两端连接电源，通过测量电压分压值得到位置值。

b)电感式滑动测量器方式：通过特殊绕制的线圈，线圈内的滑动轴上有一个磁导体，滑动子固定到被测动子上；通过激励线圈，滑动子的不同位置产生不同的电磁互感量，从而测得位置值。(工业用的滑动测量器)

c)齿轮脉冲测量方式：通过在滑动面上固定一条锯齿条形状的细长齿条，动子上安装齿轮，通过永磁体和霍尔元件，移动时在霍尔元件上产生脉冲电波，累计脉冲数即圈数，从起点计算出当前位置值。(例如数字式卡尺) 特别地，当机械依靠电机等转动式的装置，可以直接在转动轴安装测量用的凸轮或齿轮，用永磁体和霍尔元件；或用光耦合器和遮光轮等得到电脉冲，累计得到圈数，从起点计算出当前位置值。（例如工业用的电机编码器）

d) 超声波方式：利用超声波的回声时间来确定距离。

但是，无论采用哪种方法，都存在一定的不足：

a)滑动电位器方式，要害是接触式磨损，不耐用。其次是只能买到个别常规的滑动电位器，其余的长度要求都需要订制，那么厂家少，质量的保证上有困难。要求不高的情况下，会使用这种方式。

b)电感式滑动测量器方式：线圈占的体积大，同时制作和电路设计困难。同时会产生电磁波干扰。这种方式体积大，只适合大型设备，同时要安装多重抗电磁波干扰的措施。

c)齿轮脉冲测量方式：要害是只能测出相对距离，要求重定位起点，位某些环境下不方便重新定位起点则不适用，另外是因为需要不间断测量，同时运动的不可预测性，若测量运算代码设计不当，或运动速度超过代码测量速度，某些电脉冲会测不到，那么累计结果会出错。由于一些机器运算部分同时也承担其他的运算任务，则有机会出现运算速度低，从而错过了一些脉冲的检测。

d)超声波方式：这只适用于开宽的环境，在机器上会产生多重回声，同时距离范围太小，回声时间短，测不准。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种克服上述不足的新式测量位移的方法。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种通过磁缝测量位移的方法，包括有动子与定子，所述动子上设有感应板，感应板上设有形状渐变的缝隙；所述定子包括有金属的支架，所述支架的上端设有永磁体，下端设有霍尔传感器，支架包括有缺口，并且缺口靠近感应板，并由支架与感应板形成一个磁力线回路，动子相对定子做线性移动，霍尔传感器通过获知磁通量的大小变化从而判定动子与定子的相对位移。

作为上述技术方案的进一步改进，在测量位移之前包括有校准步骤，其中校准步骤通过测量定子与动子的多个等间距距离的磁通量以及位置的关系，建立起关系表；然后在实际工作测量时，通过读取实时位移的磁通量，然后从关系表中找出对应的位移量。

作为上述技术方案的进一步改进，所述校准步骤包括：令动子从起点匀速走到终点，然后单片机输出固定频率的脉冲，固定时间间隔对动子的位置上的磁通量进行读取，将得到的数据保存在内存中，并建立起位置与磁通量的关系表。

同时，本发明还提供了一种通过磁缝测量位移的设备，包括有单片机系统、定子与动子，所述定子包括有金属支架，所述金属支架的上端安装有永磁体，所述金属支架的下端安装有霍尔传感器，所述金属支架的右端设有缺口，所述霍尔传感器与单片机系统电连接；所述动子包括有感应板，所述感应板上设有宽度渐变的间隙，所述缺口靠近所述的感应板。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的间隙为直角三角形，所述间隙的三个角均倒了圆角。

作为上述技术方案的进一步改进，所述金属支架呈“G”形，所述金属支架包括有第一导磁体、第二导磁体与第三导磁体，所述第一导磁体呈“匚”形，所述第一导磁体的上端与永磁体的正极抵接、下端与霍尔传感器抵接；所述第二导磁体呈“冂”形，所述第二导磁体的左端与永磁体的负极抵接、右端悬空；所述第三导磁体呈“凵”形，所述第三导磁体的左端与霍尔传感器抵接、右端悬空；所述第二导磁体的右端与第三导磁体的右端之间的空隙形成了金属支架的缺口。

作为上述技术方案的进一步改进，所述金属支架内包括有支撑架，所述支撑架均与第一导磁体、第二导磁体与第三导磁体抵接，所述支撑架为塑料构件。

作为上述技术方案的进一步改进，所述动子还包括有驱动装置，所述驱动装置与感应板连接。

本发明的有益效果是：本发明通过利用霍尔传感器去测量通过缝隙的磁通量，从而判断动子相对定子的位移情况，由于动子与定子是非接触的，因此在测量过程中可以有效地减少磨损，延长使用寿命，而且测量精度高，无电磁辐射；本发明提供的测量设备结构简单、制作方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明的感应板结构示意图；

图2是本发明的定子结构示意图；

图3是本发明的定子与感应板的组装示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

一种通过磁缝测量位移的方法，包括有动子与定子，所述动子上设有感应板，感应板上设有形状渐变的缝隙；所述定子包括有金属的支架，所述支架的上端设有永磁体，下端设有霍尔传感器，支架包括有缺口，并且缺口靠近感应板，并由支架与感应板形成一个磁力线回路，动子相对定子做线性移动，霍尔传感器通过获知磁通量的大小变化从而判定动子与定子的相对位移。工作的时候，由金属支架与感应板构成一个完整的磁力线回路，由永磁体提供磁力线，由霍尔传感器测量磁力线在回路上的强弱，动子沿着直线移动，磁缝面积单调变化（特别地在单调减少），那么磁通量也相应变化（特别地磁通量也随磁缝面积减少而减少）。那么就能通过位置与磁通量的一一对应而测量出位置来。

进一步作为优选的实施方式，在测量位移之前包括有校准步骤，其中校准步骤通过测量定子与动子的多个等间距距离的磁通量以及位置的关系，建立起关系表；然后在实际工作测量时，通过读取实时位移的磁通量，然后从关系表中找出对应的位移量。校准的时候，通过采用一个稳定电源给霍尔传感器供电，通过稳定的电源，便于电平采样，令其输出稳定的模拟量，再通过单片机上的AD(模数转换)功能模块转输成数据，则可以保存和比较。具体地，令动子从起点到终点，匀速运行一次（特别地，采用步进电机提供动力，由螺杆牵动动子，单片机作为控制器。单片机输出固定频率的脉冲，令步进电机匀速旋转，动子匀速移动。）这过程中，单片机同步地固定时间间隔对AD功能模块读取，得到的数据并保存在EEPROM（电可擦式寄存器）中。特别地，据一般的AD模块，数位在12位，那就能够从起点到终点的运行过程中，共对AD读取4096次。就300mm的长度而言，精度能达到±0.035mm。然后在工作的时候，当动子在某一位置时，需要读取位置，则单片机直接读取AD功能模块的值，经过滤波（必须有良好的低频滤波系统，排除由于抖动产生的干扰，优选地可以采用数字滤波），再与EEPROM中的数据比较，依次搜索对比，找到对应的值，或找到两值之间则可视之为某位置点，从而快速准确的获得定子的位移数据。

采用本测量方法，利用磁场的磁通量变化进行测量，由于是非接触式测量，因此对测量构件无磨损，经久耐用。还有，每次测量都是主动直接地得到位置值，与其运动速度关系不大，而且测量值的时候不用累计、不用定位起点，消除了干扰和运算速度不足造成的错误和误差。

参照图1～图3，本发明还提供了一种通过磁缝测量位移的设备，包括有单片机系统、定子与动子，所述定子包括有金属支架1，所述金属支架的上端安装有永磁体2，所述金属支架1的下端安装有霍尔传感器3，所述金属支架1的右端设有缺口，所述霍尔传感器3与单片机系统电连接；所述动子包括有感应板4，所述感应板4上设有宽度渐变的间隙41，所述缺口靠近所述的感应板4。为了能使用磁缝进行位移的测量，本发明提供了一个动子与定子，通过动子与定子间形成一个磁线回路，然后测量磁线回路上的磁通量值，从而判断出动子与定子的相对位于。而为了能形成一个渐变的测量数据，所述的磁缝要求是单调变化的形状，容易进行数据的测量与保存。

进一步作为优选的实施方式，所述的间隙41为直角三角形，所述间隙41的三个角均倒了圆角。当然，所述的间隙除了是三角形外，还可以是一个渐开线结构，或者是其他单调递边的形状；而在间隙的角部位倒圆角，是为了防止磁力线的积聚，从而形成干扰，影响了测量精度。

进一步作为优选的实施方式，所述金属支架1呈“G”形，所述金属支架1包括有第一导磁体11、第二导磁体12与第三导磁体13，所述第一导磁体11呈“匚”形，所述第一导磁体11的上端与永磁体2的正极抵接、下端与霍尔传感器3抵接；所述第二导磁体12呈“冂”形，所述第二导磁体12的左端与永磁体2的负极抵接、右端悬空；所述第三导磁体13呈“凵”形，所述第三导磁体13的左端与霍尔传感器3抵接、右端悬空；所述第二导磁体12的右端与第三导磁体13的右端之间的空隙形成了金属支架1的缺口。由三个导磁体组成一个“G”字，结构独特，而且便于与感应板共同组成一个磁线回路，而为了与永磁体以及霍尔传感器的接触面积更大，所述的第一导磁体的两端设有向内弯曲的接触面，而为了减少干扰，所述的第三导磁体的右端设有一个向内弯曲的平面。而且第二导磁体与第三导磁体右端的距离即为缺口的大少，其距离可以根据实际的需要进行微调，保证测量精度更高。

进一步作为优选的实施方式，所述金属支架1内包括有支撑架14，所述支撑架14均与第一导磁体11、第二导磁体12与第三导磁体13抵接，所述支撑架14为塑料构件。为了保证金属支架的稳定性，通过内设一个支撑架，可以提高金属支架的强度，避免三个导磁体发生形变，从而影响磁线回路。

进一步作为优选的实施方式，所述动子还包括有驱动装置，所述驱动装置与感应板2连接。通过驱动装置，可以对感应板进行匀速移动，方便进行位置的测量。同时，为了进一步提高测量的精度，所述的感应板的表面还需要在成型后进行去毛刺处理，保证其表面的平整度。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种通过磁缝测量位移的方法，其特征在于：包括有动子与定子，所述动子上设有感应板，感应板上设有形状渐变的缝隙；所述定子包括有金属的支架，所述支架的上端设有永磁体，下端设有霍尔传感器，支架包括有缺口，并且缺口靠近感应板，并由支架与感应板形成一个磁力线回路，动子相对定子做线性移动，霍尔传感器通过获知磁通量的大小变化从而判定动子与定子的相对位移。

2.根据权利要求1所述的通过磁缝测量位移的方法，其特征在于：在测量位移之前包括有校准步骤，其中校准步骤通过测量定子与动子的多个等间距距离的磁通量以及位置的关系，建立起关系表；然后在实际工作测量时，通过读取实时位移的磁通量，然后从关系表中找出对应的位移量。

3.根据权利要求2所述的通过磁缝测量位移的方法，其特征在于：所述校准步骤包括：令动子从起点匀速走到终点，然后单片机输出固定频率的脉冲，固定时间间隔对动子的位置上的磁通量进行读取，将得到的数据保存在内存中，并建立起位置与磁通量的关系表。

4.一种通过磁缝测量位移的设备，其特征在于：包括有单片机系统、定子与动子，所述定子包括有金属支架（1），所述金属支架的上端安装有永磁体（2），所述金属支架（1）的下端安装有霍尔传感器（3），所述金属支架（1）的右端设有缺口，所述霍尔传感器（3）与单片机系统电连接；所述动子包括有感应板（4），所述感应板（4）上设有宽度渐变的间隙（41），所述缺口靠近所述的感应板（4）。

5.根据权利要求4所述的通过磁缝测量位移的设备，其特征在于：所述的间隙（41）为直角三角形，所述间隙（41）的三个角均倒了圆角。

6.根据权利要求4所述的通过磁缝测量位移的设备，其特征在于：所述金属支架（1）呈“G”形，所述金属支架（1）包括有第一导磁体（11）、第二导磁体（12）与第三导磁体（13），所述第一导磁体（11）呈“匚”形，所述第一导磁体（11）的上端与永磁体（2）的正极抵接、下端与霍尔传感器（3）抵接；所述第二导磁体（12）呈“冂”形，所述第二导磁体（12）的左端与永磁体（2）的负极抵接、右端悬空；所述第三导磁体（13）呈“凵”形，所述第三导磁体（13）的左端与霍尔传感器（3）抵接、右端悬空；所述第二导磁体（12）的右端与第三导磁体（13）的右端之间的空隙形成了金属支架（1）的缺口。

7.根据权利要求6所述的通过磁缝测量位移的设备，其特征在于：所述金属支架（1）内包括有支撑架（14），所述支撑架（14）均与第一导磁体（11）、第二导磁体（12）与第三导磁体（13）抵接，所述支撑架（14）为塑料构件。

8.根据权利要求4所述的通过磁缝测量位移的设备，其特征在于：所述动子还包括有驱动装置，所述驱动装置与感应板（2）连接。