CN109029240A - 一种中空同轴双联多圈精密角位移传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中空同轴双联多圈精密角位移传感器，该传感器结构组成包括壳体、转轴、滑动部件和电阻片；所述转轴一端伸入至壳体内底部，壳体内的转轴上套设有相对于转轴滑动的滑动部件，滑动部件与转轴通过螺纹进行传动，滑动部件上设有两个电刷；壳体内壁面设有两个长条形电阻片，两个电阻片的长边与转轴平行，且在电阻片上设有引出线，引出线延伸至壳体外部，两个电刷的电刷指分别与两个电阻片接触，两个电刷在滑动部件带动下在电阻片上滑动。本发明的传感器能完成两路同步信号输出，两联输出信号同步、可互换、可靠性高且能够节省整机空间。

Description

一种中空同轴双联多圈精密角位移传感器

技术领域

本发明涉及电子元件领域，特别是一种中空同轴双联多圈精密角位移传感器。

背景技术

目前，市场上常见的多圈电位器多是精密多圈线绕电位器。虽然精密多圈线绕电位器具有高精度，稳定性好，温度系数小，耐高温，功率负荷能力强等优点，但其存在高频性能差，分辨力不高等缺点，且高阻值的精密多圈线绕电位器易断线，体积较大，售价较高。另外，精密多圈线绕电位器基本上是单联的，可靠性低。随着国防武器装备系统和电子整机向高精密、高可靠、小型化、薄型化的方向迅速发展，为适应市场需求，多圈电位器未来发展趋势同样向着高精密、高可靠、小型化、轻重量的方向发展。

针对上述现有技术的不足，如何研制出具有体积小、高精度、高分辨力、在严酷环境中高可靠性的多圈电位器是相关领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述电位器存在的不足提供一种具有体积小、高精度、高分辨力、在严酷环境中高可靠性的多圈电位器。

为了实现上述目的和其它优点，本发明提供了一种中空同轴双联多圈精密角位移传感器，该角位移传感器的结构组成包括壳体、转轴、滑动部件和电阻片。

所述转轴是中空轴，沿着转轴中轴线开设有通孔。该转轴一端伸入至壳体内底部，壳体内的转轴上套设有相对于转轴滑动的滑动部件，滑动部件与转轴通过螺纹进行传动，滑动部件上设有两个电刷；壳体内壁面设有两个长条形电阻片，两个电阻片的长边与转轴平行，且在电阻片上设有引出线，引出线延伸至壳体外部，两个电刷的电刷指分别与两个电阻片接触，两个电刷的电刷指在滑动部件带动下在电阻片上滑动。

所述滑动部件包括滑块和滑动压块，滑块和滑动压块之间留有间距为h的间隙并通过螺钉固定，且h≧1/2d，d是转轴表面螺纹的螺距。且在滑块与螺钉头之间的螺钉上套设有螺旋弹簧，弹簧处于压缩状态。滑动压块和滑块中心开设有相同大小的螺纹孔，滑动压块和滑块整体通过螺纹孔套设在转轴上，与转轴表面的外螺纹配合。所述滑块上两个不同位置上分别设置有一个绝缘下板，绝缘下板上设置簧片，簧片上覆盖绝缘上板，通过绝缘下板和绝缘上板确保簧片与滑块之间绝缘，电刷通过点焊固定在簧片上。滑动部件上设置的螺旋弹簧具有减小滑动部件与转轴之间间隙的作用，保证输出信号的稳定性和重复性精度。

优选的是，所述壳体由圆筒形外壳和位于圆筒两端的上端盖和下端盖构成。上端盖和下端盖内分别设置有轴承，转轴穿过两个轴承。所述转轴一端由上端盖经过上端盖的轴承伸入壳体内至下端盖的轴承上。两个电阻片固定在圆筒形外壳的内壁面，下端盖与外壳之间设有引出线孔，引出线由该孔伸出至壳体外部，引出线孔用环氧树脂和硅橡胶进行封装。

优选的是，所述电阻片是采用导电塑料制作电阻膜层，电阻片为长方条形。两个电刷关于转轴对称的设置在滑动部件上，两个电阻片也关于转轴对称设置，且电阻片位于电刷指顶端位置且与电刷指接触。

优选的是，所述滑动压块通过十字盘头螺钉和乐泰胶固定在滑块上。所述滑块与绝缘下板之间、绝缘下板与簧片、簧片与绝缘上板之间均通过环氧树脂粘接固定。

进一步优选的是，所述滑块和滑动压块外形均呈“十”字形，“十”字形的中心开设相同大小的螺纹孔，滑块和滑动压块的“十”字形相互重合，“十”字的左右两侧分支上安装螺钉固定滑块和滑动压块，滑块“十”字的上下分支上固定绝缘下板、簧片、绝缘上板以及电刷。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

其一、本发明的传感器为中空同轴双联结构，通过转轴带动滑动部件滑动，进而带动电刷在电阻片上滑动，完成两路信号输出，同时输出两路同步信号，且两路输出信号可以直接替换，两路信号互为备份，可提高产品的可靠性，且能够节省整机空间，且使用方便，生产成本低、便于推广使用。市场上的传感器多是单联，双联的可靠性比单联高，一只双联传感器相当于两只单联传感器，当一联损坏不能工作时可以使用另一联替代，而不需要更换新的传感器，尤其是在严酷环境中使用时，传感器容易损坏，双联结构提高了传感器使用可靠性。

其二、采用导电塑料电阻片，其性能优于电阻丝绕阻，具有阻值范围宽、高频性能好、分辨力高、使用寿命长等优点。

其三、滑动部件与转轴通过螺纹进行传动，螺纹配合本身存在间隙，长期工作后，螺纹磨损，间隙增加，间隙影响输出精度。螺旋弹簧具有减小滑动部件与转轴之间间隙的作用，可确保输出信号稳定性和重复精度。

其四、现在市场上的多圈传感器多是线绕传感器。发明的传感器采用导电塑料电阻片实现了多圈。如果同样是实现20圈，且制成中空结构，本发明的传感器的体积明显小于现有市面上传感器的体积；本发明的传感器主体直径为Φ28mm×39mm，结构简单，设计新颖合理。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1、本发明的同轴双联多圈精密角位移传感器的结构示意图。

图2、滑动部件的结构示意图。

图3、无螺旋弹簧时作用原理示意图。

图4、有螺旋弹簧时作用原理示意图。

图中标号：

转轴1、轴承2、上端盖3、外壳4、电阻片5、滑动部件6、电刷7、引出线8、下端盖9、硅橡胶10、环氧树脂11、滑块61、滑动压块62、螺钉63、螺旋弹簧64、螺纹孔65、绝缘下板66、簧片67、绝缘上板68、乐泰胶69。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-3所示，本发明提供了一种中空同轴双联多圈精密角位移传感器，该角位移传感器的结构组成包括壳体、转轴1、滑动部件6和电阻片5。所述壳体由圆筒形外壳4和位于圆筒两端的上端盖3和下端盖9构成。上端盖3和下端盖9内分别设置有轴承2。

所述转轴1是中空轴，在转轴的中心沿轴线开设有一直径φ5.5mm的通孔。转轴1一端由上端盖经过上端盖3的轴承2伸入壳体内至下端盖9的轴承2上。两个轴承2起到支撑转轴旋转的作用。壳体内的转轴上套设有相对于转轴滑动的滑动部件6，滑动部件与转轴通过螺纹进行传动，滑动部件6上设有两个电刷7。滑动部件6与转轴1之间螺纹配合(内外螺纹的间隙配合)，通过螺纹进行传动实现多圈。两个电刷7关于转轴1对称的设置在滑动部件6上。圆筒形外壳4的内壁面设有两个长条形电阻片5，两个电阻片的长边与转轴平行且相对于转轴对称，且在电阻片上设有引出线8。所述电阻片5是采用导电塑料制作电阻膜层。电阻片位于电刷指顶端位置。两个电刷的电刷指分别与两个电阻片接触，两个电刷的电刷指在滑动部件6带动下在电阻片5上滑动，传递输出信号。下端盖9与外壳4之间设有引出线孔，引出线8通过该孔延伸至壳体外部。引出线孔用环氧树脂11和硅橡胶10进行封装。利用导电塑料制作的电阻片替代电阻合金线绕制的电阻体作为多圈电位器的电阻体，具有精度高、输出平滑性好、分辨力高(在理论上达到无限小、响应时间几乎为零)、长寿命(寿命可达千万次)、高频性能好、高低温性能稳定等优点。

如图2和图3所示，所述滑动部件6包括滑块61和滑动压块62，滑块和滑动压块之间留有间距为h的间隙并通过螺钉63固定，h大于或等于转轴表面螺纹的螺距d的一半。在滑块与螺钉头之间的螺钉上套设有螺旋弹簧64。紧固螺钉后，螺旋弹簧64两端分别抵靠螺钉头和滑块表面，且弹簧受压力F使得弹簧处于一定压缩状态。滑动压块62和滑块61中心开设有相同大小的螺纹孔65，滑动压块和滑块整体通过螺纹孔套设在转轴上，与转轴表面的外螺纹配合。所述滑块上两个不同位置分别设置有一个绝缘下板66，绝缘下板上设置簧片67，簧片上覆盖绝缘上板68，通过绝缘下板和绝缘上板确保簧片与滑块之间绝缘，电刷7通过点焊固定在簧片上。进一步优选的是，所述滑动压块62通过十字盘头螺钉63和乐泰胶69固定在滑块上。所述滑块与绝缘下板之间、绝缘下板与簧片、簧片与绝缘上板之间均通过环氧树脂粘接固定。进一步优选的是，所述滑块和滑动压块外形均呈“十”字形，“十”字形的中心开设螺纹孔65，滑块和滑动压块的“十”字形相互重合，“十”字的左右两侧分支上安装螺钉63连接滑块和滑动压块，滑块“十”字的上下分支上固定绝缘下板、簧片、绝缘上板以及电刷。滑动部件6与转轴1通过螺纹进行传动，螺纹配合本身存在间隙，长期工作后，螺纹磨损，产生轴向间隙，滑动部件6在转轴上左右晃动，对应的电刷输出位置不稳定，导致输出信号不准确，稳定性和重复性精度差。所述螺旋弹簧64具有减小滑动部件6与转轴1之间间隙的作用，可确保输出信号精度。

无弹簧时，如图3所示，滑动部件与转轴螺纹配合，存在间隙h1和h2，h1＝h2，电刷输出信号不稳定且重复性差。长期工作后，螺纹磨损而导致h1、h2增大，轴向间隙变大，滑动部件在轴向的贯动量进一步增大，电刷位置愈发不稳定，输出信号亦不准确，重复精度更差。

有弹簧时，如图4所示，滑块61和滑动压块62之间留有间距h。在弹簧力F的作用下，滑块与滑动压块相对运动，h减小，h1或h2减小，滑动部件轴向贯动量减小，当h≥1/2d时，h1或h2可减小至零，完全消除滑动部件的轴向贯动量，此时电刷输出位置稳定，输出信号稳定性和重复精度高。同时该结构可以消除由于螺纹磨损而产生h1和h2的增量。确保产品在使用寿命区间内的输出信号稳定性和重复性。

该结构作用原理如下：如图4所示，h3是螺钉头与滑块之间的距离，弹簧64处于压缩状态，弹簧形变量产生的弹力作用于滑块61，方向向右，h1变小，同时弹力作用于螺钉头，方向向左，螺钉带动滑动压块62向左移动，h2变小，进而减小滑动部件6与转轴1之间的轴向间隙，确保输出信号稳定性及重复性。

综上所述，发明提供的中空同轴双联多圈精密角位移传感器，能完成两路同步信号输出，两联输出信号同步、可互换、可靠性高且能够节省整机空间；利用导电塑料制作的电阻片替代电阻合金线绕制的电阻体作为多圈电位器的电阻体，具有精度高、输出平滑性好、分辨力高、长寿命、高频性能好、高低温性能稳定等优点；利用螺纹传动实现多圈，使用螺旋弹簧消除螺纹配合间隙，保证产品的输出精度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种中空同轴双联多圈精密角位移传感器，其特征在于，包括壳体、转轴、滑动部件和电阻片；

所述转轴一端伸入至壳体内底部，壳体内的转轴上套设有相对于转轴滑动的滑动部件，滑动部件与转轴通过螺纹进行传动，滑动部件上设有两个电刷；壳体内壁面设有两个长条形电阻片，两个电阻片的长边与转轴平行，且在电阻片上设有引出线，引出线延伸至壳体外部，两个电刷的电刷指分别与两个电阻片接触，两个电刷的电刷指在滑动部件带动下在电阻片上滑动；

所述滑动部件包括滑块和滑动压块，滑块和滑动压块之间留有间距为h的间隙并通过螺钉固定，且h≧1/2d，d是转轴表面螺纹的螺距；在滑块与螺钉头之间的螺钉上套设有螺旋弹簧，弹簧处于压缩状态；滑动压块和滑块中心开设有相同大小的螺纹孔，滑动压块和滑块整体通过螺纹孔套设在转轴上与转轴表面的外螺纹配合；所述滑块上两个不同位置上分别设置有一个绝缘下板，绝缘下板上设置簧片，簧片上覆盖绝缘上板，通过绝缘下板和绝缘上板确保簧片与滑块之间绝缘，电刷通过点焊固定在簧片上。

2.如权利要求1所述的中空同轴双联多圈精密角位移传感器，其特征在于，所述壳体由圆筒形外壳和位于圆筒两端的上端盖和下端盖构成，上端盖和下端盖内分别设置有轴承，转轴穿过两个轴承。

3.如权利要求2所述的中空同轴双联多圈精密角位移传感器，其特征在于，所述转轴一端由上端盖经过上端盖的轴承伸入壳体内至下端盖的轴承上，两个电阻片固定在圆筒形外壳的内壁面，下端盖与外壳之间设有引出线孔，引出线由该孔伸出至壳体外部，引出线孔用环氧树脂和硅橡胶进行封装。

4.如权利要求1所述的中空同轴双联多圈精密角位移传感器，其特征在于，所述转轴是中空轴，转轴内沿中心轴线开设有通孔。

5.如权利要求1所述的中空同轴双联多圈精密角位移传感器，其特征在于，所述电阻片是采用导电塑料制作电阻膜层，电阻片为长方条形。

6.如权利要求5所述的中空同轴双联多圈精密角位移传感器，其特征在于，两个电刷关于转轴对称的设置在滑动部件上，两个电阻片也关于转轴对称设置，且电阻片位于电刷指顶端且与电刷指接触。

7.如权利要求1所述的中空同轴双联多圈精密角位移传感器，其特征在于，所述滑动压块通过十字盘头螺钉和乐泰胶固定在滑块上。

8.如权利要求1所述的中空同轴双联多圈精密角位移传感器，其特征在于，所述滑块与绝缘下板之间、绝缘下板与簧片、簧片与绝缘上板之间均通过环氧树脂粘接固定。

9.如权利要求1-8任意一项所述的中空同轴双联多圈精密角位移传感器，其特征在于，所述滑块和滑动压块外形均呈“十”字形，“十”字形的中心开设相同大小的螺纹孔，滑块和滑动压块相互重合设置，“十”字的左右两侧分支上安装螺钉固定滑块和滑动压块，滑块“十”字的上下分支上固定绝缘下板、簧片、绝缘上板以及电刷。