CN109084672B - 一种内置磁致伸缩位移传感器的精准控制式电动推杆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内置磁致伸缩位移传感器的精准控制式电动推杆，主要包括主体、握把、动力舱、主机箱、齿轮箱、控制舱、推杆舱，所述握把位于所述主体底部，所述动力舱位于握把顶部，所述主机箱位于动力舱顶部，所述齿轮箱位于动力舱右侧，所述控制舱位于齿轮箱右侧，所述推杆舱位于控制舱顶部；本发明操作简单，处理器将推杆的位移量通过磁致伸缩位移传感器的位移计算公式计算得出后可以直接通过显示屏显示，方便操作人员使用。
Description
技术领域
本发明涉及电动推杆技术领域，具体是涉及一种内置磁致伸缩位移传感器的精准控制式电动推杆。
背景技术
电动推杆是一种将电动机的旋转运动转变为推杆的直线往复运动的电力驱动装置。可用于各种简单或复杂的工艺流程中做为执行机械使用，以实现远距离控制、集中控制或自动控制。
电动推杆又名直线驱动器，主要是由电机推杆和控制装置等机构组成的一种新型磁致伸缩位移(液位)传感器，是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。测量元件是一根波导管，波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被电子室所检测到。
由于这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比，通过测量时间，就可以高度精确地确定这个距离。由于输出信号是一个真正的绝对值,而不是比例的或放大处理的信号,所以不存在信号漂移或变值的情况,更无需定期重标直线执行机构，可以认为是旋转电机在结构方面的一种延伸。
但现有技术中，将磁致伸缩位移传感器与电动推杆相结合的装置较少，并且现有技术所设计的电动推杆结构过于复杂，造价较高，操作复杂，不适合广泛推广。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种内置磁致伸缩位移传感器的精准控制式电动推杆，主要包括主体、握把、动力舱、主机箱、齿轮箱、控制舱、推杆舱，所述握把位于所述主体底部，所述动力舱位于握把顶部，所述主机箱位于动力舱顶部，所述齿轮箱位于动力舱右侧，所述控制舱位于齿轮箱右侧，所述推杆舱位于控制舱顶部；主机箱包括处理器、电子室，所述处理器位于主机箱内左侧，所述电子室位于处理器右侧；所述动力舱包括双向电机、转轴、高能电阻，所述双向电机位于动力舱内底部，所述转轴安装于双向电机右端，所述高能电阻位于双向电机上方；所述控制器与双向电机电性连接；可以防止推杆在回缩时因为回缩至极限位置时，双向电机无法继续转动而损坏装置；齿轮箱包括齿轮一、齿轮二、滑座、保护装置，所述齿轮一安装于转轴右端，所述齿轮二安装于齿轮一顶部并且与齿轮一相啮合，所述滑座包覆齿轮一与齿轮二，所述保护装置位于滑座右侧顶部；控制舱包括控制器与显示屏，所述控制器位于控制舱内，所述显示屏位于控制舱前端面；推杆舱包括敏感元件头、保护壳套、推杆、螺杆、接触头、导轨，所述敏感元件头位于保护装置右侧，所述螺杆左端与齿轮二固定连接，所述推杆上设有与螺杆可以啮合的螺纹并且推杆安装于螺杆顶部，推杆内设有孔槽，所述保护壳套位于推杆的孔槽内并且左端与敏感元件头连接，所述导轨位于推杆舱内顶部并且底部与推杆上的螺纹啮合，所述接触头左端与推杆右端连接；保护壳套内设有波导管，所述波导管左端与敏感元件头右端连接；推杆内左端设有环状的位置磁铁；处理器分别与电子室、控制器、显示屏电性连接，控制器与电子室 电性连接；电子室通过敏感元件头与波导管连接；电池槽分别与双向电机、高能电阻、处理器电性连接；处理器与控制器均为市售装置。
进一步的，所述握把包括电池盖、电池槽、按键一、弹簧一、正压力传感器、按键二、弹簧二、反压力传感器，所述电池盖位于握把底部，所述电池槽位于电池盖顶部，所述按键一位于握把右侧，按键一左侧通过所述弹簧一与所述正压力传感器右侧连接，所述按键二位于按键一上方，按键二左侧通过所述弹簧二与所述反压力传感器右侧连接；所述处理器分别与正压力传感器、反压力传感器电性连接；操作人员可以通过按键直接对装置进行控制，方便操作人员操作。
进一步的，所述保护装置包括轴承、导板、弹簧三、导管，并且保护装置内底部左侧设有连接块，所述轴承位于保护装置右侧顶部，所述导板顶部与轴承连接，所述弹簧三安装于导板与连接块之间，并且弹簧三在自然未压缩的状态下，导板与导管之间存在孔隙，导管安装于连接块右端，导板与所述高能电阻电性连接；导管与电池槽电性连接；当所述推杆回缩至极限位置时导板与导管接触后，与所述高能电阻形成电路，使得双向电机停止工作；可以防止推杆在回缩时因为回缩至极限位置时，双向电机无法继续转动而损坏装置。
进一步的，所述电子室内设有A/D转换器与电子模块；所述A/D转换器用于将磁信号转换为电信号；所述电子模块用于产生询问电流脉冲。
进一步的，所述主体采用塑料制成并且主体为密封装置；防止装置漏电并且外接干扰。
进一步的，所述敏感元件头与所述波导管都采用磁致伸缩材料制成；磁致伸缩是指在交变磁场的作用下，物体产生与交变磁场频率相同的机械振动；或者相反，在拉伸、压缩力作用下，由于材料的长度发生变化，使材料内部磁通密度相应地发生变化，在线圈中感应电流，机械能转换为电能。
进一步的，所述主体内设有PE材料、聚碳酸酯、防水透气膜、导热硅橡胶填充物、有机溶剂与耐高温橡胶索环制成的磁致传感器保护罩。
本发明的工作原理：操作人员打开电池盖将电池放入电池槽内后，将接触头与工作位置连接，当需要推杆向前运动时，按下按键一，正压力传感器将压力信号转换为电信号传递给处理器，处理器将信息传递给控制器，控制器控制双向电机工作，使得转轴正向旋转，从而通过齿轮一与齿轮二在滑座内的联动，带动螺杆转动，因为推杆上的螺纹与螺杆上的螺纹连接，推杆沿着螺杆上的螺纹转动随后被推出，电子室内的电子模块通过敏感元件头发出脉冲信号，脉冲信号形成的移动磁场与位置磁铁形成的固定磁场相接触时，会产生感应脉冲，感应脉冲通过波导管与敏感元件头被电子室内的A/D转换器接收后传递给处理器进行数据处理，随后处理器计算出推杆的位移然后通过显示屏显示；当操作人员需要推杆收缩时，按下按键二，反压力传感器将压力信号转换为电信号传递给处理器，处理器通过控制器使得双向电机反向旋转，使得推杆回缩，显示屏上显示出位移量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用了磁致伸缩位移传感器来测量电动推杆的推杆伸缩量，而磁致伸缩位移传感器采用非接触的测量方式，由于测量用的活动磁环和传感器自身并无直接接触，不至于被磨擦、磨损，因而其使用寿命长、环境适应能力强，可靠性高，安全性好，便于系统自动化工作，即使在恶劣的工业环境下也能正常工作；同时本装置还设有保护装置，可以防止推杆在回缩时因为回缩至极限位置时，双向电机无法继续转动而损坏装置；并且本发明操作简单，处理器将推杆的位移量通过磁致伸缩位移传感器的位移计算公式计算的出后可以直接通过显示屏显示，方便操作人员使用。
附图说明
图1为发明的主体示意图；
图2为本发明推杆回缩时的主体结构示意图；
图3为本发明推杆伸出时的主体结构示意图；
图4为本发明推杆回缩的结构连接框图；
图5为本发明推杆伸出的结构示意图；
图6为本发明保护装置的结构示意图；
其中，1-主体、2-握把、3-动力舱、4-主机箱、5-齿轮箱、6-控制舱、7- 推杆舱、201-电池盖、202-电池槽、203-按键一、204-弹簧一、205-正压力传感器、206-按键二、207-弹簧二、208-反压力传感器、301-双向电机、302-转轴、303-高能电阻、401-处理器、402-电子室、501-齿轮一、502-齿轮二、503-滑座、504-保护装置、601-控制器、602-显示屏、701-敏感元件头、702- 保护壳套、703-推杆、704-螺杆、705-接触头、706-导轨、5041-轴承、5042- 导板、5043-弹簧三、5044-导管、7021-波导管、7031-位置磁铁。
具体实施例
为便于对本发明技术方案的理解，下面将结合附图及具体实施例为例做进一步的解释说明。
如图1所示，针对以上技术问题，本发明公开了一种内置磁致伸缩位移传感器的精准控制式电动推杆，主要包括主体1、握把2、动力舱3、主机箱4、齿轮箱5、控制舱6、推杆舱7，握把2位于主体1底部，动力舱3位于握把2 顶部，主机箱4位于动力舱3顶部，齿轮箱5位于动力舱3右侧，控制舱6位于齿轮箱5右侧，推杆舱7位于控制舱6顶部；如图2、3所示，主机箱4包括处理器401、电子室402，处理器401位于主机箱4内左侧，电子室402位于处理器401右侧；齿轮箱5包括齿轮一501、齿轮二502、滑座503、保护装置 504，齿轮一501安装于转轴302右端，齿轮二502安装于齿轮一501顶部并且与齿轮一501相啮合，滑座503包覆齿轮一501与齿轮二502，保护装置504 位于滑座503右侧顶部；控制舱6包括控制器601与显示屏602，控制器601 位于控制舱6内，显示屏602位于控制舱6前端面；如图4、5所示，，推杆舱 7包括敏感元件头701、保护壳套702、推杆703、螺杆704、接触头705、导轨 706，敏感元件头701位于保护装置504右侧，螺杆704左端与齿轮二502固定连接，推杆703上设有与螺杆704可以啮合的螺纹并且推杆703安装于螺杆 704顶部，推杆703内设有孔槽，保护壳套702位于推杆703的孔槽内并且左端与敏感元件头701连接，导轨706位于推杆舱7内顶部并且底部与推杆703上的螺纹啮合，接触头705左端与推杆703右端连接；保护壳套702内设有波导管7021，波导管7021左端与敏感元件头701右端连接；推杆703内左端设有环状的位置磁铁7031；处理器401分别与电子室402、控制器601、显示屏 602电性连接，控制器601与电子室402电性连接；电子室402通过敏感元件头701与波导管7021连接；电池槽202分别与双向电机301、高能电阻303、处理器401电性连接；处理器与控制器均为市售装置。
其中，握把2包括电池盖201、电池槽202、按键一203、弹簧一204、正压力传感器205、按键二206、弹簧二207、反压力传感器208，电池盖201位于握把2底部，电池槽202位于电池盖201顶部，按键一203位于握把2右侧，按键一203左侧通过弹簧一204与正压力传感器205右侧连接，按键二206位于按键一203上方，按键二206左侧通过弹簧二207与反压力传感器208右侧连接；处理器401分别与正压力传感器205、反压力传感器208电性连接；操作人员可以通过按键直接对装置进行控制，方便操作人员操作；动力舱3包括双向电机301、转轴302、高能电阻303，双向电机301位于动力舱3内底部，转轴302安装于双向电机301右端，高能电阻303位于双向电机301上方；控制器601与双向电机301电性连接；可以防止推杆在回缩时因为回缩至极限位置时，双向电机无法继续转动而损坏装置如图6所示，保护装置504包括轴承 5041、导板5042、弹簧三5043、导管5044，并且保护装置504内底部左侧设有连接块，轴承5041位于保护装置504右侧顶部，导板5042顶部与轴承5041 连接，弹簧三5043安装于导板5042与连接块之间，并且弹簧三5043在自然未压缩的状态下，导板5042与导管5044之间存在孔隙，导管5044安装于连接块右端，导板5042与高能电阻303电性连接；当推杆703回缩至极限位置时导板 5042与导管5044接触后，与高能电阻303形成电路，使得双向电机301停止工作；电子室402内设有A/D转换器与电子模块；A/D转换器用于将磁信号转换为电信号；电子模块用于产生询问电流脉冲；主体1采用塑料制成并且主体 1为密封装置；防止装置漏电并且外接干扰；敏感元件头701与波导管7021都采用磁致伸缩材料制成；磁致伸缩是指在交变磁场的作用下，物体产生与交变磁场频率相同的机械振动；或者相反，在拉伸、压缩力作用下，由于材料的长度发生变化，使材料内部磁通密度相应地发生变化，在线圈中感应电流，机械能转换为电能；主体内设有PE材料、聚碳酸酯、防水透气膜、导热硅橡胶填充物、有机溶剂与耐高温橡胶索环制成的磁致传感器保护罩；上述材料的质量比为17：1：3：13：4：7，通过将有机溶剂与聚碳酸酯缓慢填充至PE材料与导热硅橡胶填充物混合物中进行脱泡处理，随后再将高温橡胶索环放入混合物中形成保护罩结构，待混合物固化后将防水透气膜套在外壳；聚乙烯是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂具有优良的耐低温性能，化学稳定性好，吸水性小，电绝缘性优良，能耐大多数酸碱的侵蚀，并且常温下不溶于一般溶剂；导热硅橡胶填充物具有不会导电的特性；通过加入有机溶剂使得溶质与溶剂的性质均无改变；同时再混合物溶液中加入耐高温橡胶索环构成磁致传感器保护套的外壳结构；最后将防水透气膜套于保护套外层使得磁致传感器保护罩具有防水的功能。
磁致传感器保护罩用于防止传感器之间的相互干扰。
本发明的工作原理：操作人员打开电池盖201将电池放入电池槽202内后，将接触头705与工作位置连接，当需要推杆703向前运动时，按下按键一203，正压力传感器205将压力信号转换为电信号传递给处理器401，处理器401将信息传递给控制器601，控制器601控制双向电机301工作，使得转轴正向旋转，从而通过齿轮一501与齿轮二502在滑座503内的联动，带动螺杆704转动，因为推杆703上的螺纹与螺杆704上的螺纹连接，推杆703沿着螺杆704 上的螺纹转动随后被推出，电子室402内的电子模块通过敏感元件头701发出脉冲信号，脉冲信号形成的移动磁场与位置磁铁7031形成的固定磁场相接触时，会产生感应脉冲，感应脉冲通过波导管7021与敏感元件头701被电子室内的 A/D转换器接收后传递给处理器401进行数据处理，随后处理器401计算出推杆703的位移然后通过显示屏602显示；当操作人员需要推杆703收缩时，按下按键二206，反压力传感器208将压力信号转换为电信号传递给处理器401，处理器401通过控制器601使得双向电机301反向旋转，使得推杆703回缩，显示屏602上显示出位移量。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种内置磁致伸缩位移传感器的精准控制式电动推杆，其特征在于，主要包括主体(1)、握把(2)、动力舱(3)、主机箱(4)、齿轮箱(5)、控制舱(6)、推杆舱(7)，所述握把(2)位于所述主体(1)底部，所述动力舱(3)位于握把(2)顶部，所述主机箱(4)位于动力舱(3)顶部，所述齿轮箱(5)位于动力舱(3)右侧，控制舱(6)包括控制器(601)与显示屏(602)，所述控制器(601)位于控制舱(6)内，所述显示屏(602)位于控制舱(6)前端面；所述控制舱(6)位于齿轮箱(5)右侧，所述推杆舱(7)位于控制舱(6)顶部；主机箱(4)包括处理器(401)、电子室(402)，所述处理器(401)位于主机箱(4)内左侧，所述电子室(402)位于处理器(401)右侧；所述动力舱(3)包括双向电机(301)、转轴(302)、高能电阻(303)，所述双向电机(301)位于动力舱(3)内底部，所述转轴(302)安装于双向电机(301)右端，所述高能电阻(303)位于双向电机(301)上方；所述控制器(601)与双向电机(301)电性连接；齿轮箱(5)包括齿轮一(501)、齿轮二(502)、滑座(503)、保护装置(504)，所述齿轮一(501)安装于转轴(302)右端，所述齿轮二(502)安装于齿轮一(501)顶部并且与齿轮一(501)相啮合，所述滑座(503)包覆齿轮一(501)与齿轮二(502)，所述保护装置(504)位于滑座(503)右侧顶部；推杆舱(7)包括敏感元件头(701)、保护壳套 (702)、推杆(703)、螺杆(704)、接触头(705)、导轨(706)，所述敏感元件头(701)位于保护装置(504)右侧，所述螺杆(704)左端与齿轮二(502)固定连接，所述推杆(703)上设有与螺杆(704)可以啮合的螺纹并且推杆(703)安装于螺杆(704)顶部，推杆(703)内设有孔槽，所述保护壳套(702)位于推杆(703)的孔槽内并且左端与敏感元件头(701)连接，所述导轨(706)位于推杆舱(7)内顶部并且底部与推杆(703)上的螺纹啮合，所述接触头(705)左端与推杆(703)右端连接；保护壳套(702)内设有波导管(7021)，所述波导管(7021)左端与敏感元件头(701)右端连接；推杆(703)内左端设有环状的位置磁铁(7031)；处理器(401)分别与电子室(402)、控制器(601)、显示屏(602)电性连接，控制器(601)与电子室(402)电性连接；电子室(402)通过敏感元件头(701)与波导管(7021)连接；电池槽(202)分别与双向电机(301)、高能电阻(303)、处理器(401)电性连接；
所述保护装置(504)包括轴承(5041)、导板(5042)、弹簧三(5043)、导管(5044)，并且保护装置(504)内底部左侧设有连接块，所述轴承(5041)位于保护装置(504)右侧顶部，所述导板(5042)顶部与轴承(5041)连接，所述弹簧三(5043)安装于导板(5042)与连接块之间，并且弹簧三(5043)在自然未压缩的状态下，导板(5042)与导管(5044)之间存在孔隙，导管(5044)安装于连接块右端，导板(5042)与所述高能电阻(303)电性连接。
2.如权利要求1所述的一种内置磁致伸缩位移传感器的精准控制式电动推杆，其特征在于，所述握把(2)包括电池盖(201)、电池槽(202)、按键一(203)、弹簧一(204)、正压力传感器(205)、按键二(206)、弹簧二 (207)、反压力传感器(208)，所述电池盖(201)位于握把(2)底部，所述电池槽(202)位于电池盖(201)顶部，所述按键一(203)位于握把(2)右侧，按键一(203)左侧通过所述弹簧一(204)与所述正压力传感器(205)右侧连接，所述按键二(206)位于按键一(203)上方，按键二(206)左侧通过所述弹簧二(207)与所述反压力传感器(208)右侧连接；所述处理器(401)分别与正压力传感器(205)、反压力传感器(208)电性连接。
3.如权利要求1所述的一种内置磁致伸缩位移传感器的精准控制式电动推杆，其特征在于，所述电子室(402)内设有A/D转换器与电子模块。
4.如权利要求1所述的一种内置磁致伸缩位移传感器的精准控制式电动推杆，其特征在于，所述主体(1)采用塑料制成并且主体(1)为密封装置。
5.如权利要求1所述的一种内置磁致伸缩位移传感器的精准控制式电动推杆，其特征在于，所述敏感元件头(701)与所述波导管(7021)都采用磁致伸缩材料制成。
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