CN110500941A - 一种rs485线性输出的直线位移磁敏传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种RS485线性输出的直线位移磁敏传感器，包括上端盖板、滑杆、导向筒、转筒和外壳，外壳底部具有连接底座，外壳内部转动安装有转筒，转筒底部具有筒底座，筒底座中心底部设有转轴，连接底座上安装有印制板组件，筒底座底部固定有空心磁环基座，空心磁环基座上安装有空心环形磁钢；转筒内部设有导向筒，导向筒顶部与上端盖板中心连接固定，导向筒底部配合安装于密封轴承内部；导向筒内部升降安装有滑杆，滑杆底端外侧横向固定有限位杆，导向筒侧部沿着高度方向开有限位槽，转筒上开有位移槽。本发明实现了将高精度、高分辨率的角位移信号转换为直线位移信号，具有精度和分辨率高、可靠性好、使用寿命高、灵敏度高等优点。

Description

一种RS485线性输出的直线位移磁敏传感器
技术领域
本发明涉及一种直线位移传感器，尤其涉及一种RS485线性输出的直线位移磁敏传感器。
背景技术
直线位移传感器用于直线位移测量，反馈伺服系统的直线位置。现市场中直线位移传感器大多为传统的接触式直线位移传感器，接触式直线位移传感器通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。传统的接触式直线位移传感器主要以导电塑料直线电位器为主，导电塑料直线电位器分辨率较低、寿命有限、有接触噪声且可靠性一般。
市场上LVDT是直线位移传感器中的一种，使用较少，由于紧密封装的缘故，直接出电缆线的场合，电缆线根部容易折断，不利于维修和返修，这种直线位移传感器还需要搭配解码电路使用，成本较高，其次为LVDT因受温度和振动影响而易受损。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种RS485线性输出的直线位移磁敏传感器，解决了传统直线位移传感器精度低、寿命短、测量直线距离短的技术问题，采用转筒、限位杆、导向筒、位移槽、限位槽和滑杆的机械结构实现了将高精度、高分辨率的角位移信号转换为直线位移信号。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种RS485线性输出的直线位移磁敏传感器，包括上端盖板、滑杆、导向筒、转筒和外壳，所述外壳顶部固定安装有上端盖板，所述外壳底部具有连接底座，所述外壳内部转动安装有转筒，所述转筒顶部与上端盖板转动连接，所述转筒底部具有筒底座，所述筒底座中心底部设有转轴，所述连接底座中心贯穿开有与转轴配合转动的转轴孔A，所述连接底座上安装有印制板组件，所述印制板组件连接有引线，所述筒底座底部固定有空心磁环基座，所述空心磁环基座中心贯穿开有与转轴配合转动的转轴孔B，所述空心磁环基座上安装有与印制板组件相配合的空心环形磁钢；所述转筒内部设有导向筒，所述导向筒顶部贯穿上端盖板并与上端盖板中心连接固定，所述筒底座顶部中心安装有密封轴承，所述导向筒底部配合安装于密封轴承内部；所述导向筒内部升降安装有滑杆，所述滑杆底端外侧横向固定有限位杆，所述导向筒侧部沿着高度方向开有与限位杆相配合的限位槽，所述转筒上从底部至顶部呈螺旋走向开有位移槽，所述限位杆端部依次穿过限位槽、位移槽。
为了更好地实现本发明，所述外壳的连接底座外部固定有下端盖板，所述引线穿过下端盖板，所述下端盖板顶部凸起有轴承座，所述轴承座中固定安装有轴承B，所述转轴端部配合安装于轴承B内部。
作为优选，所述限位杆端部固定设有导向轴承，所述导向轴承位于位移槽中。
作为优选，所述上端盖板底部具有圆柱体形的凸台，所述凸台外部开有环形轴承槽，所述凸台的环形轴承槽中通过环氧树脂粘贴固定安装有轴承A。
作为优选，所述转筒顶部为筒孔，所述转筒的筒孔内侧与轴承A外侧连接。
作为优选，所述转筒的筒孔内侧设有定位台阶，所述转筒的筒孔内侧与轴承A外侧通过环氧树脂粘贴固定，所述定位台阶与轴承A外侧通过环氧树脂粘贴固定。
作为优选，所述空心磁环基座顶部通过环氧树脂粘贴固定于筒底座底部，所述空心环形磁钢通过环氧树脂粘贴固定于空心磁环基座上。
作为优选，所述转筒的筒底座顶部开有轴承安装槽，所述密封轴承固定安装于筒底座的轴承安装槽中。
作为优选，所述导向筒顶部边缘具有连接环板，所述上端盖板中心开有与导向筒相配合的导向筒孔，所述上端盖板顶部开有连接环板沉降槽，所述连接环板配合安装于连接环板沉降槽中并通过螺钉与上端盖板连接固定。
作为优选，所述外壳的连接底座上开有印制板安装槽，所述印制板组件通过环氧树脂粘接安装于连接底座的印制板安装槽中。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明解决了传统直线位移传感器精度低、寿命短、测量直线距离短的技术问题，采用转筒、限位杆、导向筒、位移槽、限位槽和滑杆的机械结构实现了将高精度、高分辨率的角位移信号转换为直线位移信号。
(2)本发明与导电塑料直线位移电位器相比，具有精度和分辨率高、可靠性好、使用寿命高、灵敏度高等优点。
(3)本发明电路组件结构采用RS485串行通信输出，传输速率快、传输距离长、传输信号不易受外界干扰等优点。
(4)本发明通过转筒、限位杆、导向筒、位移槽、限位槽和滑杆结构实现了将角位移转换为直线位移，采用非接触式的空心环形磁钢和空心印制板霍尔磁场变化，实现了角位移数字信号输出，电路组件结构采用RS485串行通信输出。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本实施例中滑杆、限位杆、导向筒、转筒配合后的结构示意图；
图3为导向筒外部限位槽的结构示意图；
图4为本实施例中转筒展开后的位移槽示意图；
图5为本实施例中限位杆端部穿过限位槽并在位移槽中滑动时驱动转筒转动的示意图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
1－上端盖板,2－轴承A，21－凸台,3－转筒，31－位移槽,32－定位台阶，33－筒底座,34－转轴,4－外壳，41－连接底座,5－导向轴承,6－限位杆,7－空心磁环基座,8－印制板组件,9－密封轴承,10－下端盖板,11－空心环形磁钢,12－滑杆,13－导向筒，131－限位槽,132－连接环板,14－轴承B,15－螺钉，16－引线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：
实施例
如图1～图5所示，一种RS485线性输出的直线位移磁敏传感器，包括上端盖板1、滑杆12、导向筒13、转筒3和外壳4，外壳4顶部固定安装有上端盖板1，外壳4底部具有连接底座41，外壳4内部转动安装有转筒3，转筒3顶部与上端盖板1转动连接，转筒3底部具有筒底座33，筒底座33中心底部设有转轴34，连接底座41中心贯穿开有与转轴34配合转动的转轴孔A，连接底座41上安装有印制板组件8，印制板组件8连接有引线16，筒底座33底部固定有空心磁环基座7，空心磁环基座7中心贯穿开有与转轴34配合转动的转轴孔B，空心磁环基座7上安装有与印制板组件8相配合的空心环形磁钢11。转筒3内部设有导向筒13，导向筒13顶部贯穿上端盖板1并与上端盖板1中心连接固定，筒底座33顶部中心安装有密封轴承9，导向筒13底部配合安装于密封轴承9内部。导向筒13内部升降安装有滑杆12，滑杆12底端外侧横向固定有限位杆6，导向筒13侧部沿着高度方向开有与限位杆6相配合的限位槽131，转筒3上从底部至顶部呈螺旋走向开有位移槽31，如图4所示，转筒3展开成长方形时，位移槽31正好为转筒3展开后长方形的对角线，当将展开后的转筒3制造成圆筒形状时，位移槽31就如图5所示从底部至顶部呈螺旋走向设置。限位杆6端部依次穿过限位槽131、位移槽31。本发明的印制板组件8为应用于直线位移传感器上的成熟印制板组件，印制板组件8的硬件电路组件包括角度磁环感应模块、稳压电源模块、嵌入式芯片模块、A/D转换模块、存储器、RS485串行通信接口模块、印制板，稳压电源模块用于多圈数字信号输出的磁敏传感器的输入端的电源进行稳压处理。
如图1所示，外壳4的连接底座41外部固定有下端盖板10，引线16穿过下端盖板10，下端盖板10顶部凸起有轴承座，轴承座中固定安装有轴承B14，转轴34端部配合安装于轴承B14内部。如图1、图2所示，限位杆6端部固定设有导向轴承5，导向轴承5位于位移槽31中。
如图1所示，上端盖板1底部具有圆柱体形的凸台21，凸台21外部开有环形轴承槽，凸台21的环形轴承槽中通过环氧树脂粘贴固定安装有轴承A2。转筒3顶部为筒孔，转筒3的筒孔内侧与轴承A2外侧连接。转筒3的筒孔内侧设有定位台阶32，转筒3的筒孔内侧与轴承A2外侧通过环氧树脂粘贴固定，定位台阶32与轴承A2外侧通过环氧树脂粘贴固定。
本发明优选的空心磁环基座7顶部通过环氧树脂粘贴固定于筒底座33底部，空心环形磁钢11通过环氧树脂粘贴固定于空心磁环基座7上。如图1所示，转筒3的筒底座33顶部开有轴承安装槽，密封轴承9固定安装于筒底座33的轴承安装槽中。本发明的空心磁环基座7下表面通过环氧树脂将空心环形磁钢11粘接并连接在一起，空心磁环基座7通过环氧树脂将空心磁环基座7与转筒3最末端的转轴粘接在一起，这样以来空心环形磁钢11就随空心磁环基座7的运动而运动，空心磁环基座7随转筒3运动而运动，同时空心环形磁钢11与印制板组件8相对，空心环形磁钢11与印制板组件8的距离控制在磁感应最佳的距离。外壳4的连接底座41上开有印制板安装槽，印制板组件8通过环氧树脂粘接安装于连接底座41的印制板安装槽中。
如图1、图3所示，导向筒13顶部边缘具有连接环板132，上端盖板1中心开有与导向筒13相配合的导向筒孔，上端盖板1顶部开有连接环板沉降槽，连接环板132配合安装于连接环板沉降槽中并通过螺钉15与上端盖板1连接固定。
使用时，滑杆12位于导向筒13内，限位杆6与滑杆12相对垂直固定，限位杆6依次穿过限位槽131和位移槽31，当滑杆12受上下力后，滑杆12在导向筒13内做上下直线移动，因限位杆6位于限位槽131中，所以限位杆6只能上下移动，因限位杆6与滑杆12相连接并固定，滑杆12同样做上下移动(不能做旋转运动)，又因限位杆6位于位移槽31中，限位杆6端部安装有导向轴承5，导向轴承5与位移槽31间隙配合且间隙非常小，导向轴承5与位移槽31接触。当限位杆6因滑杆12受力后带动限位杆6做向上移动，此时转筒3因受限位杆6向上的力F1和向右的力F2而逆时针围绕导向筒13旋转，转筒3旋转带动空心磁环基座7旋转，空心磁环基座7旋转带动空心环形磁钢11旋转，从而空心环形磁钢11与印制板组件8围绕转筒3的转轴34产生相对角位移旋转，空心环形磁钢11由于旋转从而产生磁场强度的变化，印制板组件8的角度磁环感应模块将采集的变化磁场信号经过A/D转换模块转换得到所需数字信号角度值，通过A/D转换模块将数字信号角度值发送给嵌入式芯片模块进行数据处理，处理完后的数据经过RS485串行通信接口模块将数字信号角度值(直线位移值)发送给上位机和伺服系统。
这样就将角位移磁场信号转换为RS485串行通信角位移信号，RS485串行通信角位移信号角位移信号通过转筒3、限位杆6、导向筒13和滑杆12转换为RS485串行通信直线位移信号，又因位移槽31为一条直线槽(转筒3展开后，位移槽31为直线槽；转筒3构成筒体结构后，位移槽31在转筒3外部成螺旋走向布置)，RS485串行通信角位移信号转换为RS485串行通信直线位移信号成线性，从而实现了传感器的直线位移距离的感应。
本发明通过转筒3、限位杆6、导向筒13、位移槽31、限位槽131和滑杆12结构实现了将角位移转换为直线位移；采用非接触式的空心环形磁钢和空心印制板霍尔磁场变化，实现了角位移数字信号输出；印制板组件8的硬件电路组件采用RS485串行通信输出，印制板组件8设计带滤波功能，十六进制数字信号输出，无信号干扰。本发明解决了传统直线位移传感器精度低、寿命短、测量直线距离短的技术问题，采用转筒3、限位杆6、导向筒13、位移槽31、限位槽131和滑杆12的机械结构实现了将高精度、高分辨率的角位移信号转换为直线位移信号。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种RS485线性输出的直线位移磁敏传感器，其特征在于：包括上端盖板(1)、滑杆(12)、导向筒(13)、转筒(3)和外壳(4)，所述外壳(4)顶部固定安装有上端盖板(1)，所述外壳(4)底部具有连接底座(41)，所述外壳(4)内部转动安装有转筒(3)，所述转筒(3)顶部与上端盖板(1)转动连接，所述转筒(3)底部具有筒底座(33)，所述筒底座(33)中心底部设有转轴(34)，所述连接底座(41)中心贯穿开有与转轴(34)配合转动的转轴孔A，所述连接底座(41)上安装有印制板组件(8)，所述印制板组件(8)连接有引线(16)，所述筒底座(33)底部固定有空心磁环基座(7)，所述空心磁环基座(7)中心贯穿开有与转轴(34)配合转动的转轴孔B，所述空心磁环基座(7)上安装有与印制板组件(8)相配合的空心环形磁钢(11)；所述转筒(3)内部设有导向筒(13)，所述导向筒(13)顶部贯穿上端盖板(1)并与上端盖板(1)中心连接固定，所述筒底座(33)顶部中心安装有密封轴承(9)，所述导向筒(13)底部配合安装于密封轴承(9)内部；所述导向筒(13)内部升降安装有滑杆(12)，所述滑杆(12)底端外侧横向固定有限位杆(6)，所述导向筒(13)侧部沿着高度方向开有与限位杆(6)相配合的限位槽(131)，所述转筒(3)上从底部至顶部开有位移槽(31)，所述限位杆(6)端部依次穿过限位槽(131)、位移槽(31)。
2.按照权利要求1所述的一种RS485线性输出的直线位移磁敏传感器，其特征在于：所述外壳(4)的连接底座(41)外部固定有下端盖板(10)，所述引线(16)穿过下端盖板(10)，所述下端盖板(10)顶部凸起有轴承座，所述轴承座中固定安装有轴承B(14)，所述转轴(34)端部配合安装于轴承B(14)内部。
3.按照权利要求1所述的一种RS485线性输出的直线位移磁敏传感器，其特征在于：所述限位杆(6)端部固定设有导向轴承(5)，所述导向轴承(5)位于位移槽(31)中。
4.按照权利要求1所述的一种RS485线性输出的直线位移磁敏传感器，其特征在于：所述上端盖板(1)底部具有圆柱体形的凸台(21)，所述凸台(21)外部开有环形轴承槽，所述凸台(21)的环形轴承槽中通过环氧树脂粘贴固定安装有轴承A(2)。
5.按照权利要求4所述的一种RS485线性输出的直线位移磁敏传感器，其特征在于：所述转筒(3)顶部为筒孔，所述转筒(3)的筒孔内侧与轴承A(2)外侧连接。
6.按照权利要求5所述的一种RS485线性输出的直线位移磁敏传感器，其特征在于：所述转筒(3)的筒孔内侧设有定位台阶(32)，所述转筒(3)的筒孔内侧与轴承A(2)外侧通过环氧树脂粘贴固定，所述定位台阶(32)与轴承A(2)外侧通过环氧树脂粘贴固定。
7.按照权利要求1所述的一种RS485线性输出的直线位移磁敏传感器，其特征在于：所述空心磁环基座(7)顶部通过环氧树脂粘贴固定于筒底座(33)底部，所述空心环形磁钢(11)通过环氧树脂粘贴固定于空心磁环基座(7)上。
8.按照权利要求1或5所述的一种RS485线性输出的直线位移磁敏传感器，其特征在于：所述转筒(3)的筒底座(33)顶部开有轴承安装槽，所述密封轴承(9)固定安装于筒底座(33)的轴承安装槽中。
9.按照权利要求1所述的一种RS485线性输出的直线位移磁敏传感器，其特征在于：所述导向筒(13)顶部边缘具有连接环板(132)，所述上端盖板(1)中心开有与导向筒(13)相配合的导向筒孔，所述上端盖板(1)顶部开有连接环板沉降槽，所述连接环板(132)配合安装于连接环板沉降槽中并通过螺钉(15)与上端盖板(1)连接固定。
10.按照权利要求1所述的一种RS485线性输出的直线位移磁敏传感器，其特征在于：所述外壳(4)的连接底座(41)上开有印制板安装槽，所述印制板组件(8)通过环氧树脂粘接安装于连接底座(41)的印制板安装槽中。
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