CN111721247B - 测量装置及其位移传感器 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及检测测量领域，公开了测量装置及其位移传感器，该位移传感器包括：基础件，包括沿纵向方向延伸的基础部以及从该基础部的第一端沿高度方向延伸的延伸部；弹性变形体，通过连接端连接于所述延伸部并与所述基础件间隔相邻地沿所述纵向方向延伸，安装有接触头，该接触头的朝向设计为不在所述纵向方向上，在所述接触头与待测零部件的测量点相抵触时，所述弹性变形体能够围绕所述连接端而相对于所述基础件通过弹性变形而进行摆动；和位移感测机构，设置在所述基础件和弹性变形体之间，所述位移感测机构用于感测所述弹性变形体相对于所述基础件的位移变化量。根据本申请的技术方案，在满足高精度测量的同时提高了位移传感器的柔性适用性。

Description

测量装置及其位移传感器
技术领域
本申请涉及测量领域，更具体地说，涉及一种位移传感器以及包括该位移传感器的测量装置。
背景技术
在检测测量领域，位移传感器是核心的关键部件。目前常用有LVDT位移传感器，LVDT位移传感器能够对最微小的运动作出响应并生成输出，因此具有较高的测量精度。随着业内对测量操作要求的不断提高，LVDT位移传感器也逐渐暴露出自身的缺陷。
一方面，由于LVDT位移传感器的铁心的运动不能超出线圈的线性范围，否则将产生非线性值，因此传统的LVDT位移传感器难以适用于量程较大的工况场合。另一方面，由于传统的LVDT位移传感器，例如笔试位移传感器由于自身形状尺寸问题，经常无法布局到测量空间狭小的内部空间（如狭小的内孔空间）的工作场合中，只能在纵向方向或长度方向进行测量作业，这严重限制了测量点的布局选择。
因此，如何在一定程度上解决上述缺陷，在满足高精度测量的同时提高位移传感器的柔性适用性成为本领域需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提出了一种新型位移传感器，以在满足高精度测量的同时提高位移传感器在多种工况场合中的柔性适用性。
根据本申请，提出了一种位移传感器，该位移传感器包括：基础件，该基础件包括沿纵向方向延伸的基础部以及从该基础部的第一端沿高度方向延伸的延伸部；弹性变形体，该弹性变形体通过连接端连接于所述延伸部并与所述基础件间隔相邻地沿所述纵向方向延伸，所述弹性变形体上安装有接触头，该接触头的朝向设计为不在所述纵向方向上，在所述接触头与待测零部件的测量点相抵触时，所述弹性变形体能够围绕所述连接端而相对于所述基础件通过弹性变形而进行摆动；和位移感测机构，该位移感测机构设置在所述基础件和弹性变形体之间，所述位移感测机构用于感测所述弹性变形体相对于所述基础件的位移变化量。
优选地，所述基础件为沿纵向方向延伸的杆状件，所述弹性变形体为沿纵向方向延伸的杆状件，所述弹性变形体与所述基础件的基础部平行布置。
优选地，所述连接端朝向所述基础件的内侧或所述延伸部邻近所述连接端的内侧设置有沿横向方向贯通延伸的缺口；或者所述连接端背向所述基础件的表面设置有凹槽。
优选地，所述弹性变形体沿纵向方向的长度大于所述基础件沿纵向方向的长度，所述接触头的朝向垂直于所述纵向方向。
优选地，所述接触头的朝向为指向所述基础件或背向所述基础件的高度方向。
优选地，该位移传感器还包括如下特征中的至少一个：a）缓冲元件，该缓冲元件一端设置于所述基础件，另一端设置于所述弹性变形体，所述缓冲元件的弹性模量为可调节的；b）一对接近限位元件，一个接近限位元件设置于所述弹性变形体朝向所述基础件的表面上，另一个接近限位元件设置于所述基础件朝向所述弹性变形体的表面上并与所述一个接近限位元件彼此间隔地相对设置，用于限制所述弹性变形体接近所述基础件的摆动；c）远离限位元件，该远离限位元件从所述基础件和弹性变形体中的一者延伸穿过另一者且所述远离限位元件的末端设置有止挡部，用于限制所述弹性变形体远离所述基础件的摆动。
优选地，所述位移感测机构包括：移动件，该移动件固定设置于所述弹性变形体；感测件，该感测件固定设置于所述基础件并与所述移动件彼此间隔地相互配合，用于感测所述移动件相对于所述感测件的位置变化量。
优选地，所述移动件为可拆卸地固定安装于所述弹性变形体的移动杆，该移动杆从所述弹性变形体向所述基础件延伸；所述感测件为可拆卸地安装于所述基础件的筒状件，所述移动杆的端部间隙地伸入所述筒状件内，所述筒状件背向所述移动杆的端部连接有信号线。
优选地，所述基础件和所述弹性变形体之间设置有用于密封所述筒状件和移动杆之间的空间的柔性密封罩。
根据本申请的另一方面，还提供了一种测量装置，该测量装置设置有上述位移传感器。
根据本申请的技术方案，通过将位移传感器的接触头的朝向设计为不在基础件所延伸的纵向方向上，因而在接触头的朝向方向上对空间的要求得以降低，从而位移传感器能够适用于较为狭小的测量空间。当弹性变形体的接触头与待测零部件的测量点相抵触时，弹性变形体能够围绕所述连接端而相对于所述基础件通过弹性变形而进行摆动，位移感测机构设置在所述基础件和弹性变形体之间，根据弹性变形体的延伸长度，相应增加了位移传感器的量程范围。因此，本申请技术方案在满足位移传感器高精度测量的同时，提高了位移传感器的柔性适用性。
本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请。在附图中：
图1为根据本申请优选实施方式的位移传感器的立体图；
图2至图4为图1所示位移传感器的局部示意图；
图5为根据本申请优选实施方式的位移传感器的工作原理的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请的技术方案。
如图1所示，根据本申请提供了一种位移传感器，该位移传感器包括：基础件110，该基础件110包括沿纵向方向X延伸的基础部111以及从该基础部111的第一端112沿高度方向Z延伸的延伸部1111；弹性变形体120，该弹性变形体120通过连接端1201连接于延伸部1111并与基础件110间隔相邻地沿纵向方向X延伸，弹性变形体120上安装有接触头130，该接触头130的朝向设计为不在纵向方向X上，在接触头130与待测零部件的测量点相抵触时，弹性变形体120能够围绕连接端1201而相对于基础件110通过弹性变形而进行摆动；和位移感测机构，该位移感测机构设置在基础件110和弹性变形体120之间，位移感测机构用于感测弹性变形体120相对于基础件110的位移变化量。
传统上的LVDT位移传感器（如笔试位移传感器），由于自身特性导致量程范围较小，而且在进行测量作业时通常需要沿位移传感器自身纵向方向或长度方向进行设置，受限于位移传感器自身的尺寸，使其难以在空间狭小的工作场合中进行测量作业。
根据本申请的技术方案，安装于弹性变形体120上的接触头130的朝向设计为不在纵向方向X上，在接触头130与待测零部件的测量点相抵触时，位移感测机构能够通过感测弹性变形体120相对于基础件110的位移变化量，从而获取测量值。因此在本申请的技术方案中，位移传感器自身在纵向方向X上的长度尺寸不会被测量空间的大小所限制，因而在接触头130的朝向方向上对空间的要求得以降低，从而使本申请的位移传感器能够在较狭小的空间工作场合中进行测量作业。
如图5所示为例，接触头130在弹性变形体120的延伸方向上距离连接端1201的长度为A，位移感测机构在该方向上距离连接端1201的长度为B，当接触头130与待测零部件的测量点相抵触时，接触头130沿高度方向Z最大移动距离为D，此时弹性变形体120最大摆动角度α。根据正弦定理，位移感测机构直接获取的位移参数与移动距离D的比例等于长度B与长度A的比例。可以理解的是，位移感测机构直接获取的位移参数与弹性变形体120摆动的最大角度α不变时，接触头130在弹性变形体120的延伸方向上距离连接端1201的长度A越大，则传感器通过位移感测机构能够测量的量程范围越大。因此通过增加弹性变形体120的延伸长度，能够有效增加位移传感器的量程范围，从而进一步提高了位移传感器在多种工况场合中的柔性适用性。
如图1所示，基础件110包括沿纵向方向X延伸的基础部111以及从该基础部111的第一端112沿高度方向Z延伸的延伸部1111，通过如安装孔或卡槽等安装结构，能够将基础件110固定或可移动地安装于机架，该安装结构可以设置于基础部111或延伸部1111。弹性变形体120通过连接端1201连接于延伸部1111并与基础件110间隔相邻地沿纵向方向X延伸，该弹性变形体120或连接端1201为弹性材质（如塑料或弹性金属）制成，从而使安装于弹性变形体120上的接触头130能够在高度方向Z上弹性浮动，其中弹性变形体120的弹性模量可以为170×103Mpa至190×103Mpa之间，优选为180×103Mpa。接触头130用于在测量时抵触待测零部件的测量点，根据实际工况环境可以将接触头130设置为不同的延伸方向。当接触头130抵触测量点时，测量点对接触头130施加的压力使弹性变形体120能够围绕连接端1201而相对于基础件110通过弹性变形而进行摆动，从而使设置在基础件110和弹性变形体120之间的位移感测机构感测弹性变形体120相对于基础件110的位移变化量，进而得出测量点的位移变化量，实现测量目的。
如图1所示，基础件110为沿纵向方向X延伸的杆状件，该杆状件可以为硬质的塑料或金属材质。弹性变形体120为沿纵向方向X延伸的杆状件，优选情况下，位移传感器在非工作状态时，弹性变形体120与基础件110的基础部111平行布置，从而能够充分利用位移传感器在高度方向Z上的结构空间。
为进一步提高弹性变形体120相对于基础件110摆动的灵活度，如图1和图2所示，一种实施方式中弹性变形体120的连接端1201中间部分的厚度比弹性变形体120的厚度薄，优选情况下连接端1201在高度方向Z上的最小厚度为0.3mm。另一种实施方式中，连接端1201朝向基础件110的内侧或延伸部1111邻近连接端1201的内侧可以设置有沿横向方向Y贯通延伸的缺口121。该缺口121可以为多边形或圆形，从而使连接端1201呈现为中间薄两端厚的形状，进而实现提高弹性变形体120相对于基础件110摆动的灵活度的效果。进一步地，连接端1201背向基础件110的表面可以设置有凹槽122。该凹槽122进一步减小连接端1201的厚度，配合上述缺口121使连接端1201为所需的厚度。
如图1所示，如上所述的位移传感器的弹性变形体120沿纵向方向X的长度大于基础件110沿纵向方向X的长度，以使接触头130能够设置于弹性变形体120沿纵向方向X长于基础件110的一端，从而使接触头130抵触测量点的同时避免与基础件110发生干涉影响测量结果，并根据接触头130在弹性变形体120所在的位置，相应增加了位移传感器的量程范围。接触头130的朝向可以垂直于纵向方向X，根据工况环境的不同，也可以使接触头130的朝向既不平行也不垂直于纵向方向X。优选如图1所示，接触头130的朝向为指向基础件110或背向基础件110的高度方向Z。
如图3和图4所示，该位移传感器可以设置有缓冲元件123，该缓冲元件123一端设置于基础件110，另一端设置于弹性变形体120，通过该缓冲元件123，能够分摊接触头130抵触测量点时弹性变形体120与连接端1201承载的力，从而保护位移传感器的结构避免损坏，同时在非工作状态下缓冲元件123可以控制弹性变形体120复位。优选情况下缓冲元件123的至少一端设置有与基础件110和/或弹性变形体120连接的螺纹件，从而通过调节螺纹件使缓冲元件123的弹性模量为可调节的。上述缓冲元件123可以为弹性材质的偏压件或弹簧件。
如图4所示，位移传感器可以设置有一对接近限位元件124,125，一个接近限位元件124设置于弹性变形体120朝向基础件110的表面上，另一个接近限位元件125设置于基础件110朝向弹性变形体120的表面上并与一个接近限位元件124彼此间隔地相对设置，用于限制弹性变形体120接近基础件110的摆动。所述一对接近限位元件124,125至少一者与弹性变形体120或基础件110的相对位置为可调节的，优选情况下，一对接近限位元件124,125中至少一者为螺纹件。通过上述一对接近限位元件124,125能够限制弹性变形体120接近基础件110的摆动的最小距离，且能够调整该最小距离的大小。
如图3和图4所示，位移传感器还可以设置有远离限位元件126，该远离限位元件从基础件110和弹性变形体120中的一者延伸穿过另一者且远离限位元件126的末端设置有止挡部1261，用于限制弹性变形体120远离基础件110的摆动。优选情况下，远离限位元件126上与止挡部1261相反的一端设有螺纹结构，通过该螺纹结构能够调节该远离限位元件126能够限制弹性变形体120远离基础件110的最大距离的大小。该远离限位元件126延伸穿过基础件110且与弹性变形体120螺纹连接，或者该远离限位元件126延伸穿过弹性变形体120且与基础件110螺纹连接。
如图4所示，位移传感器的位移感测机构可以包括：移动件140，该移动件固定设置于弹性变形体120；感测件141，该感测件141固定设置于基础件110并与移动件140彼此间隔地相互配合，用于感测移动件140相对于感测件141的位置变化量。在位移传感器工作时，接触头130与测量点抵触，使弹性变形体120相对于基础件110摆动，同时固定设置于弹性变形体120的移动件140与固定设置于基础件110的感测件141产生相对移动，通过感测移动件140相对于感测件141的位置变化量，从而运算得出测量点的位移变化量。优选情况下，移动件140为可拆卸地固定安装于弹性变形体120的移动杆，该移动杆从弹性变形体120向基础件110延伸；感测件141为可拆卸地安装于基础件110的筒状件，移动杆的端部间隙地伸入筒状件内，筒状件背向移动杆的端部连接有信号线142。通过方便拆卸或更换的不同型号的移动件140和/或感测件141，可以满足多种测量需要。优选情况下，基础件110和弹性变形体120之间设置有用于密封筒状件和移动杆之间的空间的柔性密封罩143。该柔性密封罩143优选为波纹管，可以在位移传感器工作过程中对移动件140和感测件141起到保护作用，并且能够防止外部杂质进入到感测件141中，对测量结果造成不良影响。
根据本申请的另一方面提供了一种测量装置，该测量装置设置有上述任意一种实施方式的位移传感器。通过使用上述位移传感器作为测量装置的检测元件，使该测量装置具有较大的量程范围，且能够将测量探头设置于较为狭窄的空间中进行测量。相比于传统的使用LVDT位移传感器（如笔试位移传感器）的测量装置，本测量装置在能够实现精确测量的同时，能够在较狭小的空间工作场合中进行测量作业，且具有较大的量程范围，从而提高了测量装置在多种工况场合中的柔性适用性。
以上详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本申请所公开的内容。

Claims (9)

1.位移传感器，其特征在于，该位移传感器包括：
基础件(110)，该基础件(110)包括沿纵向方向(X)延伸的基础部(111)以及从该基础部(111)的第一端(112)沿高度方向(Z)延伸的延伸部(1111)；
弹性变形体(120)，该弹性变形体(120)通过连接端(1201)连接于所述延伸部(1111)并与所述基础件(110)间隔相邻地沿所述纵向方向(X)延伸，所述弹性变形体(120)上安装有接触头(130)，该接触头(130)的朝向设计为不在所述纵向方向(X)上，在所述接触头(130)与待测零部件的测量点相抵触时，所述弹性变形体(120)能够围绕所述连接端(1201)而相对于所述基础件(110)通过弹性变形而进行摆动；和
位移感测机构，该位移感测机构设置在所述基础件(110)和弹性变形体(120)之间，所述位移感测机构用于感测所述弹性变形体(120)相对于所述基础件(110)的位移变化量，
其中，所述连接端(1201)朝向所述基础件(110)的内侧或所述延伸部(1111)邻近所述连接端(1201)的内侧设置有沿横向方向(Y)贯通延伸的缺口(121)；和/或所述连接端(1201)背向所述基础件(110)的表面设置有凹槽(122)。
2.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，所述基础件(110)为沿纵向方向(X)延伸的杆状件，所述弹性变形体(120)为沿纵向方向(X)延伸的杆状件，所述弹性变形体(120)与所述基础件(110)的基础部(111)平行布置。
3.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，所述弹性变形体(120)沿纵向方向(X)的长度大于所述基础件(110)沿纵向方向(X)的长度，所述接触头(130)的朝向垂直于所述纵向方向(X)。
4.根据权利要求3所述的位移传感器，其特征在于，所述接触头(130)的朝向为指向所述基础件(110)或背向所述基础件(110)的高度方向(Z)。
5.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，该位移传感器还包括如下特征中的至少一个：
a)缓冲元件(123)，该缓冲元件(123)一端设置于所述基础件(110)，另一端设置于所述弹性变形体(120)，所述缓冲元件(123)的弹性模量为可调节的；
b)一对接近限位元件(124,125)，一个接近限位元件(124)设置于所述弹性变形体(120)朝向所述基础件(110)的表面上，另一个接近限位元件(125)设置于所述基础件(110)朝向所述弹性变形体(120)的表面上并与所述一个接近限位元件(124)彼此间隔地相对设置，用于限制所述弹性变形体(120)接近所述基础件(110)的摆动；
c)远离限位元件(126)，该远离限位元件从所述基础件(110)和弹性变形体(120)中的一者延伸穿过另一者且所述远离限位元件(126)的末端设置有止挡部(1261)，用于限制所述弹性变形体(120)远离所述基础件(110)的摆动。
6.根据权利要求1所述的位移传感器，其特征在于，所述位移感测机构包括：
移动件(140)，该移动件固定设置于所述弹性变形体(120)；
感测件(141)，该感测件(141)固定设置于所述基础件(110)并与所述移动件(140)彼此间隔地相互配合，用于感测所述移动件(140)相对于所述感测件(141)的位置变化量。
7.根据权利要求6所述的位移传感器，其特征在于，
所述移动件(140)为可拆卸地固定安装于所述弹性变形体(120)的移动杆，该移动杆从所述弹性变形体(120)向所述基础件(110)延伸；
所述感测件(141)为可拆卸地安装于所述基础件(110)的筒状件，所述移动杆的端部间隙地伸入所述筒状件内，所述筒状件背向所述移动杆的端部连接有信号线(142)。
8.根据权利要求7所述的位移传感器，其特征在于，所述基础件(110)和所述弹性变形体(120)之间设置有用于密封所述筒状件和移动杆之间的空间的柔性密封罩(143)。
9.测量装置，其特征在于，该测量装置设置有权利要求1-8中任意一项所述的位移传感器。
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