CN208606651U - 一种数字化卷尺 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数字化卷尺，包括：卷尺本体和测量装置；测量装置包括齿轮、磁体、处理器、至少两个磁敏元件和角度检测单元；在卷尺本体的尺带上设置有齿孔，齿孔与齿轮啮合；齿轮带动磁体同步转动；磁敏元件用于监测磁体磁极变化，并输出表征磁极变化的次数的信号；角度检测单元用于监测磁体磁极变化的绝对角度，并输出表征磁极变化的绝对角度的信号；处理器根据表征磁极变化的次数的信号、表征磁极变化的绝对角度的信号以及齿轮分度圆周长，计算出齿轮在尺带上的位移大小。该数字化卷尺不易受到测量环境中污染物(如水、油、尘埃等)的影响，与采用电容、电感测量方法的电子测量仪器相比，其响应速度快，测量稳定性更好，测量精度更高。

Description

一种数字化卷尺

技术领域

本实用新型涉及电子测量仪器领域，具体涉及一种数字化卷尺。

背景技术

现有的数字化卷尺，一般采用电容、电感的方法来进行测量，其测量精度易受测量环境中油、水、尘埃等污染物的影响，而在电子测量仪器的使用环境中，这些污染物又难以避免的存在，这大大影响了采用电容、电感测量方法的电子测量仪器测量的稳定性和精度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种数字化卷尺。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种数字化卷尺，包括：卷尺本体和测量装置；所述测量装置包括齿轮、磁体、处理器、至少两个磁敏元件和角度检测单元；在所述卷尺本体的尺带上设置有齿孔，所述齿孔与所述齿轮啮合；拉动所述尺带时，所述齿轮转动，所述齿轮带动所述磁体同步转动；所述磁敏元件用于监测所述磁体磁极变化，并输出表征磁极变化的次数的信号；所述角度检测单元用于监测所述磁体磁极变化的绝对角度，并输出表征磁极变化的绝对角度的信号；所述处理器分别与各个所述磁敏元件和所述角度检测单元连接，并根据表征磁极变化的次数的信号、表征磁极变化的绝对角度的信号以及齿轮分度圆周长，计算出所述齿轮在所述尺带上的位移大小。

优选的，所述磁敏元件为霍尔元件，所述霍尔元件监测到所述磁体的磁极变化时，所述霍尔元件输出脉冲信号，并将该脉冲信号传输至所述处理器；所述处理器通过对脉冲信号数量计数，得到所述磁体旋转的整圈数。

优选的，至少两个所述霍尔元件分别设置在所述磁体周围不同的位置；所述处理器通过判断任意两个所述霍尔元件产生脉冲信号的相位差，确定所述磁体旋转的方向，若为正向转动，所述处理器根据所述霍尔元件输出的脉冲信号数量，进行加法计数；若为反向转动，所述处理器根据所述霍尔元件输出的脉冲信号数量，进行减法计数。

优选的，所述角度检测单元为磁编码器，通过所述处理器，设置所述磁编码器的工作频率。

优选的，还包括磁屏蔽壳，所述磁体放置于所述磁屏蔽壳内；所述处理器、所述角度检测单元和至少两个所述磁敏元件共同集成在一个电路板上，且电路板在所述磁屏蔽壳中的安装位置，使其上面设置的所述磁编码器正对所述磁体。

优选的，还包括转轴，所述转轴通过轴承支撑，其一端与所述齿轮固定连接；所述转轴另一端与所述磁体固定连接，且伸入所述磁屏蔽壳内部。

优选的，所述轴承包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承分别安装在支撑架上，所述第二轴承设置于所述齿轮与所述磁体之间。

优选的，所述支撑架与所述磁屏蔽壳连接；或者所述支撑架为所述磁屏蔽壳的一部分。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：本实用新型采用一种数字化卷尺，包括：卷尺本体和测量装置；测量装置包括齿轮、磁体、处理器、至少两个磁敏元件和角度检测单元；在卷尺本体的尺带上设置有齿孔，齿孔与齿轮啮合；拉动尺带时，齿轮转动，齿轮带动磁体同步转动；磁敏元件用于监测磁体磁极变化，并输出表征磁极变化的次数的信号；角度检测单元用于监测磁体磁极变化的绝对角度，并输出表征磁极变化的绝对角度的信号；处理器分别与各个磁敏元件和角度检测单元连接，并根据表征磁极变化的次数的信号、表征磁极变化的绝对角度的信号以及齿轮分度圆周长，计算出齿轮在尺带上的位移大小。该数字化卷尺不易受到测量环境中污染物(如水、油、尘埃等)的影响，同时，与采用电容、电感测量方法的电子测量仪器相比，其响应速度快，测量稳定性更好，测量精度更高。

附图说明

图1为一种数字化卷尺的结构示意图；

图2为磁体直接镶嵌于齿轮之上的示意图；

图3为霍尔元件与磁体的位置关系示意图；

图4为磁体顺时针旋转时产生脉冲的示意图；

图5为磁体逆时针旋转时产生脉冲的示意图；

图6为霍尔元件、磁编码器与磁体的位置关系示意图；

图7为具有磁屏蔽壳的数字化卷尺的结构示意图；

图8为图7的局部结构示意图。

其中，1-卷尺，2-齿孔，3-齿轮，4-磁体，5-磁敏元件，6-角度检测单元，7-处理器，8-转轴，9-磁屏蔽壳、10-电路板、11-第一轴承、12-第二轴承。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

实施例1

本实用新型，数字化卷尺，包括：卷尺本体和测量装置。如图1所示，测量装置包括：齿轮3、磁体4、至少两个磁敏元件5、角度检测单元6和处理器7。在卷尺本体的尺带1上设置有齿孔2，齿孔2与所述齿轮3啮合。

拉动尺带1时，齿轮3转动，齿轮3带动磁体4同步转动；磁敏元件5用于监测磁体4磁极变化，并输出表征磁极变化的次数的信号。角度检测单元6用于监测磁体4磁极变化的绝对角度，并输出表征磁极变化的绝对角度的信号。处理器7分别与各个磁敏元件5和角度检测单元6连接，并根据表征磁极变化的次数的信号、表征磁极变化的绝对角度的信号以及齿轮分度圆周长，计算出齿轮3在齿孔2上的位移大小。

其中卷尺本体，包括壳体，在壳体内设置有鼓轮，鼓轮通过盘簧与壳体连接，壳体内容纳有尺带，尺带一端连接盘簧并卷绕在鼓轮上，另一端穿过形成在壳体下部的狭缝外伸并与尺钩连接。

齿轮3与磁体4固定连接方式包括以下两种：

第一种连接方式为同轴连接，磁体为圆形磁钢，便于磁敏元件5监测磁体磁极变化的次数，并输出表征磁极变化的次数的信号，便于角度检测单元6监测磁体磁极变化的绝对角度，并输出表征磁极变化的绝对角度的信号。

第二种连接方式为将磁体直接镶嵌于齿轮上，如图2所示，磁体4随着齿轮3的转动角度发生变化。

具体实施过程中，磁敏元件5为霍尔元件，如图3所示，霍尔元件1和霍尔元件2分别设置在磁体的周围，且霍尔元件1和霍尔元件2的放置位置不同，以此来判断磁体的旋转方向。处理器7通过判断霍尔元件1和霍尔元件2产生脉冲信号的相位差，确定磁体旋转的方向，若为正向转动，处理器7根据霍尔元件1和霍尔元件2输出的脉冲信号数量，进行加法计数；若为反向转动，处理器7根据霍尔元件1和霍尔元件2输出的脉冲信号数量，进行减法计数。

例如，如图4所示，霍尔元件1检测到S极，输出电平由低电平跃迁到高电平,产生一个脉冲上升沿,产生波形图A，经过θ后霍尔元件2首次检测到S极并同样输出一个脉冲上升沿,产生波形图B，霍尔元件1输出脉冲相位超前霍尔元件2输出脉冲θ，此时处理器7检测出在霍尔元件1输出上升沿瞬间，霍尔元件2输出为低电平，判断磁钢顺时针旋转，处理器7内计数加1。如果磁钢反时针旋转，如图5所示，霍尔元件1输出脉冲相位落后霍尔元件2输出脉冲θ。则在霍尔元件1输出上升沿瞬间，霍尔元件输出为高电平，处理器7内的计数器减1。

与上相似，通过霍尔元件1输出脉冲的下降沿、霍尔元件2的上升沿、霍尔元件2的下降沿中任何一个脉冲边缘，都可以完成方向判别和磁钢转动圈数计数。综上所述，处理器7中计数器的值反映了磁钢转动圈数，计数值为正数表示顺时针旋转，负数表示为反时针旋转。

其中，每个霍尔元件与处理器7连接，当磁体3经过霍尔元件时，霍尔元件输出脉冲信号，并将该脉冲信号传输至处理器7，处理器7对脉冲信号的计数，得到磁体旋转的整圈数。

具体实施过程中，角度检测单元6为磁编码器，磁编码器与霍尔元件1、霍尔元件2以及磁体的位置关系如图6所示，磁编码器正对于磁体4，磁编码器能够检测旋转轴上两极磁铁围绕IC中心旋转时的绝对角度位置。绝对角度位置可以以PWM、ABI、UVW等不同方式输出，或通过接口直接读取。磁编码器对非整圈数的余量进行测量。通过处理器7设置磁编码器在单位时间内的检测次数，如1s内检测3次，以此节约能耗。

然后，处理器7根据表征磁极变化的次数的信号、表征磁极变化的绝对角度的信号以及齿轮分度圆周长，计算出齿轮3在齿孔2上的位移大小。

例如对长度为21cm的物体进行测量时，齿轮分度圆周长为20cm，那么处理器在20cm时计数一次，磁编码器对剩余的1cm进行角度测量。

如果规定齿轮分度圆周长为C，处理器的计数次数为K，磁编码器检测余量的角度为θ，被测量物体的长度为L，可以利用下面公式进行计算：

如图7所示，数字化卷尺还包括磁屏蔽壳9，磁体4放置在磁屏蔽壳9内，处理器7、至少两个磁敏元件5和角度检测单元6共同集成在一个电路板10上，且电路板10在磁屏蔽壳9中的安装位置，使其上设置的角度检测单元6正对磁体4。

如图8所示，当齿轮3与磁体4连接方式为同轴连接时，数字化卷尺包括转轴8，转轴8通过轴承支撑，其一端与齿轮3固定连接，另一端与磁体4固定连接，并且转轴8与磁体4连接的一端设置于磁屏蔽壳9内部。

其中轴承包括第一轴承11和第二轴承12，第一轴承11和第二轴承12分别安装在支撑架上，第二轴承12设置于齿轮3与磁体4之间。

支撑架与磁屏蔽壳9的连接方式为焊接或者栓接等方式。或者支撑架为磁屏蔽壳的一部分。

Claims (8)

1.一种数字化卷尺，其特征在于，包括：卷尺本体和测量装置；所述测量装置包括齿轮、磁体、处理器、至少两个磁敏元件和角度检测单元；在所述卷尺本体的尺带上设置有齿孔，所述齿孔与所述齿轮啮合；拉动所述尺带时，所述齿轮转动，所述齿轮带动所述磁体同步转动；所述磁敏元件用于监测所述磁体磁极变化，并输出表征磁极变化的次数的信号；所述角度检测单元用于监测所述磁体磁极变化的绝对角度，并输出表征磁极变化的绝对角度的信号；所述处理器分别与各个所述磁敏元件和所述角度检测单元连接，并根据表征磁极变化的次数的信号、表征磁极变化的绝对角度的信号以及齿轮分度圆周长，计算出所述齿轮在所述尺带上的位移大小。

2.根据权利要求1所述的一种数字化卷尺，其特征在于，所述磁敏元件为霍尔元件，所述霍尔元件监测到所述磁体的磁极变化时，所述霍尔元件输出脉冲信号，并将该脉冲信号传输至所述处理器；所述处理器通过对脉冲信号数量计数，得到所述磁体旋转的整圈数。

3.根据权利要求2所述的一种数字化卷尺，其特征在于，至少两个所述霍尔元件分别设置在所述磁体周围不同的位置；所述处理器通过判断任意两个所述霍尔元件产生脉冲信号的相位差，确定所述磁体旋转的方向，若为正向转动，所述处理器根据所述霍尔元件输出的脉冲信号数量，进行加法计数；若为反向转动，所述处理器根据所述霍尔元件输出的脉冲信号数量，进行减法计数。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种数字化卷尺，其特征在于，所述角度检测单元为磁编码器，通过所述处理器，设置所述磁编码器的工作频率。

5.根据权利要求4所述的一种数字化卷尺，其特征在于，还包括磁屏蔽壳，所述磁体放置于所述磁屏蔽壳内；所述处理器、所述角度检测单元和至少两个所述磁敏元件共同集成在一个电路板上，且电路板在所述磁屏蔽壳中的安装位置，使其上面设置的所述磁编码器正对所述磁体。

6.根据权利要求5权利要求所述的一种数字化卷尺，其特征在于，还包括转轴，所述转轴通过轴承支撑，其一端与所述齿轮固定连接；所述转轴另一端与所述磁体固定连接，且伸入所述磁屏蔽壳内部。

7.根据权利要求6权利要求所述的一种数字化卷尺，其特征在于，所述轴承包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承分别安装在支撑架上，所述第二轴承设置于所述齿轮与所述磁体之间。

8.根据权利要求7权利要求所述的一种数字化卷尺，其特征在于，所述支撑架与所述磁屏蔽壳连接；或者所述支撑架为所述磁屏蔽壳的一部分。