CN209877891U - 一种基于光栅的电压型位移传感器标定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于光栅的电压型位移传感器标定装置，包括设有支架和拉杆头的被测位移传感器以及设有标尺光栅和光栅读数头的光栅尺，所述拉杆头相对所述支架滑动并输出第一位移信号，所述光栅读数头相对所述标尺光栅滑动并输出第二位移信号，所述支架和所述标尺光栅在底板表面固定，气压驱动部驱动所述拉杆头以及所述光栅读数头同步直线运动，采集处理部采集处理所述第一位移信号和所述第二位移信号以标定所述被测位移传感器。上述标定装置通过气压驱动部驱动被测位移传感器和光栅尺同步运动，通过采集处理部对位移信号进行采集、处理与分析，最终完成被测位移传感器的标定，结构简单紧凑、使用便捷、适用性强、运动平稳、测量精度高。

Description

一种基于光栅的电压型位移传感器标定装置

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种基于光栅的电压型位移传感器标定装置。

背景技术

电压型位移传感器是一类常见却又很重要的设备，容易受使用和存放环境条件等因素影响，造成传感器本身材料和元件特性产生变化，与出厂参数有所偏差，从而影响传感器的测量精度。

在标定过程中，需要精度更高的标准仪器对低精度传感器进行标定。目前常用的标定方案是采用电机等动力设备，驱动滚珠丝杆等传动机构，使标定仪器和被测传感器同步运动，采集数据到计算机上进行数据对比和数据处理。利用标定仪器的标准数据与被测传感器的数据进行对比分析，对被测传感器进行修正。

现有技术中，采用伺服电机或者步进电机，需搭配控制单元、驱动单元和供电器件等相关元器件，造成器件繁多，操作不便，并且标定的运动过程中还有机械抖动等诸多问题，大大影响测量精度；滚珠丝杆作为传动机构，反向运动时会产生轴向间隙，影响传动进度，对测量精度造成影响；以激光传感器作为标定仪器，价格昂贵，成本高；位移传感器有不同的规格，形状和大小各不相同，一般标定装置面向范围小，适用性差，不利于不同规格的电压型位移传感器进行标定纠差，由此造成极大的不便和许多额外的成本。

因此，如何能够提供一种结构简单紧凑、使用便捷、适用性强、运动平稳、测量精度高的基于光栅的电压型位移传感器标定装置是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于光栅的电压型位移传感器标定装置，通过气压驱动部驱动被测位移传感器以及光栅尺同步运动，并通过采集处理部对位移信号进行采集、处理与分析，最终完成被测位移传感器的标定，结构简单紧凑、使用便捷、适用性强、运动平稳、测量精度高。

为实现上述目的，本实用新型提供一种基于光栅的电压型位移传感器标定装置，包括设有支架和拉杆头的被测位移传感器以及设有标尺光栅和光栅读数头的光栅尺，所述拉杆头相对所述支架滑动并输出第一位移信号，所述光栅读数头相对所述标尺光栅滑动并输出第二位移信号，所述支架和所述标尺光栅在底板表面固定，所述支架和所述标尺光栅之间设有用以连接并驱动所述拉杆头以及所述光栅读数头同步直线运动的气压驱动部，还包括与所述被测位移传感器以及所述光栅尺相连且用以采集处理所述第一位移信号和所述第二位移信号以标定所述被测位移传感器的采集处理部。

优选地，所述气压驱动部包括在所述底板表面固定的气缸，所述气缸上侧设有用以沿所述气缸滑动的滑块，所述滑块通过连接板与所述拉杆头以及所述光栅读数头刚性连接。

优选地，所述气缸中设有用以相对所述气缸滑动的活塞，所述滑块设有永久磁铁，所述活塞设有用以通电后吸引所述永久磁铁并带动所述滑块运动的电磁铁。

优选地，所述气缸与用以驱动并控制所述活塞运动的节流换向阀相连。

优选地，所述气缸可调节设有用以限制所述滑块运动行程的行程开关，所述滑块的运动行程小于所述光栅读数头的运动行程。

优选地，还包括在所述底板表面固定、用以固定所述被测位移传感器的固定块，所述固定块包括用以抵紧固定所述被测位移传感器上表面的上盖板以及用以抵紧固定所述被测位移传感器下表面的底座。

优选地，所述上盖板和所述底座之间距离可调，所述上盖板和所述底座通过固定螺钉固定连接。

优选地，所述上盖板设有倒V型槽，所述底座设有正V型槽。

优选地，所述采集处理部包括与所述被测位移传感器以及所述光栅尺相连并用以采集的信号采集卡以及与所述信号采集卡相连并用以处理的计算机。

优选地，所述信号采集卡包括与所述被测位移传感器相连的位移传感器信号采集卡以及与所述光栅尺相连的光栅信号采集卡，所述位移传感器信号采集卡以及所述光栅信号采集卡均与所述计算机相连。

基于上述背景技术，本实用新型所提供的基于光栅的电压型位移传感器标定装置包括被测位移传感器以及光栅尺，被测位移传感器包括固定在底板表面的支架以及相对支架滑动以输出第一位移信号的拉杆头，光栅尺包括固定在底板表面的标尺光栅以及相对标尺光栅滑动以输出第二位移信号的光栅读数头，支架和标尺光栅之间设有固定在底板表面的气压驱动部，气压驱动部驱动拉杆头以及光栅读数头同步直线运动，采集处理部连接被测位移传感器以及光栅尺以采集处理第一位移信号以及第二位移信号并最终标定被测位移传感器，该基于光栅的电压型位移传感器标定装置通过底板固定被测位移传感器以及光栅尺，进一步利用气压驱动部带动被测位移传感器和光栅尺同步直线运动，也即拉杆头相对支架的直线运动以及光栅读数头相对标尺光栅的直线运动，被测位移传感器与光栅尺分别输出第一位移信号与第二位移信号，两种直线运动的输出结果因被测位移传感器的精度与光栅尺的精度不同而有所不同，光栅尺的精度应高于被测位移传感器的精度以借助光栅尺实现对被测位移传感器的标定，进一步利用采集处理部采集处理第一位移信号与第二位移信号，比对处理两种位移信号并最终获得光栅尺对被测位移传感器的标定结果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的基于光栅的电压型位移传感器标定装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的气压系统结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的固定块的立体结构示意图。

其中：

1-底板、2-气缸、21-永久磁铁、22-电磁铁、23-活塞、3-滑块、4-行程开关、5-连接板、6-光栅尺、7-被测位移传感器、8-固定块、81-底座、82-上盖板、83-固定螺钉、9-位移传感器信号采集卡、10-光栅信号采集卡、11-节流换向阀。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，其中，图1为本实用新型实施例提供的基于光栅的电压型位移传感器标定装置的结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的气压系统结构示意图，图3为本实用新型实施例提供的固定块的立体结构示意图。

在第一种具体的实施方式中，本实用新型提供的基于光栅的电压型位移传感器标定装置包括作为基准平面的底板1，底板1表面固定设有被测位移传感器7、光栅尺6以及气压驱动部。被测位移传感器7包括相对底板1固定的支架以及可相对支架滑动的拉杆头，通过拉杆头相对支架的滑动位移以输出第一位移信号；光栅尺6包括相对底板1固定的标尺光栅以及可相对标尺光栅滑动的光栅读数头，通过光栅读数头相对标尺光栅的滑动位移以输出第二位移信号。进一步，气压驱动部设于被测位移传感器7和光栅尺6之间，气压驱动部连接拉杆头以及光栅读数头，气压驱动部驱动拉杆头以及光栅读数头同步直线运动。再进一步，采集处理部分别与被测位移传感器7以及光栅尺6相连以采集第一位移信号以及第二位移信号，采集处理部对采集得到的第一位移信号以及第二位移信号进行处理分析，并最终实现对被测位移传感器7的标定。

在本实施例中，气压驱动部包括在底板1表面固定的气缸2，气缸2具体为磁偶式无杆气缸，气缸2上侧设有可沿气缸2滑动的滑块3，此时气缸2的缸体本身相当于为滑块3导向的导轨。除此以外，滑块3通过连接板5与拉杆头以及光栅读数头刚性连接。滑块3在气缸2的气压驱动下沿气缸2滑动以带动拉杆头以及光栅读数头同步直线运动，此时拉杆头与光栅读数头同步平行直线运动。

更具体的，气缸2中设有可相对气缸2滑动的活塞23，滑块3的下侧设有永久磁铁21，活塞23的上侧设有电磁铁22。在本实施例中，活塞23在气缸2中受到气压作用而相对气缸2运动，电磁铁22中通电后对永久磁铁21产生吸力，在活塞23的相对运动以及电磁铁22的吸力的综合作用下，滑块3受到活塞23的驱动以实现相对气缸2的运动，进一步，滑块3通过连接板5带动刚性连接的拉杆头以及光栅读数头运动，综上，气缸2通过气压驱动活塞23，活塞23通过磁性吸引驱动滑块3，滑块3带动刚性连接的拉杆头以及光栅读数头运动并输出位移信号。同样的，电磁铁22断电时，滑块3自由运动，可以实现手动驱动滑块3进行测量或调整。

除此以外，在气缸2的端部设有与气缸2的内部连通的节流换向阀11，节流换向阀11相对底板1固定。在本实施例中，节流换向阀11通过调节气缸2中的气压以实现活塞23相对运动的控制，进一步，通过控制活塞23的相对运动以实现滑块3直线运动的控制，换句话说，滑块3运动的速度与方向由节流换向阀11进行控制与调节。

在本实施例中，被测位移传感器7具体为电压型位移传感器，电压型位移传感器和光栅尺6平行设置在气缸2两侧，本实用新型的核心在于气压驱动电压型位移传感器与光栅尺6同步运动并利用光栅尺6的高精度对电压型位移传感器进行标定。为了保护电压型位移传感器，气缸2设有行程开关4，行程开关4可调节设置在气缸2以限制滑块3在行程开关4的运动。换句话说，行程开关4的具体设置位置根据电压型位移传感器的行程确定，当滑块3运动至行程开关4时触发、气压驱动部停止工作、滑块3停止运动以保护电压型位移传感器。与之类似的，为了保护光栅尺6，气缸2的行程需小于光栅尺6的行程，也即滑块3的运动行程需小于光栅读数头的运动行程，防止滑块3运动过度以保护光栅尺6。

在另一种具体的实施方式中，还包括固定在底板1表面以用于固定被测位移传感器7的固定块8。更具体的，固定块8包括与底板1固定连接的底座81以及位于底座81上侧的上盖板82，上盖板82抵紧固定被测位移传感器7的上表面，底座81抵紧固定被测位移传感器7的下表面，被测位移传感器7被夹紧固定在上盖板82与底座81之间也即固定块8中。

为了使得固定块8适用于绝大多数不同形状规格的被测位移传感器7，上盖板82与底座81之间的距离可调，上盖板82与底座81通过固定螺钉83固定连接。根据不同形状或尺寸的被测位移传感器7，调节固定螺钉83，使得被测位移传感器7能够放入上盖板82与底座81之间的空间，再次调节固定螺钉83以实现被测位移传感器7在固定块8之中的固定。

考虑到电压型位移传感器的通常形状包括方形和圆柱形，上盖板82设有向下的倒V型槽，底座81设有向上的正V型槽，两种凹槽能很好贴合方型和圆柱形的电压型位移传感器的外形，有利于支撑方型和圆柱形的电压型位移传感器。换句话说，底座81的凹槽可以预先固定电压型位移传感器，使其更便于安装固定，上盖板82的凹槽对电压型位移传感器提供固定约束，以实现不同大小形状的电压型位移传感器的固定。

为了保证电压型位移传感器与气缸2的平行，在单个固定块8固定并使得电压型位移传感器与气缸2平行的同时，设置多个固定块8对电压型位移传感器进行固定，以进一步保证平行关系。

在另一种具体的实施方式中，采集处理部包括分别与光栅尺6和被测位移传感器7相连的信号采集卡以及与信号采集卡的计算机，信号采集卡采集获取光栅尺6输出的第二位移信号以及被测位移传感器7输出的第一位移信号，信号采集卡将第一位移信号与第二位移信号发送至计算机，计算机进一步实时地在软件界面上显示、绘图和存储，最终显示出被测位移传感器7的标定结果，包括修正灵敏度、线性度、重复精度和回程误差等静态特性。

更具体的，信号采集卡包括与被测位移传感器7相连的位移传感器信号采集卡9以及与光栅尺6相连的光栅信号采集卡10，位移传感器信号采集卡9采集获取第一位移信号并发送至计算机，位移传感器信号采集卡9采集获取第二位移信号并发送至计算机。计算机实时显示两者的位移数据，同时绘制出光栅尺6和被测位移传感器7的实时“时间-位移”曲线，计算机根据光栅尺6和被测位移传感器7的实时“时间-位移”曲线，进行数据分析处理，对被测位移传感器7的灵敏度、线性度、回程误差和重复精度等进行分析，并最终完成被测位移传感器7的标定。

在另一种具体的实施方式中，光栅尺6的长度为1m，量程为820mm，分辨率为1微米。连接板5为刚性体，厚度为10-15mm，连接板5的两端均紧靠光栅尺6和电压型位移传感器，连接臂短，防止光栅读数头和拉杆头抖动，提高测量精度。综上，该标定装置量程大，为820mm，测量分辨率为1微米；采用设有凹槽的固定块8，实现对不同形状和大小的电压型位移传感器的固定，保证电压型位移传感器与气缸2的缸体的平行精度；采用气压驱动，以磁偶式无杆气缸为导轨，使得滑块3及与滑块3相连的部件等运动平稳，无机械抖动；采用电磁力驱动负载，断电时亦可切换为手动模式，操作灵活；装置运动响应速度快，测量精度高；结构简单、紧凑。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本实用新型所提供的基于光栅的电压型位移传感器标定装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于光栅的电压型位移传感器标定装置，其特征在于，包括设有支架和拉杆头的被测位移传感器(7)以及设有标尺光栅和光栅读数头的光栅尺(6)，所述拉杆头相对所述支架滑动并输出第一位移信号，所述光栅读数头相对所述标尺光栅滑动并输出第二位移信号，所述支架和所述标尺光栅在底板(1)表面固定，所述支架和所述标尺光栅之间设有用以连接并驱动所述拉杆头以及所述光栅读数头同步直线运动的气压驱动部，还包括与所述被测位移传感器(7)以及所述光栅尺(6)相连且用以采集处理所述第一位移信号和所述第二位移信号以标定所述被测位移传感器(7)的采集处理部。

2.根据权利要求1所述的基于光栅的电压型位移传感器标定装置，其特征在于，所述气压驱动部包括在所述底板(1)表面固定的气缸(2)，所述气缸(2)上侧设有用以沿所述气缸(2)滑动的滑块(3)，所述滑块(3)通过连接板(5)与所述拉杆头以及所述光栅读数头刚性连接。

3.根据权利要求2所述的基于光栅的电压型位移传感器标定装置，其特征在于，所述气缸(2)中设有用以相对所述气缸(2)滑动的活塞(23)，所述滑块(3)设有永久磁铁(21)，所述活塞(23)设有用以通电后吸引所述永久磁铁(21)并带动所述滑块(3)运动的电磁铁(22)。

4.根据权利要求3所述的基于光栅的电压型位移传感器标定装置，其特征在于，所述气缸(2)与用以驱动并控制所述活塞(23)运动的节流换向阀(11)相连。

5.根据权利要求4所述的基于光栅的电压型位移传感器标定装置，其特征在于，所述气缸(2)可调节设有用以限制所述滑块(3)运动行程的行程开关(4)，所述滑块(3)的运动行程小于所述光栅读数头的运动行程。

6.根据权利要求1所述的基于光栅的电压型位移传感器标定装置，其特征在于，还包括在所述底板(1)表面固定、用以固定所述被测位移传感器(7)的固定块(8)，所述固定块(8)包括用以抵紧固定所述被测位移传感器(7)上表面的上盖板(82)以及用以抵紧固定所述被测位移传感器(7)下表面的底座(81)。

7.根据权利要求6所述的基于光栅的电压型位移传感器标定装置，其特征在于，所述上盖板(82)和所述底座(81)之间距离可调，所述上盖板(82)和所述底座(81)通过固定螺钉(83)固定连接。

8.根据权利要求7所述的基于光栅的电压型位移传感器标定装置，其特征在于，所述上盖板(82)设有倒V型槽，所述底座(81)设有正V型槽。

9.根据权利要求1至8任一项所述的基于光栅的电压型位移传感器标定装置，其特征在于，所述采集处理部包括与所述被测位移传感器(7)以及所述光栅尺(6)相连并用以采集的信号采集卡以及与所述信号采集卡相连并用以处理的计算机。

10.根据权利要求9所述的基于光栅的电压型位移传感器标定装置，其特征在于，所述信号采集卡包括与所述被测位移传感器(7)相连的位移传感器信号采集卡(9)以及与所述光栅尺(6)相连的光栅信号采集卡(10)，所述位移传感器信号采集卡(9)以及所述光栅信号采集卡(10)均与所述计算机相连。