CN210689504U - 一种静磁栅位置检测机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种静磁栅位置检测机构，包括测量杆、静磁栅尺、若干永磁体、磁感检测单元、筒体和伸缩机构；静磁栅尺与伸缩机构平行设置，静磁栅尺内设有磁感检测单元；静磁栅尺远离伸缩机构的一侧设置有筒体，静磁栅尺与筒体固定连接；筒体内设置有测量杆，测量杆相对于筒体可滑动，测量杆的一端与伸缩机构的活动端固定连接；测量杆上设置有若干永磁体，永磁体沿测量杆延伸方向设置；伸缩机构的活动端带动测量杆沿伸缩机构的轴向方向直线运动。本实用新型一方面令静磁栅尺与伸缩机构平行，另一方面静磁栅尺还与筒体固定在一起，使得放置在筒体内的测量杆的两端均受到更稳定的约束，即使在移动时测量杆的姿态也保持稳定。

Description

一种静磁栅位置检测机构

技术领域

本实用新型涉及位移测量技术领域，尤其涉及一种静磁栅位置检测机构。

背景技术

磁栅位移传感器是常用的长度与位移检测的传感器，而磁栅位移传感器又包括静磁栅位移传感器与绝对值编码器传感器两种，它具有检测精度高、寿命长、抗干扰能力强以及使用方便等优点。静磁栅位置检测机构一般包括测量杆，即包含磁性材料的磁头；静磁栅尺，即具有磁感元件的磁栅；以及检测电路等部件。当测量杆和静磁栅尺之间发生相对运动时，静磁栅尺上的磁感元件可以对磁场变化进行检测，输出感应信号，经检测电路处理后得到位移信息。磁栅位移传感器适用于毫米级及更高精度的绝对测量。通常将具有相对静态的静磁栅尺或者静磁栅源的位移传感器称为静磁栅位移传感器。静磁栅传感器已普遍应用在需要精确测量绝对位移的场合，如长度、深度、轨道行程或者闸门开度的精确测量等场合。

静磁栅位置检测机构一般固定在伸缩机构，如油缸上，测量杆和静磁栅尺均与油缸固定连接，测量杆的一端与油缸活塞杆固定连接，随着油缸活塞杆的伸缩带动测量杆和静磁栅源做同步的直线运动，由静磁栅尺来间接测量伸缩机构活动端伸出或缩回的绝对位移。为保证静磁栅位移测量的精度，测量杆上的磁性材料的磁力线方向应对准静磁栅尺上磁感应元件的检测面，但是测量杆较长，现有的静磁栅位置检测设备结构不够合理，很难使磁感元件的检测面正对磁力线，影响了长距离位移测量的准确性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种可保障测量杆上的磁性材料与静磁栅尺上磁感应元件相对位置保持不变的静磁栅位置检测机构。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种静磁栅位置检测机构，包括测量杆(1)、静磁栅尺(2)、若干永磁体(3)、磁感检测单元(4)、筒体(5)和伸缩机构(6)；所述静磁栅尺(2)与伸缩机构(6)平行设置，静磁栅尺(2)内设有磁感检测单元(4)；静磁栅尺(2)远离伸缩机构(6)的一侧设置有筒体(5)，静磁栅尺(2)与筒体(5)固定连接；测量杆(1)设置在筒体(5)内，测量杆(1)相对于筒体(5)可滑动，测量杆(1)的一端与伸缩机构(6)的活动端固定连接；测量杆(1)上设置有若干永磁体(3)，永磁体(3)沿测量杆(1)延伸方向设置；伸缩机构(6)的活动端带动测量杆(1)沿伸缩机构(6)的轴向方向直线运动。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述测量杆(1)包括中空的管体(11)，各永磁体(3)沿管体(11)的延伸方向等距排列在管体(11)内部，永磁体(3)均与管体(11)紧固连接。

进一步优选的，所述管体(11)内设置有基座(12)，基座(12)沿管体(11)延伸方向设置且嵌设在管体(11)内，基座(12)上设置有贯通的安装孔(13)，永磁体(3)嵌设在安装孔(13)内，且安装孔(13)的形状与永磁体(3)的形状相吻合；安装孔(13)的中心轴线与静磁栅尺(2)的中心轴线垂直设置。

进一步优选的，所述静磁栅尺(2)内部中空，磁感检测单元(4)固定设置在静磁栅尺(2)内部靠近筒体(5)的一端，磁感检测单元(4)的端面正对永磁体(3)靠近静磁栅尺(2)一端的端面。

更进一步优选的，所述磁感检测单元(4)为磁感应霍尔器件。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述筒体(5)包括若干相互嵌套设置的套管(51)，各相邻的套管(51)可相对滑动，最外侧的套管(51)与静磁栅尺(2)固定连接，测量杆(1)固定设置在最内层的套管(51)内。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括若干固定支架(7)，固定支架(7)与伸缩机构(6)紧固连接，固定支架(7)上开设有固定孔(8)，静磁栅尺(2)和筒体(5)穿置在固定孔(8)内，固定孔(8)处的固定支架(7)的表面分别与静磁栅尺(2)和筒体(5)的表面相抵持。

进一步优选的，所述固定支架(7)包括第一支架(71)、第二支架(72)和底座(73)，第一支架(71)和第二支架(72)相对设置，第一支架(71)和第二支架(72)上均设置有限位槽(74)，限位槽(74)沿着静磁栅尺(2)的轴向方向贯穿第一支架(71)或者第二支架(72)，第一支架(71)和第二支架(72)上的限位槽(74)合围形成固定孔(8)；第一支架(71)和第二支架(72)远离伸缩机构(6)的一端铰连接，第一支架(71)和第二支架(72)靠近伸缩机构(6)的一端均与底座(73)远离伸缩机构(6)的一端紧固连接，底座(73)的另一端与伸缩机构(6)紧固连接。

更进一步优选的，所述第一支架(71)和第二支架(72)相对于伸缩机构(6)的中心轴对称设置。

更进一步优选的，所述第一支架(71)和第二支架(72)远离限位槽(74)的端面上均设置有贯穿的通孔(75)，通孔(75)内穿有紧固件(76)，紧固件(76)锁定第一支架(71)和第二支架(72)的相对位置。

本实用新型提供的一种静磁栅位置检测机构，相对于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本实用新型一方面令静磁栅尺与伸缩机构平行，另一方面静磁栅尺还与筒体固定在一起，使得放置在筒体内的测量杆的两端均受到更稳定的约束，即使在移动时测量杆的姿态也会保持稳定；

(2)测量杆内的管体可对基座和永磁体的运行轨迹进行进一步限定和保护；

(3)磁感检测单元可与永磁体的端面保持正对，提高位移检测的效果；

(4)固定支架采用相互铰连接的两个支架相对设置而成，使得静磁栅尺、筒体和伸缩机构的结合的结构更加稳固；

(5)紧固件可进一步锁紧第一支架和第二支架，保证第一支架和第二支架的相对位置以及固定支架对静磁栅尺和筒体的夹持效果。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种静磁栅位置检测机构的立体图；

图2为本实用新型一种静磁栅位置检测机构的前视图；

图3为本实用新型一种静磁栅位置检测机构的俯视图；

图4为图3的A-A向正剖视图；

图5为图4的C部分的局部放大示意图；

图6为图3的B-B向正剖视图；

图7为本实用新型一种静磁栅位置检测机构的测量杆、筒体和永磁体的组合状态俯视半剖视图；

图8为本实用新型一种静磁栅位置检测机构的磁感检测单元的一种接线图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1结合图2、图3、图4和图5所示，本实用新型提供了一种静磁栅位置检测机构，包括测量杆1、静磁栅尺2、若干永磁体3、磁感检测单元4、筒体5和伸缩机构6；其静磁栅尺2与伸缩机构6平行设置，静磁栅尺2内设有磁感检测单元4；静磁栅尺2远离伸缩机构6的一侧设置有筒体5，静磁栅尺2与筒体5固定连接；测量杆1设置在筒体5内，测量杆1相对于筒体5可滑动，测量杆1的一端与伸缩机构6的活动端固定连接；测量杆1上设置有若干永磁体3，永磁体3沿测量杆1延伸方向设置；伸缩机构6的活动端带动测量杆1沿伸缩机构6的轴向方向直线运动。本实用新型将静磁栅尺2和筒体5的位置进行固定，使得筒体5的中心轴也与伸缩机构6平行，筒体5可以对其内部的测量杆1的一端和永磁体3的运动轨迹进行进一步的限定，测量杆1与筒体5内壁形成滑动面接触；由于测量杆1的另一端与伸缩机构6的活动端相连，即测量杆1的两端及运动轨迹均受到可靠的约束，可以保证其在相对静磁栅尺2运动时的姿态保持稳定。

由图6可知，测量杆1的各侧面均与筒体5的各内侧壁贴合在一起，对测量杆1在筒体5内的运动轨迹是确定的。图示的筒体5的截面和测量杆1的截面均为矩形，筒体5的截面也可以是圆形或者其他多边形结构，相应的测量杆1的外表面与筒体5的内表面的形状相适应，在此不做进一步限定。本使用新型中的伸缩机构6可以是液压缸、气缸、电动推杆或者其他类似的直线运动机构，伸缩机构6可以带动测量杆1进行匀速运动。

如图4结合图5和图6所示，测量杆1包括中空的管体11，各永磁体3沿管体11的延伸方向等距排列在管体11内部，永磁体3均与管体11紧固连接。

由图5结合图7可知，为了进一步限定永磁体3的位置，可以在管体11内设置基座12，基座12沿管体11延伸方向设置且嵌设在管体11内，基座12上设置有贯通的安装孔13，永磁体3嵌设在安装孔13内，且安装孔13的形状与永磁体3的形状相吻合；安装孔13的中心轴线与静磁栅尺2的中心轴线垂直设置。基座12填充在中空的管体11中，而永磁体3进一步嵌入基座12上的安装孔13内，管体11和基座12对永磁体3的位置进行了精确限定。永磁体3可以采用钕铁硼永磁铁，各永磁体3的磁极朝向一致。管体11和基座12可以采用铝合金制成，结构坚固、轻便且不会被磁化。

如图4结合图5所示，静磁栅尺2内部中空，磁感检测单元4固定设置在静磁栅尺2内部靠近筒体5的一端，磁感检测单元4的端面正对永磁体3靠近静磁栅尺2一端的端面。本实用新型的磁感检测单元4可以选择磁感应霍尔器件。磁感检测单元4的检测部的端面与永磁体3的端面正对，当永磁铁3跟随测量杆1一起做直线运动时，永磁体3端面上的磁极发出的磁力线会穿过磁感检测单元4的检测部，使得磁感检测单元4更容易检测到磁场的精确的变化，进而便于后续测量和信号处理。

如图4所示，筒体5包括若干相互嵌套设置的套管51，各相邻的套管51可相对滑动，最外侧的套管51与静磁栅尺2固定连接，测量杆1固定设置在最内层的套管51内。即筒体5即可以单层筒状结构，也可以是多层互相嵌套的可滑动的套管51组合的结构，多层套管51可以对测量杆1进行全包覆，防止其受到外部干扰或异物的直接接触。

如图1所示，为保持静磁栅尺2相对于伸缩机构6的位置固定和相对平行，本实用新型采用若干固定支架7来进行连接和固定。固定支架7与伸缩机构6紧固连接，固定支架7上开设有固定孔8，静磁栅尺2和筒体5穿置在固定孔8内，固定孔8处的固定支架7的表面分别与静磁栅尺2和筒体5的表面相抵持。

如图1结合图4和图5可知，固定支架7包括第一支架71、第二支架72和底座73，第一支架71和第二支架72相对设置，第一支架71和第二支架72上均设置有限位槽74，限位槽74沿着静磁栅尺2的轴向方向贯穿第一支架71或者第二支架72，第一支架71和第二支架72上的限位槽74合围形成固定孔8；第一支架71和第二支架72远离伸缩机构6的一端铰连接，第一支架71和第二支架72靠近伸缩机构6的一端均与底座73远离伸缩机构6的一端紧固连接，底座73的另一端与伸缩机构6紧固连接。固定支架7可以对静磁栅尺2和筒体5表面形成挤压，使静磁栅尺2、筒体5和伸缩机构6形成一个相对稳定的整体。

作为本实用新型更进一步的改进，第一支架71和第二支架72相对于伸缩机构6的中心轴对称设置。这种结构可以使静磁栅尺2和筒体5受力。

如图5所示，第一支架71和第二支架72远离限位槽74的端面上均设置有贯穿的通孔75，通孔75内穿有紧固件76，紧固件76锁定第一支架71和第二支架72的相对位置。紧固件76可以进一步拉紧第一支架71和第二支架72，使得不用在现场即可进行固定支架7与静磁栅尺2和筒体5预组装，减少现场施工量。

如图8所示，该图为磁感检测单元4感应磁场变化后的输出处理的一种电路。磁感检测单元4选用的是具有差分输出的霍尔传感器，由于传感器检测的信号比较微弱，需要进行放大后输入MCU中。图示的磁感检测单元4的引脚2和引脚3分别通过电阻R1和R2与+4VDC和—4VDC电源电性连接，引脚1和引脚3均作为输出端；+4VDC和—4VDC电源之间还并联有反接的稳压二极管D1、D2和可调电阻R3；磁感检测单元4的引脚1通过电阻R5与运算放大器的反相输入端电性连接，运算放大器的输出端与反相输入端之间并联有电阻R8；可调电阻R3的调节端与电阻R4串联后与磁感检测单元4的引脚4并联，磁感检测单元4的引脚4与运算放大器的同相输入端之间设置有电阻R6，运算放大器的同相输入端还与电阻R7的一端并联，电阻R7的另一端接地。运算放大器的输出端与MCU的通用输入输出端电性连接。运算放大器的输出电压为(电阻R8与电阻R5的比值)×(同相输入端电压—反相输入端电压)，可以将微弱的感应信号放大到可以被MCU检测到。磁感检测单元4以及相应的电路均可以设置在静磁栅尺2的内部。MCU的输出端可以进一步通过线缆与外部设备或者上位机进行连接，实现通信和控制功能。MCU可以采用常见的单片机，如STM32系列产品来实现其功能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种静磁栅位置检测机构，其特征在于：包括测量杆(1)、静磁栅尺(2)、若干永磁体(3)、磁感检测单元(4)、筒体(5)和伸缩机构(6)；所述静磁栅尺(2)与伸缩机构(6)平行设置，静磁栅尺(2)内设有磁感检测单元(4)；静磁栅尺(2)远离伸缩机构(6)的一侧设置有筒体(5)，静磁栅尺(2)与筒体(5)固定连接；测量杆(1)设置在筒体(5)内，测量杆(1)相对于筒体(5)可滑动，测量杆(1)的一端与伸缩机构(6)的活动端固定连接；测量杆(1)上设置有若干永磁体(3)，永磁体(3)沿测量杆(1)延伸方向设置；伸缩机构(6)的活动端带动测量杆(1)沿伸缩机构(6)的轴向方向直线运动。

2.如权利要求1所述的一种静磁栅位置检测机构，其特征在于：所述测量杆(1)包括中空的管体(11)，各永磁体(3)沿管体(11)的延伸方向等距排列在管体(11)内部，永磁体(3)均与管体(11)紧固连接。

3.如权利要求2所述的一种静磁栅位置检测机构，其特征在于：所述管体(11)内设置有基座(12)，基座(12)沿管体(11)延伸方向设置且嵌设在管体(11)内，基座(12)上设置有贯通的安装孔(13)，永磁体(3)嵌设在安装孔(13)内，且安装孔(13)的形状与永磁体(3)的形状相吻合；安装孔(13)的中心轴线与静磁栅尺(2)的中心轴线垂直设置。

4.如权利要求2所述的一种静磁栅位置检测机构，其特征在于：所述静磁栅尺(2)内部中空，磁感检测单元(4)固定设置在静磁栅尺(2)内部靠近筒体(5)的一端，磁感检测单元(4)的端面正对永磁体(3)靠近静磁栅尺(2)一端的端面。

5.如权利要求4所述的一种静磁栅位置检测机构，其特征在于：所述磁感检测单元(4)为磁感应霍尔器件。

6.如权利要求1所述的一种静磁栅位置检测机构，其特征在于：所述筒体(5)包括若干相互嵌套设置的套管(51)，各相邻的套管(51)可相对滑动，最外侧的套管(51)与静磁栅尺(2)固定连接，测量杆(1)固定设置在最内层的套管(51)内。

7.如权利要求1所述的一种静磁栅位置检测机构，其特征在于：还包括若干固定支架(7)，固定支架(7)与伸缩机构(6)紧固连接，固定支架(7)上开设有固定孔(8)，静磁栅尺(2)和筒体(5)穿置在固定孔(8)内，固定孔(8)处的固定支架(7)的表面分别与静磁栅尺(2)和筒体(5)的表面相抵持。

8.如权利要求7所述的一种静磁栅位置检测机构，其特征在于：所述固定支架(7)包括第一支架(71)、第二支架(72)和底座(73)，第一支架(71)和第二支架(72)相对设置，第一支架(71)和第二支架(72)上均设置有限位槽(74)，限位槽(74)沿着静磁栅尺(2)的轴向方向贯穿第一支架(71)或者第二支架(72)，第一支架(71)和第二支架(72)上的限位槽(74)合围形成固定孔(8)；第一支架(71)和第二支架(72)远离伸缩机构(6)的一端铰连接，第一支架(71)和第二支架(72)靠近伸缩机构(6)的一端均与底座(73)远离伸缩机构(6)的一端紧固连接，底座(73)的另一端与伸缩机构(6)紧固连接。

9.如权利要求8所述的一种静磁栅位置检测机构，其特征在于：所述第一支架(71)和第二支架(72)相对于伸缩机构(6)的中心轴对称设置。

10.如权利要求8所述的一种静磁栅位置检测机构，其特征在于：所述第一支架(71)和第二支架(72)远离限位槽(74)的端面上均设置有贯穿的通孔(75)，通孔(75)内穿有紧固件(76)，紧固件(76)锁定第一支架(71)和第二支架(72)的相对位置。

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