CN213902232U - 基于可编程线性霍尔的液压缸位移检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于可编程线性霍尔的液压缸位移检测装置，所述液压缸连接有活塞连接杆，所述装置包括上部外壳、下部外壳，所述活塞连接杆的端部连接有磁性运动体，所述下部外壳内安装有可编程线性霍尔元件、PCB板、信号处理电路。本实用新型技术方案结构简单，可以与液压缸厂家进行合作，将位移检测装置嵌入整个液压缸内部，也可以制作简单外置式位移检测成品。可以完整的描述出磁场的变化范围，因此可以更好的检测液压缸的位移。可以根据量程范围使用多颗可编程线性霍尔元件同时采集位移量，当采用多个可编程线性霍尔时，可以避免可编程线性霍尔和可编程线性霍尔之间的差异，也可以避免因为外部条件和误差而导致的非一致性。

Description

基于可编程线性霍尔的液压缸位移检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种位移检测装，特别涉及一种用于液压缸的位移检测装置。

背景技术

目前国内工业自动化水平不断提高，工程机械、机床设备等面向自动化的同时，对控制系统的精度要求也越来越严格。在所有使用到液压的机械和设备中，液压缸是必不可少的部件，并且承载着重要的液压转换功能。而液压缸的位移检测在精确控制中占有关键的地位。如今，国内在这一领域的研究和开发工作并没有国外那么先进，大多数的技术只能进行液压缸的位置点发讯和小行程位移的测量，在长行程或要求测量精度及可靠性高的场合有些捉襟见肘。在涉及制造高精度设备，冶金行业，水利工程这些方面，使用的位移检测装置大多数依赖进口。因此，研究控制系统中的位移检测，有重要的理论和实际应用意义。

目前液压缸的位移检测方式有外置式和内置式两种。外置式不涉及液压缸内部结构，独立于液压缸之外，优点在于结构简单，但可靠性较差；内置式精度很高，但结构复杂，加工制造难度较高，成本高。现有检测结构只能定向描述液压缸活塞杆的位置点位置，并且，霍尔元件个体之间存在差异性，不可能做到完全一样，所以检测结果也会存在一定的误差，另外，对于长量程及精密检测位移则没有好的处理效果。为了解决这些问题，可以对霍尔元件进行筛选，但筛选的过程需要耗费大量的人力资源和设备资源，或者对机械结构进行复杂的改进，这也存在未知的问题。同时，现有检测装置仅适合小量程位移的检测，在大量程的情况下，装置结构复杂，安装不便。

实用新型内容

针对现有技术中存在上述问题，本实用新型提供一种基于可编程线性霍尔的液压缸位移检测装置。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

基于可编程线性霍尔的液压缸位移检测装置，所述液压缸连接有活塞连接杆，所述装置包括上部外壳、下部外壳，所述活塞连接杆的端部连接有磁性运动体，所述下部外壳内安装有可编程线性霍尔元件、PCB板、信号处理电路。

更进一步的，所述磁性运动体为沿长度方向延伸的永磁体，所述活塞连接杆的端部设置有位于上部外壳内的延伸体，所述沿长度方向延伸的永磁体设置于延伸体内，所述永磁体为径向充磁。

更进一步的，所述上部外壳的端部设置有用于密封活塞连接杆和上部外壳之间间隙的伸缩密封环。

更进一步的，所述上部外壳为内部中空的长方体结构，所述延伸体为圆柱体结构，且所述延伸体的直径大于活塞连接杆的截面边长。

更进一步的，所述可编程线性霍尔元件的数量为1个、2个或多个，当数量为2个或多个时，所述可编程线性霍尔元件沿活塞连接杆的长度延伸方向布置。

更进一步的，所述永磁体的长度小于上部外壳长度的一半。

更进一步的，所述延伸体与活塞连接杆为一体结构。

更进一步的，所述磁性运动体为磁环，所述活塞连接杆的端部外侧设置有齿条，所述齿条外侧设置有若干级依次啮合的齿轮，其中，第一级齿轮与齿条啮合，至少最后一级齿轮上设置有同轴旋转的附加齿轮，所述磁环内侧设置有与附加齿轮啮合的内齿，所述磁环为径向充磁。

更进一步的，所述若干级齿轮的半径按比例依次增大。

更进一步的，当所述磁性运动体运动时，磁场发生变化，所述可编程线性霍尔元件和信号处理电路产生连续函数类型的输出电压信号。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型技术方案结构简单，可以与液压缸厂家进行合作，将位移检测装置嵌入整个液压缸内部，也可以制作简单外置式位移检测成品。可以完整的描述出磁场的变化范围，因此可以更好的检测液压缸的位移。可以根据量程范围使用多颗可编程线性霍尔元件同时采集位移量，当采用多个可编程线性霍尔时，可以避免可编程线性霍尔和可编程线性霍尔之间的差异，也可以避免因为外部条件和误差而导致的非一致性。

附图说明

图1是实施例一的液压缸位移检测装置的结构示意图；

图2是实施例一采用圆柱体型磁钢时的磁场走向示意图；

图3是霍尔输出电压随磁场变化转为随位移变化示意图；

图4是实施例二的液压缸位移检测装置的结构示意图。

图中：1、活塞连接杆；2、伸缩密封环；3、永磁体；4、延伸体；5、上部外壳；6、下部外壳；7、PCB板；8、可编程线性霍尔元件；9、定位孔；10、齿条；11、一级齿轮；12、二级齿轮；13、三级齿轮；14、转轴；15、附加齿轮；16、磁环。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例一

本实施例提供一种如图1所示的基于可编程线性霍尔的液压缸位移检测装置，主要目的在于精确检测液压缸位移。活塞连接杆1用于连接液压缸的活塞杆。所述装置包括上部外壳5、下部外壳6。活塞连接杆1的端部连接有磁性运动体，下部外壳6内安装有可编程线性霍尔元件8、PCB板7、信号处理电路。PCB板7用于定位和安装可编程线性霍尔元件和作为信号处理电路载体，为了更好地固定PCB板7，还可设置如图1中所示的定位孔9。可编程线性霍尔元件8主要用于检测永磁体3的位置，从而生成传感器信号。本实施例中，所述磁性运动体为沿长度方向延伸的永磁体3，例如，永磁体3可以是长条状或圆柱体形，圆柱体形永磁体3周围的磁场分布大致为图2所示。活塞连接杆1的端部设置有位于上部外壳5内的延伸体4，延伸体4可以与活塞连接杆1为一体结构，即延伸体4作为活塞连接杆1的端部，永磁体3直接设置在活塞连接杆1的端部。永磁体3的长度最好小于上部外壳5长度的一半。所述沿长度方向延伸的永磁体3设置于延伸体4内，永磁体3为径向充磁。当所述永磁体3横向位移时，磁场发生变化，所述可编程线性霍尔元件和信号处理电路产生连续函数类型的输出电压信号。本实施例的技术方案结构简单，可以与液压缸厂家进行合作，将位移检测装置嵌入整个液压缸内部，也可以制作简单外置式位移检测成品。可以完整的描述出磁场的变化范围，因此可以更好的检测液压缸的位移。可以根据量程范围使用多颗可编程线性霍尔元件同时采集位移量，当采用多个可编程线性霍尔时，可以避免可编程线性霍尔和可编程线性霍尔之间的差异，也可以避免因为外部条件和误差而导致的非一致性。

本实施例中，可以在上部外壳5的端部设置用于密封活塞连接杆1和上部外壳5之间间隙的伸缩密封环2。

作为本实施例的一种优选结构，所述上部外壳5为内部中空的长方体结构，内部中空，有一定空间，所述延伸体4为圆柱体结构，且延伸体4的直径略大于活塞连接杆1的截面边长。

本实施例中的可编程线性霍尔元件的数量不限于一个，所述可编程线性霍尔元件的数量可以为1个、2个或多个。当数量为2个或多个时，可编程线性霍尔元件沿活塞连接杆1的长度延伸方向布置。

本实施例装置的工作流程为：随着液压缸活塞杆的往复运动，带动活塞连接杆1进行往复运动，和活塞连接杆1连接的永磁体3随之做X轴位移，从而导致上部外壳5内部空间的磁场发生变化，然后可编程线性霍尔元件8感应发生变化的磁场，输出一个线性的输出曲线(将电压随磁场的变化曲线映射为电压随位移变化的曲线)，如图3所示。

实施例二

在小量程的情况下，可以使用实施例一中的液压缸位移检测装置精确检测液压缸位移，但是在大量程的情况下，该装置的外壳和内部磁钢都要求增加同样的比例，这样不仅成本增加安装也很不方便，为此，本实施例进一步提供一种如图4所示的基于可编程线性霍尔的液压缸位移检测装置。该液压缸连接有活塞连接杆1。所述装置包括上部外壳5、下部外壳6。活塞连接杆1的端部连接有磁性运动体，下部外壳6内安装有可编程线性霍尔元件8、PCB板7、信号处理电路。所述装置包括上部外壳5、下部外壳6。活塞连接杆1的端部连接有磁性运动体，下部外壳6内安装有可编程线性霍尔元件8、PCB板7、信号处理电路。PCB板7用于定位和安装可编程线性霍尔元件和作为信号处理电路载体。可编程线性霍尔元件8主要用于检测永磁体3的位置，从而生成传感器信号。本实施例中，所述磁性运动体为磁环16，活塞连接杆1的端部外侧设置有齿条10，齿条10外侧设置有若干级(本实施例仅以三级为例进行说明)依次啮合的齿轮，三级齿轮的半径按比例依次增大，其中，一级齿轮11与齿条10啮合，二级齿轮12与一级齿轮11和三级齿轮13同时啮合，三级齿轮13沿转轴14旋转，其上设置有同轴旋转的附加齿轮15，磁环16为具有与附加齿轮15的轮齿相对方向的内齿的包裹结构，所述磁环16为径向充磁。当磁环16旋转时，磁场发生变化，所述可编程线性霍尔元件和信号处理电路产生连续函数类型的输出电压信号。

本实施例装置的工作流程为：齿条10在活塞杆的带动下横向位移，带动一级齿轮11转动，一级齿轮11带动二级齿轮12转动，二级齿轮12带动三级齿轮13转动，三级齿轮13转动时带动转轴14同步转动，同时，附加齿轮15跟随转轴14及三级齿轮13同步转动，磁环16包裹结构由于和附加齿轮15有相对方向的齿，故与附加齿轮15进行同步旋转运动，此时，图4中斜线部分的磁环16同步旋转，下部外壳6中的传感器及处理电路由于磁环旋转，磁场发生变化，产生一个连续函数类型的输出电压信号。

本实施例中，一级，二级，三级齿轮半径依次按比例增大，将活塞杆的位移量转变成角度量(此角度量可以用作拓展，进行其他功能的辐射)，随之角度的变化(即磁环的旋转)，通过可编程线性霍尔的输出进行计算磁环旋转的幅度，再通过多级齿轮的旋转和齿条位移的比例，再次进行计算，最终可以得到活塞杆的位移量变化。

本实施例的方案在面对大量程和高精度的需求下，齿轮的级数和齿轮半径的比例可以增加或缩减，齿轮级数越多，可以测量的量程越大。

如果需要非常准确的定位到活塞杆的位移，可以在多级齿轮中，每级齿轮都增加转轴联动，即每级齿轮都设置为上述三级齿轮的附加齿轮模式，此时多级齿轮同时进行采样处理，将最后得到的数据进行机械上的误差消除，以完全数字式的前后级递进方式得到结果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于可编程线性霍尔的液压缸位移检测装置，所述液压缸连接有活塞连接杆(1)，其特征在于，所述装置包括上部外壳(5)、下部外壳(6)，所述活塞连接杆(1)的端部连接有磁性运动体，所述下部外壳(6)内安装有可编程线性霍尔元件(8)、PCB板(7)、信号处理电路。

2.根据权利要求1所述的基于可编程线性霍尔的液压缸位移检测装置，其特征在于，所述磁性运动体为沿长度方向延伸的永磁体(3)，所述活塞连接杆(1)的端部设置有位于上部外壳(5)内的延伸体(4)，所述沿长度方向延伸的永磁体(3)设置于延伸体(4)内，所述永磁体(3)为径向充磁。

3.根据权利要求1所述的基于可编程线性霍尔的液压缸位移检测装置，其特征在于，所述上部外壳(5)的端部设置有用于密封活塞连接杆(1)和上部外壳(5)之间间隙的伸缩密封环(2)。

4.根据权利要求2所述的基于可编程线性霍尔的液压缸位移检测装置，其特征在于，所述上部外壳(5)为内部中空的长方体结构，所述延伸体(4)为圆柱体结构，且所述延伸体(4)的直径大于活塞连接杆(1)的截面边长。

5.根据权利要求2所述的基于可编程线性霍尔的液压缸位移检测装置，其特征在于，所述可编程线性霍尔元件的数量为1个、2个或多个，当数量为2个或多个时，所述可编程线性霍尔元件沿活塞连接杆(1)的长度延伸方向布置。

6.根据权利要求2所述的基于可编程线性霍尔的液压缸位移检测装置，其特征在于，所述永磁体(3)的长度小于上部外壳(5)长度的一半。

7.根据权利要求2所述的基于可编程线性霍尔的液压缸位移检测装置，其特征在于，所述延伸体(4)与活塞连接杆(1)为一体结构。

8.根据权利要求1所述的基于可编程线性霍尔的液压缸位移检测装置，其特征在于，所述磁性运动体为磁环(16)，所述活塞连接杆(1)的端部外侧设置有齿条(10)，所述齿条(10)外侧设置有若干级依次啮合的齿轮，其中，第一级齿轮与齿条(10)啮合，至少最后一级齿轮上设置有同轴旋转的附加齿轮(15)，所述磁环(16)内侧设置有与附加齿轮(15)啮合的内齿，所述磁环(16)为径向充磁。

9.根据权利要求8所述的基于可编程线性霍尔的液压缸位移检测装置，其特征在于，所述若干级齿轮的半径按比例依次增大。

10.根据权利要求1所述的基于可编程线性霍尔的液压缸位移检测装置，其特征在于，当所述磁性运动体运动时，磁场发生变化，所述可编程线性霍尔元件和信号处理电路产生连续函数类型的输出电压信号。

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