CN2255037Y - 高精度脉冲式远距离位移传感器 - Google Patents

Abstract

一种高精度脉冲式远距离位移传感器，主要由扭力弹簧、张力杆、张力靠轮、滑轮、压滑轮、主滑轮、钢丝绳、光电编码器以及壳体和左、右端盖所组成，钢丝绳从主滑轮、压滑轮的凹槽内穿过，并通过滑轮和张力靠轮之间凹槽，通过光电编码器把主滑轮的旋转转化为电脉冲信号输出，可准确地进行位移、位置、速度、加速度的测量和控制，具有高频响，高精度，抗干扰能力强，结构简单合理，适用性强，使用方便等优点，具有较大的实施价值和社会经济效益。

Description

高精度脉冲式远距离位移传感器

本实用新型属于位移传感器，尤其是高精度脉冲式远距离位移传感器，适用于远距离动态测量和控制位置、速度和加速度等场合。

在本实用新型作出之前，国内外现有技术领域中，同类型远距离位移传感器一般都采用同步感应器或采用测速发电机。目前尚无性价比较高的较为理想的高精度远距离位移传感器，如液压电梯的位置控制一般采用干簧管或其它类型的无触点行程开关。液压电梯的速度控制一般都采用比例阀的流量小闭环控制，其直接原因是没有性能好、价格低、可靠性高的位移传感器，因此目前国内外尚无轿厢速度大闭环直接控制的先例，而采用其它方式小闭环控制。

本实用新型的任务是克服现有技术的缺点，提供一种结构简单合理、频响高、精度高、适用范围广、使用可靠的高精度脉冲式远距离位移传感器。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种高精度脉冲式远距离位移传感器，主要由扭力弹簧(2)、张力杆(5)、张力靠轮(7)、滑轮(8)、压滑轮(9)、(32)、主滑轮(31)、钢丝绳(34)、光电编码器(30)以及壳体(1)和左端盖(14)、右端盖(2 4)所组成。壳体(1)上装有由主滑轮(31)、压滑轮(9)、(32)、滑轮(8)和张力靠轮(7)组成的滑轮组，张力靠轮(7)装在张力杆(5)的轴(35)上，张力杆(5)装在轴(4)上，轴(4)左端有螺纹，用螺母(15)固定在壳体(1)上，扭力弹簧(2)的一端钩在轴(3)上，另一端钩在张力杆(5)的轴(6)上，轴(3)通过螺纹与壳体(1)连接，钢丝绳(34)从主滑轮(31)、压滑轮(9)、(32)的凹槽内穿过，并通过滑轮(8)和张力靠轮(7)之间的凹槽，钢丝绳(34)与滑轮组之间产生相对运动时，依靠钢丝绳(34)与主滑轮(31)之间摩擦使得主滑轮(31)产生旋转，在主滑轮(31)的凹槽表面设有与钢丝绳(34)啮合的螺旋面，以防止主滑轮打滑，张力靠轮(7)和滑轮(8)以及压滑轮(9)构成张力缓冲器，用以消除由于钢丝绳(34)在运行过程中出现的晃动和抖动对测量精度的影响，张力靠轮(7)、滑轮(8)、压滑轮(9)、(32)与其轴的配合均采用间隙配合，滑轮(9)、(32)与轴(10)、(33)通过卡簧(18)、(24)、螺母(17)、(26)固定在壳体(1)和右端盖(24)上，主滑轮(31)的一端与装在支架(29)上的光电编码器(30)通过万向节(28)相连接，支架(29)用螺钉(13)固定在左端盖(14)上，左端盖(14)和右端盖(24)用螺钉(16)固定在壳体(1)上，(25)为承载支架，由螺钉(11)固定在壳体(1)上，在壳体(1)上装有与主滑轮(31)的轴相配合的滑动轴承(20)、(22)，滑动轴承(22)装在壳体(1)上，滑动轴承(20)安装在右盖板(24)上，主滑轮(31)轴的右端有一个卡槽，卡簧(21)安装在卡槽内以防止滑动轴承(20)脱落，主滑轮(31)轴的左端与光电编码器(30)通过万向节(28)连接，螺钉(19)、(27)用于万向节(28)与主滑轮(31)轴以及光电编码器(30)主轴之间的固定，主滑轮(31)转动时，通过万向节(28)带动光电编码器(30)主轴转动，光电编码器(30)通过引线(12)设有5个输入输出口a、b、z、Vcc、Gnd，a、b口的脉冲信号相位差为90度，根据a或b的脉冲先后可判别出正反转，z口每转出一个脉冲用于判别每转脉冲数是否有漏计数，Vcc为电源，Gnd为地，由于本传感器采用脉冲式测量位移，因此具有较强的抗干扰能力，光电编码器(30)输出具有较高频响，主滑轮的直径和光电同步编码器的每转脉冲数决定了整个位移传感器的测量精度，因此可根据具体需要，选择主滑轮(31)的直径和光电编码器(30)每转输出的脉冲数，即可得到相应测量精度，在主滑轮(31)的凹槽表面设有与钢丝绳(34)啮合的螺旋面，以及张力靠轮(7)、滑轮(8)、压滑轮(9)构成的张力缓冲器，可有效地消除主滑轮(31)与钢丝绳(34)之间的相对滑动。

本实用新型的高精度脉冲式远距离位移传感器，其工作原理是：采用两端拉紧的钢丝绳(34)与一主滑轮(31)和压滑轮(9)、(32)以及张力靠轮(7)、滑轮(8)、光电编码器(30)等组成的位移测量装置，当钢丝绳(34)与滑轮组有相对运动时，依靠钢丝绳(34)与主滑轮(31)之间的摩擦使主滑轮(31)产生旋转，然后通过光电编码器(30)把主滑轮的旋转转化为电脉冲输出，每个脉冲与位移的对应关系可由下式表示： $W=\frac{\mathrm{\πD}}{M}$

式中W---位移值，D---主滑轮(31)直径，M为光电编码器(30)每转输出脉冲数。采用张力靠轮(7)是为了防止由于钢丝绳(34)在运行过程中出现的晃动影响测量精度。光电编码器(30)通过测量主滑轮(31)轴所转过的角度，以脉冲方式输出脉冲数，根据测得的脉冲数以及主滑轮(31)的圆周长即测得传感器所运行的位移，并通过单位时间内测得脉冲数或测得每个脉冲的周期以及累计脉冲数即可以算出速度、位移、加速度以及通过计算机等智能测量装置，可通过图表或曲线等方式输出有关的运行参数，达到有效地检测和控制的目的。

本实用新型的高精度脉冲式远距离位移传感器，与现有技术相比，较好解决了远距离测量和控制位移、位置、速度、加速度的问题，频响高，精度高，抗干扰能力强，结构简单合理，使用方便，可广泛适用于液压电梯等远距离位移等检测和控制的场合，具有较大的实施价值和社会经济效益。

图1为高精度脉冲式远距离位移传感器结构示意图。

图2为高精度脉冲式远距离位移传感器剖视展开结构示意图。

图3为高精度脉冲式远距离位移传感器后视结构示意图。

图4为主滑轮(31)凹槽螺旋面示意图。

图5为主滑轮(31)凹槽螺旋面展开示意图。

图6为主滑轮(31)、滑动轴承(20)、(22)、万向节(28)、光电编码器(30)装配示意图。

图7为压滑轮(9)与轴(10)装配示意图。

图8、图9为本传感器用于液压电梯中的安装结构示意图。

其中1-壳体，2-扭力弹簧，3-轴，4-轴，5-张力杆，6-轴，7-张力靠轮，8-滑轮，9-压滑轮，10-轴，11-螺钉，12-引线，13-螺钉，14-左端盖，15-螺母，16-螺钉，17-螺母，18-卡簧，19-螺钉，20-滑动轴承，21-卡簧，22-滑动轴承，23-卡簧，24-右端盖，25-支架，26-螺母，27-螺钉，28-万向节，29-支架，30-光电编码器，31-主滑轮，32-压滑轮，33-轴，34-钢丝绳，35-轴，36-液压缸筒，37-柱塞，38-滑轮，39-钢丝绳，40-轿厢，41-钢丝绳，42-滑轮，43-传感器。

图1至图9是本实用新型的实施例。如图1至图9所示，下面结合附图作详细说明。

如图1-图3所示，壳体(1)上装有主滑轮(31)、滑轮(8)、压滑轮(9)、(32)和安装在张力杆(5)的轴(35)上的张力靠轮(7)，钢丝绳(34)从主滑轮(31)、压滑轮(9)、(32)的凹槽穿过，并通过滑轮(8)和张力靠轮(7)之间的凹槽。工作时，钢丝绳(34)初始处于拉紧状态，壳体(1)通过支架(25)固定在电梯轿厢上，当电梯轿厢运动时，钢丝绳(34)与壳体(1)产生相对运动，由于钢丝绳(34)与主滑轮(31)凹槽表面的摩擦作用使得主滑轮(31)转动，主滑轮(31)通过滑轮轴经万向节(28)带动光电编码器(30)的主轴转动，光电编码器(30)把转动的角度信号变为脉冲信号输出。张力靠轮(7)在扭力弹簧(2)的扭力作用下，使张力靠轮(7)向图示右方向运动，使得钢丝绳(34)与滑轮组之间保持稳定的压紧力，以保持钢丝绳(34)对滑轮组的压紧力，当钢丝绳(34)在某种因素作用下被拉紧，此时由于拉紧力的作用下，使得张力靠轮(7)向左方向图示运动，这时钢丝绳(34)相对在这之前伸长了，使得拉紧力减小，因此增加张力靠轮(7)可以吸收由于钢丝绳(34)晃动、伸长、拉紧等原因引起的不平稳因素，保持传感器运动平稳。

张力靠轮(7)装在张力杆(5)的轴(35)上，张力杆(5)装在轴(4)上，轴(4)左端有螺纹，用螺母(15)固定在壳体(1)上，扭力弹簧(2)两端分别钩在轴(3)、(6)上，轴(3)左端通过螺纹与壳体(1)连接，左端盖(14)和右端盖(24)用螺钉固定在壳体(1)上，当钢丝绳(34)与主滑轮(31)有相对运动时，钢丝绳(34)在拉紧力的作用下带动主滑轮(31)转动。钢丝绳(34)的拉紧力、包角的大小，钢丝绳(34)与主滑轮(31)之间的摩擦系数以及主滑轮(31)的直径，决定了钢丝绳带动滑轮转动的力矩的大小。为使得钢丝绳(34)与主滑轮(31)之间的相对滑动减少至最低限度，必须增加钢丝绳(34)的拉紧力或增大包角或选择合适材料做主滑轮(31)，以上因素都有一定限度，过于增大则可产生其它不良影响。本实用新型采用在主滑轮(31)凹槽表面加工成如图4所示形状的螺旋面，沿圆周方向展开后的曲面如图5所示，实质上是一圆柱螺旋面。在图4中，D为主滑轮(31)的内圆面直径，D＝N×P，其中P为钢丝绳导程，N为正整数(1，2，3，4，5，……)，d为钢丝绳外径。主滑轮(31)凹槽表面加工成螺旋面如图5，其目的是使得钢丝绳(34)与主滑轮(31)表面之间的摩擦增加以消除相对滑动，另外主滑轮(31)的轴与滑动轴承(20)、(22)之间存在的摩擦力矩，该摩擦力矩与上述力矩相反，因此必须减小到最低限度，并使之满足M＞＞m，M为钢丝绳(34)对主滑轮(31)的摩擦力矩，m为滑动轴承(20)、(22)对主滑轮(31)轴的摩擦力矩。如满足M＞＞m，则主滑轮(31)轴与滑动轴承(20)、(22)之间摩擦力可以忽略。

在主滑轮(31)凹槽表面加工成如图4所示的曲面，把该曲面沿圆周方向展开时即为钢丝绳(34)的螺旋面如图5所示，采用螺旋面啮合，可大大增加钢丝绳(34)与主滑轮(31)相互之间摩擦力矩，有效地减小或消除钢丝绳(34)与主滑轮(31)之间的相对滑动，为使减小主滑轮(31)轴与滑动轴承(20)、(22)之间的摩擦力矩，滑动轴承(20)、(22)采用含油轴承以及添加润滑剂，使得主滑轮(31)轴与滑动轴承(20)、(22)之间的摩擦力矩减小到最低限度。

主滑轮(31)、滑动轴承(20)、(22)之间装配如图6所示，滑动轴承(22)装在壳体(1)上，滑动轴承(20)装在右盖板上，主滑轮(31)轴的右端设有卡槽，卡簧(21)装在卡槽内以防止滑动轴承(20)脱落。主滑轮(31)轴左端与万向节(28)连接，螺钉(19)、(27)用于万向节(28)与主滑轮(31)轴以及光电编码器(30)主轴固定。光电编码器(30)装在支架(29)上，支架(29)通过螺钉(13)固定在左端盖(14)上，主滑轮(31)转动时，通过万向节(28)带动光电编码器(30)主轴转动。

压滑轮(9)、(32)的作用是增大钢丝绳(34)与主滑轮(31)之间的包角，压滑轮(9)、(32)与钢丝绳(34)之间的相对滑动不影响位移测量精度，张力靠轮(7)、滑轮(8)、压滑轮(9)、(32)与轴之间的配合均采用间隙配合，以压滑轮(9)与轴(10)为例如图7所示，压滑轮(9)与轴(10)采用间隙配合，轴(10)右端有一卡槽，卡簧(18)装在卡槽内，轴(10)左端有螺纹，通过螺母(17)使得轴(10)固定壳体(1)上，轴肩一是起固定作用，二是起调整压滑轮(9)凹槽的中心位置。

本传感器用于液压电梯中安装结构如图8、图9所示，液压缸筒(36)固定在地基上，柱塞(37)装在液压缸筒(36)内，柱塞(37)顶端装有滑轮(38)，轿厢钢丝绳(39)的一端固定在地基上，另一端固定在轿厢(40)上，本实用新型的位移传感器(43)安装方法有以下两种方法：方法1如图8所示，把本实用新型的传感器(43)固定在某一固定位置，钢丝绳(41)通过电梯井道顶部和底部两只滑轮(42)，钢丝绳(41)两端都连接在轿厢(40)上。方法2如图9所示，把传感器(43)安装在轿厢(40)上，钢丝绳(41)一端固定在电梯井道顶部，另一端固定在电梯井道的地基上，轿厢(40)运动时带动钢丝绳(41)运动，钢丝绳(41)带动传感器(43)的主滑轮(31)转动，通过光电编码器(30)输出脉冲信号，光电编码器(30)有5个输出端a、b、z、Vcc、Gnd，光电编码器(30)脉冲输出具有很高频响，决定了该传感器位移测量有较高精度，光电编码器电源采用12-24V，在远距离位移信号传输具有较好的性能，抗干扰能力强，重复精度高，使用方便可靠，同样适用于电梯的速度、加速度等性能的测试和控制。

Claims (1)

1、高精度脉冲式远距离位移传感器，其特征是主要由扭力弹簧(2)、张力杆(5)、张力靠轮(7)、滑轮(8)、压滑轮(9)、(32)、主滑轮(31)、钢丝绳(34)、光电编码器(30)以及壳体(1)和左端盖(14)、右端盖(24)所组成。壳体(1)上装有主滑轮(31)、压滑轮(9)、(32)以及滑轮(8)、张力靠轮(7)组成的滑轮组，张力靠轮(7)、滑轮(8)、压滑轮(9)、(32)与轴采用间隙配合，张力靠轮(7)装在张力杆(5)的轴(35)上，扭力弹簧(2)两端分别钩在轴(6)和轴(3)上，轴(3)的一端与壳体(1)连接，另一端固定在右端盖(24)上，张力杆(5)装在轴(4)上，通过螺母(15)固定在壳体(1)上，主滑轮(31)的一端与装在支架(29)上的光电编码器(30)通过万向节(28)相连接，支架(29)通过螺钉(13)固定在左端盖(14)上，左端盖(14)和右端盖(24)用螺钉(16)固定在壳体(1)上，在壳体(1)上装有与主滑轮(31)的轴相配合的滑动轴承(22)，张力靠轮(7)、滑轮(8)、压滑轮(9)构成张力缓冲器，钢丝绳(34)从主滑轮(31)、压滑轮(9)、(32)的凹槽内穿过，并通过滑轮(8)和张力靠轮(7)之间的凹槽，在主滑轮(31)的凹槽表面设有与钢丝绳(34)啮合的螺旋面。

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