[发明专利]一种拉线式位移传感器及基于该传感器的测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及测量仪器领域，尤其涉及一种拉线式位移传感器及基于该传感器的测量系统。

背景技术

现有工业、军事对物体空间运动的测量要求越来越高，并且环境越来越复杂，利用原有的测量方式，已不能满足测量精度、环境、频率、耦合等要求。位移传感器是测量系统中的重要组成部分，其中，拉线式位移传感器在工业、军事等测量中具有非常广泛的应用。

传统的拉线式位移传感器大多采用多圈电位器作为位移传感器转角测量的核心部件，它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出，普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系，电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连，物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压，把电阻变化转换为电压输出。传统的拉线式位移传感器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯变化，其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件的时，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。同时，电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损、分辨力差、阻值偏低、高频特性差，从而导致测量精度的下降，而且由于受电位器圈数限制，难以满足大位移、高精度等应用领域的测量，导致拉线式位移传感器的应用范围受到很大的限制。

因此，研究出一种无接触式的拉线式位移传感器技术，并开发满足工业测量应用的高性能拉线式位移传感器，具有一定的现实意义与实用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何克服传统的拉线式位移传感器中的电位器存在易磨损、分辨力差、阻值低、高频特性差等的缺点，以及传统的位移传感器难以满足大位移且测量精度低等的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种拉线式位移传感器，包括轮毂、拉线、恒力弹簧、轴承、磁铁、磁敏芯片和壳体，所述拉线盘绕设置在轮毂的转轴上，所述恒力弹簧与轮毂相连，所述磁铁固定设置在所述转轴上并与转轴同轴，所述磁敏芯片与磁铁之间具有一定轴向间隙，所述磁敏芯片包括磁纳米膜，所述磁纳米膜为闭合的环状结构，且所述磁纳米膜沿环状结构的长度方向形成闭合磁路，所述环状结构的宽度小于环状结构的边长。

进一步地，所述拉线用于测量位移量，所述轮毂用于将所述位移量转化为旋转角度。

进一步地，所述环状结构的宽度为100nm-30mm，所述环状结构的边长为1mm-300mm。

进一步地，所述磁敏芯片与磁铁之间的轴向间隙为5mm。

相应地，本发明还提供了一种基于拉线式位移传感器的测量系统，包括上述的拉线式位移传感器、处理元件、通讯接口和显示元件，所述拉线式位移传感器用于采集位移量信息并将所述位移量信息转化为旋转角度信息，所述处理元件用于将所述旋转角度信息进行处理得出位移量，所述通讯接口用于将位移量以数字信号输出，所述显示元件用于显示所述数字信号。

进一步地，所述处理元件包括计算单元，所述计算单元用于根据旋转角度信息计算得出位移量。

进一步地，所述通讯接口为串行SPI接口和USART接口。

进一步地，所述系统还包括故障检测模块和报警模块，所述故障检测模块用于检测所述拉线式位移传感器和处理模块是否出现故障，所述报警模块用于在系统出现故障后进行报警。

进一步地，所述系统还包括存储模块，所述存储模块用于在系统出现故障后保存数据信息。

本发明的拉线式位移传感器及基于该传感器的测量系统，具有如下有益效果：

1、本发明的位移传感器线性精度高、使用简单、性能稳定且能够满足多数工业领域对位移测量的要求。

2、本发明位移传感器可将位移量转换为轮毂旋转角度的测量，从而避免采用电位器，且测量精度高，其中磁敏芯片所感应的角度信号能够随着磁场强度、温度等因素的变化进行自适应补偿，在恶劣环境下扔能够有较高的精确度。

3、本发明的系统中当出现系统故障时能够及时保存测量的数据，性能非常稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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它附图。