專利名稱：臂式光電角位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及角位置傳感器，更具體地說(shuō)尤其是應(yīng)用在工程結(jié)構(gòu)中用于測(cè)量工程結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)動(dòng)角度的傳感器。
背景技術(shù)：
工程結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生角位移，如民用住宅的樓板與墻面之間、寫(xiě)字樓框架的梁與柱之間、工 業(yè)廠房的行車梁與柱之間、橋梁拱桁架的合攏以及設(shè)備的平移安裝等都會(huì)發(fā)生角位移，它們 的角位移量有的不足l度，有的接近360度。
測(cè)量工程結(jié)構(gòu)角位移是為了解掌握工程結(jié)構(gòu)受力及剛度等來(lái)進(jìn)行科學(xué)研究，為工程的設(shè) 計(jì)、改建、加固等提供依據(jù)，也為工程結(jié)構(gòu)施工和設(shè)備安裝的控制提供技術(shù)參數(shù)。尤其是象 橋梁拱桁架合攏等工程施工的同步自動(dòng)控制時(shí)，不但要求測(cè)量角位移的傳感器有較高的精 度，而且要有較大的量程， 一般精度要求在5%度，量程大于180度。同時(shí)，還要求傳感器 有較高的靈敏度并能與計(jì)算機(jī)聯(lián)接。
目前巳有的機(jī)械式、碼盤(pán)式或光柵式角位移傳感器，由于精度較低或量程較小，導(dǎo)致使 用上受到局限或存在有不便，不能同時(shí)滿足具有精度高且量程大的要求的工程結(jié)構(gòu)角位移的
機(jī)械式角位移傳感器是靠齒輪組變速放大來(lái)提高測(cè)量精度的，為了能人工讀數(shù)的方式得 出測(cè)量數(shù)據(jù)，需要龐大復(fù)雜的精密齒輪組和很高要求的材料及加工工藝。否則，其系統(tǒng)誤差 就難以保證測(cè)量精度，所以該種傳感器當(dāng)要求高精度時(shí)量程做的較小，或者滿足量程大要求 時(shí)精度降低。另外，該種傳感器不能直接與計(jì)算機(jī)聯(lián)接，較難應(yīng)用于工程的自動(dòng)控制
碼盤(pán)式角位移傳感器的工作原理是在圓盤(pán)上刻有二進(jìn)制或十進(jìn)制的編碼，用光電掃描的 方式來(lái)讀數(shù)。由于碼條的寬度不能做得很細(xì)，影響了測(cè)量的精度，因此量程大而精度低。
光柵式角位移傳感器的工作原理是在圓盤(pán)上的光柵為代碼，也采用光電掃描的方式來(lái)讀 數(shù)。由于光柵條的寬度不能做得很細(xì)，影響了測(cè)量的精度，同樣是量程大而精度低。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種適用于同時(shí)有精度高且 量程大要求的工程結(jié)構(gòu)角位移的測(cè)量的臂式光電角位移傳感器。 本實(shí)用新型解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案
本實(shí)用新型臂式光電角位移傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是
設(shè)置傳動(dòng)臂桿，所述傳動(dòng)臂桿的一端懸出，另一端固聯(lián)于傳動(dòng)主軸，并可帶動(dòng)傳動(dòng)主軸 轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)主軸是設(shè)置在圓柱形機(jī)殼內(nèi)的中心軸，傳動(dòng)主軸以其位于圓柱形機(jī)殼一側(cè)的柱端 面上的軸伸端與傳動(dòng)臂桿固聯(lián)，圓柱形機(jī)殼以其外圓周面固定于底座，并與底座呈"P"形 設(shè)置，以底座固聯(lián)于被測(cè)角一側(cè)面，以傳動(dòng)臂桿的懸出端抵靠于被測(cè)角的另一側(cè)面；
在圓柱形機(jī)殼內(nèi)，傳動(dòng)主軸支承在機(jī)殼側(cè)壁上，設(shè)置齒輪減速機(jī)構(gòu)，齒輪減速機(jī)構(gòu)是以 傳動(dòng)主軸為轉(zhuǎn)動(dòng)輸入，以調(diào)制葉輪為轉(zhuǎn)動(dòng)輸出；
設(shè)置由調(diào)制葉輪和以發(fā)射極與接收極分置于調(diào)制葉輪兩側(cè)的光電斷續(xù)器構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào) 檢測(cè)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)制葉輪以其輪齒在發(fā)射極與接收極之間形成光阻隔，以相鄰輪齒的齒間 在發(fā)射極與接收極之間形成透光。
本實(shí)用新型臂式光電角位移傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于
由發(fā)射極和接收極構(gòu)成的光電斷續(xù)器為兩只，兩只光電斷續(xù)器對(duì)應(yīng)于調(diào)制葉輪的不同的 圓周角位置上。
在齒輪減速機(jī)構(gòu)中，設(shè)置防反轉(zhuǎn)棘輪。
在齒輪減速機(jī)構(gòu)為一組由大到小依序嚙合的傳動(dòng)齒輪，設(shè)置主動(dòng)齒輪與傳動(dòng)主軸固聯(lián)， 所述棘輪為齒輪組中最大的從動(dòng)齒輪，用于驅(qū)動(dòng)調(diào)制葉輪的為最小從動(dòng)齒輪。
在傳動(dòng)臂桿所在一側(cè)的圓柱形機(jī)殼的柱端面上，設(shè)置凸出于所在柱端面的彈簧鎖桿，并 設(shè)置與彈簧鎖桿聯(lián)動(dòng)、輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)。
在傳動(dòng)臂桿懸出的一端置有滾輪，傳動(dòng)臂桿與其所抵靠的被測(cè)角的側(cè)面是通過(guò)滾輪滾動(dòng) 接觸。
本實(shí)用新型利用傳動(dòng)臂桿傳遞角位移、以齒輪組變速進(jìn)行信號(hào)放大，并以調(diào)制葉輪切換 光電斷續(xù)器光線的傳感方式進(jìn)行信號(hào)傳輸，最終可以由信號(hào)處理裝置獲得角位移量。 與巳有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果體現(xiàn)在:
1、 本實(shí)用新型特定的結(jié)構(gòu)形式尤其適用于測(cè)量工程結(jié)構(gòu)等的角位移，在滿足o.or精度的同時(shí)，能達(dá)到36(T轉(zhuǎn)角的量程，線性度好、環(huán)境要求低、體積小、重量輕；
2、 本實(shí)用新型直接將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào)，分辨率高、工作可靠，便于后續(xù)的 信號(hào)處理電路的設(shè)置，能夠滿足工程應(yīng)用的要求。


圖l本實(shí)用新型內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2本實(shí)用新型外部結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3本實(shí)用新型外部側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4本實(shí)用新型外部俯視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5本實(shí)用新型調(diào)制葉輪主視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6本實(shí)用新型調(diào)制葉輪側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號(hào)l滾輪、2傳動(dòng)臂桿、3傳動(dòng)主軸、5棘輪、6齒輪減速機(jī)構(gòu)、7調(diào)制葉輪、8 光電斷續(xù)器、9彈簧鎖桿、12機(jī)殼、13端板、14底座。
以下通過(guò)具體實(shí)施方式
，結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖2，設(shè)置傳動(dòng)臂桿2，傳動(dòng)臂桿2的一端置有滾輪1、另一端固聯(lián)于傳動(dòng)主軸3， 并可帶動(dòng)傳動(dòng)主軸3進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，為了使得傳動(dòng)臂桿2具有與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的傳感接觸回彈力， 可以在主軸3上設(shè)置回彈盤(pán)簧。
參見(jiàn)圖1，傳動(dòng)主軸3是設(shè)置在圓柱形機(jī)殼12內(nèi)的中心軸。
參見(jiàn)圖3、圖4，傳動(dòng)主軸3以其位于圓柱形機(jī)殼12 —側(cè)的柱端面上的軸伸端與傳動(dòng)臂 桿2固聯(lián)，圓柱形機(jī)殼12的另一側(cè)柱端面以端板13封閉為后蓋，圓柱形機(jī)殼12以其外圓 周面固定于底座14，并與底座14呈"P"形設(shè)置，底座14上有固定栓孔；
參見(jiàn)圖l，在圓柱形機(jī)殼12內(nèi)，傳動(dòng)主軸3活動(dòng)支承在機(jī)殼側(cè)壁上，設(shè)置齒輪減速機(jī) 構(gòu)，齒輪減速機(jī)構(gòu)是以傳動(dòng)主軸3為轉(zhuǎn)動(dòng)輸入，以調(diào)制葉輪7為轉(zhuǎn)動(dòng)輸出；
參見(jiàn)圖l、圖5和圖6，設(shè)置由調(diào)制葉輪7和以發(fā)射極與接收極分置于調(diào)制葉輪7兩側(cè) 的光電斷續(xù)器8構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)制葉輪7以其輪齒在發(fā)射極與接收極之間 形成光阻隔，以相鄰輪齒的齒間在發(fā)射極與接收極之間形成透光。
具體實(shí)施中，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式也包括
為了分辨轉(zhuǎn)動(dòng)方向，由發(fā)射極和接收極構(gòu)成的光電斷續(xù)器8為兩只，兩只光電斷續(xù)器8 對(duì)應(yīng)于調(diào)制葉輪7的不同的圓周角位置上。
為了防止反轉(zhuǎn)，在齒輪減速機(jī)構(gòu)中，設(shè)置防反轉(zhuǎn)棘輪5。
齒輪減速機(jī)構(gòu)6為一組由大到小依序嚙合的傳動(dòng)齒輪，設(shè)置主動(dòng)齒輪與傳動(dòng)主軸3固聯(lián)， 棘輪5為齒輪組中最大的從動(dòng)齒輪，用于驅(qū)動(dòng)調(diào)制葉輪7的為最小從動(dòng)齒輪。
在傳動(dòng)臂桿2所在一側(cè)的圓柱形機(jī)殼12的柱端面上，設(shè)置凸出于所在柱端面的彈簧鎖 桿9，采用彈簧碰珠的結(jié)構(gòu)形式，并設(shè)置與彈簧鎖桿9聯(lián)動(dòng)、輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)。傳 感器安裝位置變化會(huì)引起滾輪接觸高度不同而產(chǎn)生測(cè)量偏差，彈簧鎖桿9上設(shè)置聯(lián)動(dòng)的微動(dòng) 開(kāi)關(guān)，以微動(dòng)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)信號(hào)為數(shù)字信號(hào)處理電路提供修正基準(zhǔn)；彈簧鎖桿9同時(shí)也用于非
在用狀態(tài)下將轉(zhuǎn)桿臂桿2卡止在彈簧鎖桿9所在位置處，便于存放；手動(dòng)適當(dāng)提起傳動(dòng)臂桿 即可解除這一卡止?fàn)顟B(tài)，轉(zhuǎn)而投入使用。
使用狀態(tài)下，底座14通過(guò)固定螺栓和底座14上的固定栓孔固定于相對(duì)不位移的物體上， 依靠回彈盤(pán)簧的彈力將設(shè)置在傳動(dòng)臂桿2的另一端的滾輪1抵靠在被測(cè)的構(gòu)件上，滾輪1設(shè) 置可以減小傳動(dòng)阻力，真實(shí)傳遞角位移量；被測(cè)的工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的角位移經(jīng)傳動(dòng)臂桿2帶動(dòng) 傳動(dòng)主軸3，使傳動(dòng)主軸3發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；齒輪減速機(jī)構(gòu)的設(shè)置使得當(dāng)傳動(dòng)主軸轉(zhuǎn)過(guò)一周，調(diào)制 葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)萬(wàn)次數(shù)，由此可以大大提高測(cè)量精度。
兩個(gè)光電斷續(xù)器8的發(fā)射極和接收極分別置于調(diào)制葉輪7輪面的兩側(cè)，隨著調(diào)制葉輪7 的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)調(diào)整葉輪7的輪齒阻擋了發(fā)射極朝向接收極的光線時(shí)，接收極處于截止?fàn)顟B(tài)；而 當(dāng)調(diào)制葉輪的輪間不能對(duì)發(fā)射極的發(fā)射光線形成阻擋時(shí)，接收極由于接收光信號(hào)處于導(dǎo)通狀 態(tài)，以接收極的截止和導(dǎo)通形成數(shù)字式檢測(cè)信號(hào)的輸出。
當(dāng)被測(cè)的工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同方向的角位移時(shí)，調(diào)制葉輪按相應(yīng)方向的切換順序依次切換 兩個(gè)光電斷續(xù)器的光線，經(jīng)數(shù)字處理電路完成轉(zhuǎn)動(dòng)方向的識(shí)別。
本實(shí)用新型配套設(shè)置檢測(cè)信號(hào)數(shù)字處理裝置，用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)方向識(shí)別、控制、齒輪間隙 誤差修正、滾輪接觸點(diǎn)高度偏差修正、可逆計(jì)數(shù)和數(shù)碼顯示等，電路采用CMOS集成元件， 設(shè)置計(jì)算機(jī)接口電路。
權(quán)利要求1、一種臂式光電角位移傳感器，其特征是設(shè)置傳動(dòng)臂桿(2)，所述傳動(dòng)臂桿(2)的一端懸出，另一端固聯(lián)于傳動(dòng)主軸(3)，并可帶動(dòng)傳動(dòng)主軸(3)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述傳動(dòng)主軸(3)是設(shè)置在圓柱形機(jī)殼(12)內(nèi)的中心軸，傳動(dòng)主軸(3)以其位于圓柱形機(jī)殼(12)一側(cè)的柱端面上的軸伸端與所述傳動(dòng)臂桿(2)固聯(lián)，圓柱形機(jī)殼(12)以其外圓周面固定于底座(14)，并與所述底座(14)呈“P”形設(shè)置，以所述底座(14)固聯(lián)于被測(cè)角一側(cè)面，以所述傳動(dòng)臂桿(2)的懸出端抵靠于被測(cè)角的另一側(cè)面；在所述圓柱形機(jī)殼(12)內(nèi)，傳動(dòng)主軸(3)支承在機(jī)殼側(cè)壁上，設(shè)置齒輪減速機(jī)構(gòu)(6)，所述齒輪減速機(jī)構(gòu)(6)是以傳動(dòng)主軸(3)為轉(zhuǎn)動(dòng)輸入，以調(diào)制葉輪(7)為轉(zhuǎn)動(dòng)輸出；設(shè)置由所述調(diào)制葉輪(7)和以發(fā)射極與接收極分置于調(diào)制葉輪(7)兩側(cè)的光電斷續(xù)器(8)構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)制葉輪(7)以其輪齒在發(fā)射極與接收極之間形成光阻隔，以相鄰輪齒的齒間在發(fā)射極與接收極之間形成透光。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的臂式光電角位移傳感器，其特征是所述由發(fā)射極和接收極構(gòu) 成的光電斷續(xù)器(8)為兩只，兩只光電斷續(xù)器(8)對(duì)應(yīng)于所述調(diào)制葉輪(7)的不同的圓 周角位置上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的臂式光電角位移傳感器，其特征是在所述齒輪減速機(jī)構(gòu)(6) 中，設(shè)置防反轉(zhuǎn)棘輪(5)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的臂式光電角位移傳感器，其特征是在所述齒輪減速機(jī)構(gòu)(6) 為一組由大到小依序嚙合的傳動(dòng)齒輪，設(shè)置主動(dòng)齒輪與傳動(dòng)主軸(3)固聯(lián)，所述棘輪(5) 為齒輪組中最大的從動(dòng)齒輪，用于驅(qū)動(dòng)調(diào)制葉輪(7)的為最小從動(dòng)齒輪。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的臂式光電角位移傳感器，其特征是在所述傳動(dòng)臂桿(2)所在 一側(cè)的圓柱形機(jī)殼(12)的柱端面上，設(shè)置凸出于所在柱端面的彈簧鎖桿(9)，并設(shè)置與 所述彈簧鎖桿(9)聯(lián)動(dòng)、輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)的微動(dòng)開(kāi)關(guān)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的臂式光電角位移傳感器，其特征是在所述傳動(dòng)臂桿(2)懸出 的一端置有滾輪(1)，所述傳動(dòng)臂桿(2)與其所抵靠的被測(cè)角的側(cè)面是通過(guò)滾輪(1)滾 動(dòng)接觸。
專利摘要一種臂式光電角位移傳感器，其特征是傳動(dòng)臂桿一端懸出、另一端固聯(lián)傳動(dòng)主軸，并可帶動(dòng)傳動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)主軸是設(shè)置在圓柱形機(jī)殼內(nèi)的中心軸，圓柱形機(jī)殼以其外圓周面固定于底座，并與底座呈“P”形設(shè)置；在機(jī)殼內(nèi)設(shè)置齒輪減速機(jī)構(gòu)，以傳動(dòng)主軸為轉(zhuǎn)動(dòng)輸入，以調(diào)制葉輪為轉(zhuǎn)動(dòng)輸出；由調(diào)制葉輪和以發(fā)射極與接收極分別置于調(diào)制葉輪兩側(cè)的光電斷續(xù)器構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，調(diào)制葉輪以其輪齒在發(fā)射極與接收極之間形成光阻隔，以相鄰輪齒的齒間在發(fā)射極與接收極之間形成透光。本實(shí)用新型尤其適用于測(cè)量工程結(jié)構(gòu)等的角位移，同時(shí)滿足精度的大量程的要求，分辨率高、工作可靠，能夠滿足工程應(yīng)用的要求。
文檔編號(hào)G01D5/36GK201206985SQ20082003813
公開(kāi)日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月11日
發(fā)明者汪哲蓀, 王德才, 龍 陳 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)