專利名稱：具有高防護(hù)等級(jí)的角度直接檢測(cè)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種傳感器，具體地說是可以應(yīng)用于特殊惡劣環(huán)境的傳感器。
背景技術(shù)：
檢測(cè)轉(zhuǎn)角的傳感器又稱為編碼器，如光電編碼器，其基本原理為在不透明的圓形薄片上雕刻?hào)趴祝t外對(duì)管感器安裝在光柵圓盤兩側(cè)，將光線照射在光柵圓盤上，由于柵 孔的存在，隨著光柵圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，紅外對(duì)管將產(chǎn)生一個(gè)個(gè)脈沖，通過讀取脈沖個(gè)數(shù)，即可記 錄光柵圓盤所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。光電編碼器原理簡(jiǎn)單，且隨著光柵尺制造技術(shù)的提高，其體積和 價(jià)格已經(jīng)很合理，故該類傳感器種類很多，應(yīng)用很廣泛。但是光電編碼器有個(gè)缺陷，就是對(duì) 傳感器所處工作環(huán)境有較高要求，由于必須保證光線的可靠傳輸，其一般都帶有密封的殼 體，防止粉塵的進(jìn)入，同時(shí)保證檢測(cè)元件周圍的外界光線干擾很低，同時(shí)由于紅外對(duì)管與光 柵尺之間必須沒有隔離，所以一般紅外對(duì)管及檢測(cè)電路都是與外界空氣直接接觸的，水密 性較差，不能用在特殊場(chǎng)合。在特殊場(chǎng)合，例如反應(yīng)釜內(nèi)、高粉塵環(huán)境、液體容器內(nèi)等，這些場(chǎng)合的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)等 設(shè)備的轉(zhuǎn)軸角度檢測(cè)就需要采用非光學(xué)性的，非直接接觸式的方法。如龔征華等人所著論 文《基于角度傳感器的水動(dòng)力裝置水翼控制系統(tǒng)》里面說給出的應(yīng)用在水下進(jìn)行角度檢測(cè) 的方法就是利用小型的永磁聯(lián)軸器將所需檢測(cè)的轉(zhuǎn)軸角度通過磁耦合的方法傳遞到水下 密封艙內(nèi)，在密封艙內(nèi)磁耦合內(nèi)轉(zhuǎn)子與一電位計(jì)相連，利用磁耦合的方式將轉(zhuǎn)角信息間接 的傳遞到檢測(cè)元件上，該檢測(cè)方法由于磁耦合遲滯角的存在，故可以運(yùn)用在對(duì)角度實(shí)時(shí)跟 蹤要求不是很高場(chǎng)合，檢測(cè)精度也受磁耦合效果的影響。也有如由日本電產(chǎn)三協(xié)株式會(huì)社申請(qǐng)的專利號(hào)為200680024211. 2磁性編碼器， 其基本原理與光電編碼器一致，將磁性材料按N、S極性燒結(jié)在一圓形盤上，利用霍爾元件 檢測(cè)N、S磁場(chǎng)的變化，來記錄轉(zhuǎn)動(dòng)角度，但是傳感器測(cè)試精度取決于N、S極分別燒制的精 度，故一般精度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可用于高粉塵環(huán)境、高亮度、高污染環(huán)境、液體容器內(nèi) 部、攪拌反應(yīng)釜內(nèi)部的具有高防護(hù)等級(jí)的角度直接檢測(cè)傳感器。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明具有高防護(hù)等級(jí)的角度直接檢測(cè)傳感器，其特征是包括磁鐵架裝置、密封 殼、密封圈、檢測(cè)電路架、電纜接頭和電路板，電路板固定在檢測(cè)電路架上，密封殼與檢測(cè)電 路架相連，密封殼和檢測(cè)電路架中間安裝密封圈，磁鐵架裝置安裝在密封殼上，電纜接頭安 裝在檢測(cè)電路架上。本發(fā)明的具有高防護(hù)等級(jí)的角度直接檢測(cè)傳感器還可以包括1、所述的檢測(cè)電路架包括電路板支架、支撐柱、電路板和護(hù)套，支撐柱固定在電路 板支架的上表面，電路板通過支撐柱安裝在電路板支架上，護(hù)套套在電路板上。
2、所述的電路板包括芯片、電路基板和信號(hào)處理元器件，芯片安裝在電路基板的上表面，信號(hào)處理元器件安裝在電路基板的下表面。3、所述的磁鐵架裝置包括磁鐵、磁鐵架和轉(zhuǎn)軸固定零件，磁鐵架的前方和側(cè)方分 別開有孔，磁鐵通過磁鐵架前方的孔安裝在磁鐵架中，轉(zhuǎn)軸固定零件通過磁鐵架側(cè)方的孔 安裝在磁鐵架中。4、所述的轉(zhuǎn)軸固定零件為緊定螺釘或圓柱銷。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于本發(fā)明具有高防護(hù)等級(jí)、高檢測(cè)精度，可用于特殊場(chǎng)合，包括 高粉塵環(huán)境、高亮度、高污染環(huán)境、液體容器內(nèi)部、攪拌反應(yīng)釜內(nèi)部，還可用于高壓環(huán)境下進(jìn) 行高精度角度檢測(cè)。


圖1是本發(fā)明的檢測(cè)用磁鐵架示意圖；圖2是本發(fā)明的磁鐵架與轉(zhuǎn)軸安裝關(guān)系示意圖；圖3是本發(fā)明的檢測(cè)芯片電路板示意圖；圖4是本發(fā)明的檢測(cè)電路板固定方式示意圖；圖5是本發(fā)明的獨(dú)立封裝傳感器爆炸效果圖；圖6是本發(fā)明的獨(dú)立封裝傳感器安裝關(guān)系示意圖；圖7是本發(fā)明的磁鐵架與密封殼體固定方式示意圖；圖8是本發(fā)明的檢測(cè)部分用于內(nèi)壓容器上的集成安裝示意圖；圖9是本發(fā)明的檢測(cè)部分與壓力罐進(jìn)行集成化安裝時(shí)各部件安裝關(guān)系示意圖；圖10是本發(fā)明的檢測(cè)部分用于外壓容器上的集成安裝示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1 10，本發(fā)明包括磁鐵架裝置、密封殼、密封圈、檢測(cè)電路架、螺釘、電纜 接頭和電路板，電路板固定在檢測(cè)電路架上，密封殼和檢測(cè)電路架通過螺釘連接，密封殼和 檢測(cè)電路架中間安裝密封圈，磁鐵架裝置安裝在密封殼上，電纜接頭安裝在檢測(cè)電路架上。圖1所示為本發(fā)明的檢測(cè)用磁鐵架示意圖，磁鐵架裝置5主要由檢測(cè)用磁鐵1、磁 鐵架2、轉(zhuǎn)軸固定零件3組成。其中磁鐵1的材料、尺寸需符合所選霍爾編碼器檢測(cè)芯片的 要求，仍以雷尼紹(RENISHAW)公司的AM8192B1芯片為例，其所需磁鐵要求為圓柱形，直徑 為4毫米，高為4毫米，材料為Sm2Col7，材料剩磁為1. 05特斯拉，溫度系數(shù)為-0. 03%/°C, 居里溫度720°C，磁場(chǎng)為圓表面N、S磁化，磁化均勻性越高對(duì)測(cè)量精度影響越小。為提高磁 鐵1的使用壽命，可在其表面涂鍍耐腐蝕防護(hù)層。磁鐵架2用來固定磁鐵1與旋轉(zhuǎn)軸4，固 定方式如圖2所示，如此固定后磁鐵1即能跟隨旋轉(zhuǎn)軸4進(jìn)行同步轉(zhuǎn)動(dòng)，由于檢測(cè)芯片對(duì)磁 鐵1的轉(zhuǎn)動(dòng)同軸度有一定要求，故磁鐵架2需要較高的加工精度，其材質(zhì)可根據(jù)具體使用環(huán) 境、加工工藝條件等選擇非鐵磁性材料，為了保證最終安裝后的轉(zhuǎn)動(dòng)潤(rùn)滑性，可選擇聚四氟 乙烯等自潤(rùn)滑耐磨材質(zhì)，而對(duì)于化工等易腐蝕場(chǎng)合，則可選用碳化硅等陶瓷材料進(jìn)行燒結(jié)， 以提高其自身的壽命。如圖2所示，轉(zhuǎn)軸固定零件3為用來固定磁鐵架2和旋轉(zhuǎn)軸4的，其 根據(jù)工藝需要可以是緊定螺釘，也可以是圓柱銷等，主要實(shí)現(xiàn)磁鐵架2和旋轉(zhuǎn)軸4的牢靠固定。該固定方式能夠使檢測(cè)磁鐵1可靠的跟隨旋轉(zhuǎn)軸4進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量角度的精度較好，但 是對(duì)后期的安裝精度要求較高，如果對(duì)測(cè)量精度要求不高，為降低后期安裝精度，也可在磁 鐵架2和旋轉(zhuǎn)軸4之間利用萬向連軸節(jié)或者彈性聯(lián)軸器等輔助零件進(jìn)行連接，這時(shí)磁鐵架 2上為安裝旋轉(zhuǎn)軸4輸入端而設(shè)計(jì)的凹坑可相應(yīng)的加工成為安裝輔助聯(lián)軸器零件的凸臺(tái)。 圖3、圖4、圖5、圖6為本發(fā)明所提供的獨(dú)立封裝形式的角度傳感器的各部分組成 圖、整體爆炸圖及安裝位置關(guān)系圖。圖3為本發(fā)明所用的檢測(cè)芯片電路板9，該電路板9主要由3大部件組成，分別 為檢測(cè)芯片6，電路板7，信號(hào)處理元器件8。檢測(cè)芯片6選用霍爾角度編碼器檢測(cè)芯片 (Angular magnetic encoder IC)，其主要負(fù)責(zé)檢測(cè)磁鐵1傳遞過來的角度信息，然后將該 信息以預(yù)定的方式解算傳遞出來；電路板7為PCB電路板主要提供相應(yīng)的布線、走線，以及 各電子元器件的焊盤，讓電子元件能夠通過焊接的形式牢固的固定在其上，形成一個(gè)能夠 實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的完整電路；信號(hào)處理元器件8由多種不同的電子元器件組成，實(shí)現(xiàn)將檢測(cè) 芯片6輸出的信息解算成抗干擾能力更強(qiáng)的數(shù)字或者模擬信號(hào)而輸出，例如可以將檢測(cè)到 的角度信息編譯成RS-232通訊協(xié)議，進(jìn)行輸出，提高信號(hào)的傳輸穩(wěn)定性。圖4為本發(fā)明的第二部分，檢測(cè)電路架14主要用途是將圖3所示的電路板9牢固 的固定起來，以保證磁鐵1和檢測(cè)芯片6之間的相對(duì)安裝精度能夠滿足穩(wěn)定、精確測(cè)量的要 求。電路板支架10上面開有各種不同的圓孔或者螺紋孔，用于安裝固定。電路板9通過支 撐柱11和螺釘12固定在電路板支架10上；支撐柱11起將電路板9定位支起的作用，為絕 緣防護(hù)考慮，支撐柱11應(yīng)盡量選擇絕緣材料，如尼龍等；而螺釘12則起固定作用，為保證電 路板9的穩(wěn)妥固定，螺釘12的數(shù)量應(yīng)不少于2顆。護(hù)套13以絕緣材料制成，用于保護(hù)芯片 6及電路板7表面不會(huì)與金屬材料直接接觸，從而發(fā)生意外，產(chǎn)生損毀，同時(shí)可以起到調(diào)整 檢測(cè)芯片6與密封殼體的間隙，護(hù)套13為輔助零件，電路板9被固定后安放在其上即可，也 可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的固定。圖5為本發(fā)明所提供的獨(dú)立封裝角度傳感器的爆炸圖，圖6為本發(fā)明所提供的獨(dú) 立封裝角度傳感器的各部件安裝示意圖。其中密封殼16上開有法蘭面及一些小孔，用于固 定整個(gè)傳感器及密封整個(gè)電路板倉室。螺釘15即為用來將密封殼16和檢測(cè)電路架14連 接在一起形成密封艙室的，在密封殼16和檢測(cè)電路架14之間可以加裝密封圈17，以提高整 個(gè)密封艙室的耐壓能力。輸出電纜接頭18也可替換為信號(hào)電纜，其主要作用是為傳感器將 信號(hào)輸出提供一個(gè)統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的接口，根據(jù)防護(hù)需要，該零件可以選擇普通電纜接頭，而在 水下或者高壓環(huán)境下，則需要換成相應(yīng)的水密電纜頭或者耐壓電纜頭。如圖6所示，根據(jù)檢測(cè)芯片6的不同要求，磁鐵架裝置5與檢測(cè)電路架14的安裝 同軸度及間隙應(yīng)符合要求。其中密封殼16起到了將磁鐵1和檢測(cè)芯片6隔離的作用，故其 應(yīng)采用非鐵磁性材料進(jìn)行加工。根據(jù)檢測(cè)芯片6的實(shí)際要求，密封殼16的凹孔直徑D，和 壁厚d可以進(jìn)行具體調(diào)整，經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，使D與d取一個(gè)合理的數(shù)值，可以提高整個(gè)傳感 器的耐壓強(qiáng)度，仍以AM8192B1芯片為例，其d最大可達(dá)0.5毫米，若D設(shè)計(jì)為10毫米，密封 殼16選用鋁銅鎂合金2A12，則該傳感器理論耐壓強(qiáng)度可達(dá)35Mpa，完全能勝任各類高壓反 應(yīng)容器內(nèi)部的角度測(cè)量，而在材料經(jīng)過防腐處理后，可用于更為惡劣的環(huán)境內(nèi)，如深海作業(yè) 工具、水下ROV設(shè)備上等。 為進(jìn)一步提高磁鐵1與密封殼16和檢測(cè)芯片6的安裝精度及相對(duì)旋轉(zhuǎn)測(cè)量角度，給出了如圖7所示的整體封裝結(jié)構(gòu)形式。磁鐵架2被左右兩個(gè)軸承22所夾住，軸承一側(cè)為 擋圈23，其和同側(cè)軸承22組合，用來調(diào)整磁鐵1與密封殼16之間的間隙，確保間隙的均勻 與穩(wěn)定；另一側(cè)為蓋板20，其通過螺釘21固定在密封殼16上，利用其內(nèi)側(cè)的凸臺(tái)將軸承22 和磁鐵架2加緊，固定位置。磁鐵架2上仍開有輸入軸孔，配合緊定螺釘3來固定輸入軸。 該處，為提高軸承22的壽命，其可以改成碳化硅等材質(zhì)的滑動(dòng)軸承。如此設(shè)計(jì)，可以保證 磁鐵1和檢測(cè)芯片6及密封殼16之間的間隙均勻而有穩(wěn)定，使每次測(cè)量的精度更有保障。 而為了提高這種獨(dú)立封裝傳感器內(nèi)部各元器件的位置穩(wěn)定性，同時(shí)提高密封殼體的耐壓能 力，可以在其內(nèi)部進(jìn)行灌膠處理，將所有零件進(jìn)行固化。 圖8所示為本發(fā)明的傳感器檢測(cè)裝置與其他設(shè)備進(jìn)行集成化安裝，運(yùn)用在內(nèi)壓容器上的情況，如運(yùn)用于攪拌釜、反應(yīng)罐等場(chǎng)合，其中密封罐體25為容器；圖10所示為本發(fā)明 的傳感器檢測(cè)裝置與其他設(shè)備進(jìn)行集成化安裝，運(yùn)用在外壓容器上的情況，如運(yùn)用于水下 機(jī)器人、石油天然氣開拓等領(lǐng)域；圖9所示為本發(fā)明的傳感器檢測(cè)裝置與壓力罐進(jìn)行集成 化安裝時(shí)，各零部件的安裝關(guān)系示意圖。其相對(duì)安裝具體實(shí)施方法為，在密封罐體25上開 鉆一孔，將密封蓋24通過密封圈17和連接螺釘26與密封罐體25固定。密封蓋24參照密 封殼16制作有相應(yīng)的安裝孔，在干燥穩(wěn)定環(huán)境一側(cè)將檢測(cè)電路板9的檢測(cè)電路架14用螺 釘15固定在密封蓋24上，在需要檢測(cè)旋轉(zhuǎn)軸4的復(fù)雜環(huán)境內(nèi)，按圖2或者圖7所示的連接 方式將檢測(cè)用磁鐵1可靠的固定上，且與密封蓋另一側(cè)的檢測(cè)芯片6形成符合測(cè)量要求的 裝配關(guān)系。
權(quán)利要求
具有高防護(hù)等級(jí)的角度直接檢測(cè)傳感器，其特征是包括磁鐵架裝置、密封殼、密封圈、檢測(cè)電路架、電纜接頭和電路板，電路板固定在檢測(cè)電路架上，密封殼與檢測(cè)電路架相連，密封殼和檢測(cè)電路架中間安裝密封圈，磁鐵架裝置安裝在密封殼上，電纜接頭安裝在檢測(cè)電路架上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高防護(hù)等級(jí)的角度直接檢測(cè)傳感器，其特征是所述的 檢測(cè)電路架包括電路板支架、支撐柱、電路板和護(hù)套，支撐柱固定在電路板支架的上表面， 電路板通過支撐柱安裝在電路板支架上，護(hù)套套在電路板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有高防護(hù)等級(jí)的角度直接檢測(cè)傳感器，其特征是所 述的電路板包括芯片、電路基板和信號(hào)處理元器件，芯片安裝在電路基板的上表面，信號(hào)處 理元器件安裝在電路基板的下表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有高防護(hù)等級(jí)的角度直接檢測(cè)傳感器，其特征是所 述的磁鐵架裝置包括磁鐵、磁鐵架和轉(zhuǎn)軸固定零件，磁鐵架的前方和側(cè)方分別開有孔，磁鐵 通過磁鐵架前方的孔安裝在磁鐵架中，轉(zhuǎn)軸固定零件通過磁鐵架側(cè)方的孔安裝在磁鐵架 中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有高防護(hù)等級(jí)的角度直接檢測(cè)傳感器，其特征是所述的 磁鐵架裝置包括磁鐵、磁鐵架和轉(zhuǎn)軸固定零件，磁鐵架的前方和側(cè)方分別開有孔，磁鐵通過 磁鐵架前方的孔安裝在磁鐵架中，轉(zhuǎn)軸固定零件通過磁鐵架側(cè)方的孔安裝在磁鐵架中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有高防護(hù)等級(jí)的角度直接檢測(cè)傳感器，其特征是所 述的轉(zhuǎn)軸固定零件為緊定螺釘或圓柱銷。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有高防護(hù)等級(jí)的角度直接檢測(cè)傳感器，其特征是所述的 轉(zhuǎn)軸固定零件為緊定螺釘或圓柱銷。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有高防護(hù)等級(jí)的角度直接檢測(cè)傳感器，其特征是所述的 轉(zhuǎn)軸固定零件為緊定螺釘或圓柱銷。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有高防護(hù)等級(jí)的角度直接檢測(cè)傳感器，其特征是所述的 轉(zhuǎn)軸固定零件為緊定螺釘或圓柱銷。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供具有高防護(hù)等級(jí)的角度直接檢測(cè)傳感器。本發(fā)明包括磁鐵架裝置、密封殼、密封圈、檢測(cè)電路架、電纜接頭和電路板，電路板固定在檢測(cè)電路架上，密封殼與檢測(cè)電路架相連，密封殼和檢測(cè)電路架中間安裝密封圈，磁鐵架裝置安裝在密封殼上，電纜接頭安裝在檢測(cè)電路架上。本發(fā)明具有高防護(hù)等級(jí)、高檢測(cè)精度，可用于特殊場(chǎng)合，包括高粉塵環(huán)境、高亮度、高污染環(huán)境、液體容器內(nèi)部、攪拌反應(yīng)釜內(nèi)部，還可用于高壓環(huán)境。
文檔編號(hào)G01B7/30GK101819021SQ201010159029
公開日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者吳磊, 陳東華, 陳東良 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)