專利名稱：一種長度或角度測量裝置及其電路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及位移測量裝置，特別是一種一體化、便攜式的一種長度或角度測量裝置及其電路結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的電子長度測量裝置大多為齒輪齒條型，其原理為在待測物品設(shè)置一齒條，長度測量裝置上有同此齒條嚙合的小齒輪。小齒輪在齒條上滾動，位移測量裝置通過計(jì)數(shù)小齒輪滾動的周期數(shù)計(jì)算待測物品的長度。見國內(nèi)專利“高度計(jì)”，申請?zhí)枮?85109249。除上述專利文獻(xiàn)公開的長度測量裝置外，還有一種基于圓容柵角位移傳感器的齒輪齒條長度測量裝置。其原理是當(dāng)小齒輪在齒條上滾動時，帶動圓容柵角位移傳感器轉(zhuǎn)動，小齒輪每轉(zhuǎn)動一圈，圓容柵角位移傳感器輸出一定數(shù)量的脈沖信號，通過計(jì)數(shù)脈沖信號便可得出待測物品的長度。但是，上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷是整個測量裝置功耗大，且采用交流電源供電，體積大，安裝困難，基于圓容柵傳感器的長度測量裝置還具有測量精度低、容易受電氣干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于針對上述存在的問題，提供一種一體化、便攜式、低功耗的一種長度或角度測量裝置及其電路結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中的一種長度或角度測量裝置構(gòu)造的主要技術(shù)方案是這樣的包括齒輪、 外殼、光源、圓指示光柵、圓標(biāo)尺光柵、光敏元件、印刷電路板；所述光源、圓指示光柵、圓標(biāo)尺光柵、光敏元件、印刷電路板位于外殼內(nèi)；所述齒輪的一端與圓標(biāo)尺光柵的中央部分固定連接，齒輪的另一端延伸出外殼；光源位于圓標(biāo)尺光柵的一側(cè)，且光源與齒輪位于圓標(biāo)尺光柵的同側(cè)；圓指示光柵與光源相對，且圓指示光柵與光源中間隔有圓標(biāo)尺光柵；光敏元件位于印刷電路板上，與圓指示光柵相對，用以接收穿過圓標(biāo)尺光柵與圓指示光柵的光線；所述印刷電路板與圓標(biāo)尺光柵相對。本發(fā)明中的一種長度或角度測量裝置構(gòu)造的附加技術(shù)方案是這樣的 優(yōu)選地，還包括顯示屏，所述顯示屏設(shè)置于外殼外表面。優(yōu)選地，還包括按鈕，所述按鈕位于外殼外表面。本發(fā)明中的一種長度或角度測量裝置電路結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)方案是這樣的包括電源電路、控制處理單元、計(jì)數(shù)器、光敏元件信號處理電路與位移傳感器，其特征在于，所述電源電路向控制處理單元、計(jì)數(shù)器、光敏元件信號處理電路與位移傳感器供電；控制處理單元向電源電路輸出控制信號；位移傳感器的信號輸出端與光敏元件信號處理電路的信號出入端連接；所述光敏元件信號處理電路的信號輸出端與計(jì)數(shù)器的信號輸入端連接；計(jì)數(shù)器的信號輸出端與控制處理單元連接。本發(fā)明中的一種長度或角度測量裝置電路結(jié)構(gòu)的附加技術(shù)方案是這樣的優(yōu)選地，所述位移傳感器為圓光柵傳感器，所述圓光柵傳感器具有兩路相位正交的第一正弦信號輸出端、第二正弦信號輸出端以及零位信號輸出端。優(yōu)選地，光敏元件信號處理電路包括兩個結(jié)構(gòu)對稱的第一放大電路與第二放大電路以及兩個結(jié)構(gòu)對稱的第一比較器與第二比較器；所述第一放大電路的信號輸出端與第一比較器的信號輸入端連接；所述第二放大電路的信號輸出端與第二比較器的信號輸入端連接；第一放大電路的信號輸入端與圓光柵傳感器的第一正弦信號輸出端連接，第二放大電路的信號輸入端與圓光柵傳感器的第二正弦信號輸出端連接為光敏元件信號處理電路的信號輸入端；第一、第二比較器的信號輸出端為光敏元件信號處理電路的信號輸出端。優(yōu)選地，所述計(jì)數(shù)器為可逆計(jì)數(shù)器，所述可逆計(jì)數(shù)器具有零位信號輸入端，可逆計(jì)數(shù)器與第一比較器、第二比較器的信號輸出端連接，所述的零位信號輸入端還與圓光柵傳感器的零位信號輸出端連接，可逆計(jì)數(shù)器的輸出端接至控制處理單元。優(yōu)選地，還包括辨向電路，所述辨向電路的輸入端與第一比較器、第二比較器的信號輸出端連接，位移比較器的輸出端同時接至可逆計(jì)數(shù)器的方向控制端及控制處理單元。優(yōu)選地，還包括顯示電路，所述顯示電路的信號輸入端與控制處理單元連接。優(yōu)選地，還包括信號輸入終端，所訴信號輸入終端的信號輸出端與控制處理單元連接。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是
1、將位移傳感器、光敏元件信號處理電路、控制處理單元、計(jì)數(shù)器、顯示電路、操作按鈕集成在一起，采用低功耗涉及，使用電池供電，減小了裝置的體積，便于攜帶；
2、輸入齒輪與圓標(biāo)尺光柵直接連接，減小了整個轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動慣量，使得齒輪與齒條間的慣性作用力減小，從而延長了齒輪齒條的機(jī)械壽命；
3、采用辨向電路比較圓光柵傳感器輸出的兩路信號的相位差的正負(fù)可以測出帶有方向的位移值；
4、該裝置可以用于角度測量，通過齒條將直線長度轉(zhuǎn)換為角度可以用于直線位移測量。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中 圖1是本發(fā)明中長度測量裝置的構(gòu)造示意圖(側(cè)視圖)； 圖2是本發(fā)明中長度測量裝置的主視圖3本發(fā)明中長度測量裝置電路原理框圖。圖中標(biāo)記1外殼2齒輪3圓標(biāo)尺光柵4圓指示光柵5光源6光敏元件7印刷電路板8顯示屏9按鈕。
具體實(shí)施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只
4是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。如圖1所示，本發(fā)明提供了一種體積小、易于攜帶的長度測量裝置。該長度測量裝置構(gòu)造是這樣的包括齒輪2、外殼1、光源5、圓指示光柵4、圓標(biāo)尺光柵3、光敏元件6、印刷電路板7 ；所述光源5、圓指示光柵4、圓標(biāo)尺光柵3、光敏元件6、印刷電路板7位于外殼內(nèi)； 所述齒輪2的一端與圓標(biāo)尺光柵3的中央部分固定連接，齒輪2的另一端延伸出外殼；光源 5位于圓標(biāo)尺光柵3的一側(cè)，且光源5與齒輪2位于圓標(biāo)尺光柵3的同側(cè)；圓指示光柵4與光源5相對，且圓指示光柵4與光源5中間隔有圓標(biāo)尺光柵3 ；光敏元件6位于印刷電路板 7上，與圓指示光柵4相對，用以接收投射過圓標(biāo)尺光柵3與圓指示光柵4的光線；所述印刷電路板7與圓標(biāo)尺光柵3相對。上述圓指示光柵4、圓標(biāo)尺光柵3、印刷電路板7所在的平面相互平行。在外殼外表面還設(shè)置有顯示屏8與操作按鈕9。如圖2。印刷電路板上具有信號處理與控制電路，用以將測量結(jié)果顯示到顯示屏上。操作按鈕9用以將用戶的操作信號傳輸至信號處理與控制電路。設(shè)置在所述印刷電路板上的長度測量裝置電路包括電源電路、控制處理單元、計(jì)數(shù)器、光敏元件信號處理電路與位移傳感器，所述電源電路向控制處理單元、計(jì)數(shù)器、光敏元件信號處理電路與位移傳感器供電；控制處理單元向電源電路輸出控制信號；位移傳感器的信號輸出端與光敏元件信號處理電路的信號入端連接；所述光敏元件信號處理電路的信號輸出端與計(jì)數(shù)器的信號輸入端連接；計(jì)數(shù)器的信號輸出端與控制處理單元連接。以下是長度測量裝置電路的一種優(yōu)選的實(shí)施方案
電源電路中采用多個電壓升壓或者降壓芯片，將3. 6V鋰離子電池輸出的電壓值轉(zhuǎn)換為5V、3. 3V等各個電路部分工作需要的電壓。所述位移傳感器為圓光柵傳感器，具有兩路正交的正弦信號輸出端，以及一路零位信號輸出端，零位信號輸出端用于確定待測位移的初始位置，接至可逆計(jì)數(shù)器的專用零位輸入口，該零位信號可以對可逆計(jì)數(shù)器清零。光敏元件信號處理電路包括兩個結(jié)構(gòu)對稱的第一放大電路與第二放大電路以及兩個結(jié)構(gòu)對稱的第一比較器與第二比較器；所述第一放大電路的信號輸出端與第一比較器的信號輸入端連接；所述第二放大電路的信號輸出端與第二比較器的信號輸入端連接；第一放大電路的信號輸入端與圓光柵傳感器的第一正弦信號輸出端連接，第二放大電路的信號輸入端與圓光柵傳感器的第二正弦信號輸出端連接為光敏元件信號處理電路的信號輸入端；第一、第二比較器的信號輸出端為光敏元件信號處理電路的信號輸出端。所述放大電路用于將圓光柵傳感器輸出的正弦信號放大到預(yù)設(shè)的幅值大小，比較器用于將正弦信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號。所述計(jì)數(shù)器為可逆計(jì)數(shù)器，可逆計(jì)數(shù)器與第一比較器、第二比較器的信號輸出端連接，可逆計(jì)數(shù)器的輸出端接至控制處理單元。為了測出位移的方向，還可以在該長度測量裝置電路中增加辨向電路，所述位移比較器與第一比較器、第二比較器的信號輸出端連接，辨向電路的輸出端接至可逆計(jì)數(shù)器的方向控制端及控制處理單元。上述長度測量裝置電路的工作原理是當(dāng)齒輪帶動圓光柵傳感器轉(zhuǎn)動一個光柵節(jié)距，圓光柵傳感器輸出兩路完整周期的正弦信號，兩路正交的正弦信號經(jīng)過光敏元件信號處理電路后轉(zhuǎn)換為兩路正交的脈沖信號，可逆計(jì)數(shù)器對兩路脈沖的邊緣(或者上、下跳沿) 計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)方向由辨向電路決定，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就代表了位移(或角位移)值；辨向電路用于檢測兩路信號的相位差，根據(jù)相位差判斷位移方向，從而控制可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行加計(jì)數(shù)還是減計(jì)數(shù)。長度測量裝置的電路還具有RS485接口電路，控制處理單元通過RS485接口電路將測得的位移信息傳輸至上位機(jī)。為了便于測量結(jié)果的顯示，所述長度測量裝置的電路還包括顯示電路(例如OLED 顯示器接口電路)，控制處理單元通過顯示電路將測量結(jié)果顯示到顯示屏上。該長度測量裝置電路還包括信號輸入終端，所述信號輸入終端的信號輸出端與控制處理單元連接，用以將電源開關(guān)、測量模式選擇、初始值設(shè)定等控制信號傳輸至控制處理單元。本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權(quán)利要求
1.一種長度或角度測量裝置，包括齒輪、外殼，其特征在于，還包括光源、圓指示光柵、 圓標(biāo)尺光柵、光敏元件、印刷電路板；所述光源、圓指示光柵、圓標(biāo)尺光柵、光敏元件、印刷電路板位于外殼內(nèi)；所述齒輪的一端與圓標(biāo)尺光柵的中央部分固定連接，齒輪的另一端延伸出外殼；光源位于圓標(biāo)尺光柵的一側(cè)，且光源與齒輪位于圓標(biāo)尺光柵的同側(cè)；圓指示光柵與光源相對，且圓指示光柵與光源中間隔有圓標(biāo)尺光柵；光敏元件位于印刷電路板上，與圓指示光柵相對，用以接收穿過圓標(biāo)尺光柵與圓指示光柵的光線；所述印刷電路板與圓標(biāo)尺光柵相對。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長度或角度測量裝置，其特征在于，還包括顯示屏，所述顯示屏設(shè)置于外殼外表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種長度或角度測量裝置，其特征在于，還包括按鈕，所述按鈕位于外殼外表面。
4.權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的一種長度或角度測量裝置的電路結(jié)構(gòu)，包括電源電路、控制處理單元、計(jì)數(shù)器、光敏元件信號處理電路與位移傳感器，其特征在于，所述電源電路向控制處理單元、計(jì)數(shù)器、光敏元件信號處理電路與位移傳感器供電；控制處理單元向電源電路輸出控制信號；位移傳感器的信號輸出端與光敏元件信號處理電路的信號出入端連接；所述光敏元件信號處理電路的信號輸出端與計(jì)數(shù)器的信號輸入端連接；計(jì)數(shù)器的信號輸出端與控制處理單元連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種長度或角度測量裝置的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述位移傳感器為圓光柵傳感器，所述圓光柵傳感器具有兩路相位正交的第一正弦信號輸出端、 第二正弦信號輸出端以及零位信號輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種長度或角度測量裝置的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，光敏元件信號處理電路包括兩個結(jié)構(gòu)對稱的第一放大電路與第二放大電路以及兩個結(jié)構(gòu)對稱的第一比較器與第二比較器；所述第一放大電路的信號輸出端與第一比較器的信號輸入端連接；所述第二放大電路的信號輸出端與第二比較器的信號輸入端連接；第一放大電路的信號輸入端與圓光柵傳感器的第一正弦信號輸出端連接，第二放大電路的信號輸入端與圓光柵傳感器的第二正弦信號輸出端連接為光敏元件信號處理電路的信號輸入端；第一、第二比較器的信號輸出端為光敏元件信號處理電路的信號輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種長度或角度測量裝置的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述計(jì)數(shù)器為可逆計(jì)數(shù)器，所述可逆計(jì)數(shù)器具有零位信號輸入端，可逆計(jì)數(shù)器與第一比較器、第二比較器的信號輸出端連接，所述的零位信號輸入端還與圓光柵傳感器的零位信號輸出端連接，可逆計(jì)數(shù)器的輸出端接至控制處理單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種長度或角度測量裝置的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括辨向電路，所述辨向電路的輸入端與第一比較器、第二比較器的信號輸出端連接，位移比較器的輸出端同時接至可逆計(jì)數(shù)器的方向控制端及控制處理單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種長度或角度測量裝置的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括顯示電路，所述顯示電路的信號輸入端與控制處理單元連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種長度或角度測量裝置的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括信號輸入終端，所述信號輸入終端的信號輸出端與控制處理單元連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種長度或角度測量裝置及其電路結(jié)構(gòu)，本發(fā)明涉及位移測量裝置。旨在提供一種一體化、便攜式、低功耗的一種長度或角度測量裝置及其電路結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)為包括齒輪、外殼、光源、圓指示光柵、圓標(biāo)尺光柵、光敏元件、印刷電路板；光源、圓指示光柵、圓標(biāo)尺光柵、光敏元件、印刷電路板位于外殼內(nèi)；所述齒輪的一端與圓標(biāo)尺光柵的中央部分固定連接，齒輪的另一端延伸出外殼；光源位于圓標(biāo)尺光柵的一側(cè)，且光源與齒輪位于圓標(biāo)尺光柵的同側(cè)；圓指示光柵與光源相對，且圓指示光柵與光源中間隔有圓標(biāo)尺光柵；光敏元件位于印刷電路板上，與圓指示光柵相對；所述印刷電路板與圓標(biāo)尺光柵相對。本發(fā)明可用于直線長度或者角度的測量。
文檔編號G01B7/02GK102331230SQ201110162740
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者唐臻宇 申請人:唐臻宇