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      可程序線性位移感測(cè)裝置的制作方法

      文檔序號(hào):11660999閱讀:256來(lái)源:國(guó)知局
      可程序線性位移感測(cè)裝置的制造方法

      本實(shí)用新型本實(shí)用新型涉及位置量測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域,尤其是指可單一信號(hào)源輸入多種感測(cè)信息輸出的一種可程序線性位移感測(cè)裝置。



      背景技術(shù):

      于工業(yè)自動(dòng)化中,位置量測(cè)乃是一重要任務(wù)。諸如計(jì)算機(jī)化數(shù)值控制工具機(jī)(computed numerically controlled(CNC)machines)、鉆頭(drill bits)、機(jī)器人手臂(robot arm)、雷射切割器(laser cutter)裝置等等,都需要精確的位置量測(cè)以用于反饋控制(feedback control)。期望以高取樣率(sampling rate)進(jìn)行位置量測(cè)以致于能進(jìn)行反饋控制。

      常見(jiàn)的光學(xué)編碼器(optical encoder)用以量測(cè)絕對(duì)或相對(duì)位置。典型而言,具有規(guī)律性間隔標(biāo)記的標(biāo)尺(scale)與傳感器一起使用,用以量測(cè)介于兩個(gè)目標(biāo)間的相對(duì)位置。常見(jiàn)的光學(xué)編碼器依功能大致可區(qū)分:

      增量式線性編碼器(Incremental linear encoder)僅能量測(cè)位于該標(biāo)尺上標(biāo)記內(nèi)的相對(duì)位置。

      相對(duì)位置編碼器(relative position encoder)可持續(xù)追蹤橫越過(guò)標(biāo)記的數(shù)量以判定相對(duì)位置。

      絕對(duì)位置編碼器能判定絕對(duì)位置,且絕對(duì)位置編碼器(absolute position encoder)不需要內(nèi)存及電源以儲(chǔ)存最后的位置,因此適用于某些應(yīng)用中。此外,絕對(duì)位置編碼器系能于啟動(dòng)時(shí)提供一絕對(duì)位置,而相對(duì)位置編碼器典型而言需要去定位起始位置(start point),于某些應(yīng)用時(shí)可能并不實(shí)用。

      絕對(duì)位置編碼器,需使用獨(dú)特的編碼樣式以量測(cè)每一個(gè)位置。盡管此種編碼器系使用標(biāo)尺,只有在樣式改變時(shí),才會(huì)判定有位置改變。于此情形中,位置估計(jì)(position estimate)的分辨率受限于該樣式的分辨率。

      同樣的,習(xí)知相對(duì)線性編碼器,利用光學(xué)偵測(cè)標(biāo)尺上的標(biāo)記以量測(cè)線性位置,該標(biāo)記系平行于讀取頭(readhead)固設(shè)于一默認(rèn)位置。然而,所得到的位置分辨率亦被標(biāo)尺上的標(biāo)記分辨率所限定。于該標(biāo)尺上的標(biāo)記系可能以40微米(micron)的分辨率打印,故其精度被限制在40微米(micron)以下,而無(wú)法高于40微米。

      為了增進(jìn)分辨率,曾有業(yè)者提出教案,使用兩個(gè)標(biāo)尺,各標(biāo)尺于檢測(cè)方向上對(duì)齊且具有周期的標(biāo)尺樣式,例如白色及黑色的標(biāo)記。該標(biāo)尺系由一側(cè)被照亮,且一光二極管系感測(cè)到穿透該兩個(gè)標(biāo)尺至另一側(cè)的光線,隨著該標(biāo)尺相對(duì)彼此移動(dòng),該光二極管之信號(hào)系介于一最大及一最小的強(qiáng)度值(intens ity value)間變化。使用一解調(diào)程序(demodulation process)以判定該信號(hào)的相(phase),其系被轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)位置,該相對(duì)位置系能以高于標(biāo)尺分辨率的分辨率被還原。

      然而,此種設(shè)計(jì)僅提供相對(duì)位置。為了擁有判定絕對(duì)位置的能力,某些復(fù)合式編碼器系使用額外的標(biāo)尺,如此反增加了系統(tǒng)的成本與復(fù)雜性。此種復(fù)合式編碼器系使用個(gè)別的標(biāo)尺來(lái)量測(cè)增量位置與絕對(duì)位置,但該復(fù)合式編碼器需要使用兩個(gè)讀取頭,第一讀取頭用以讀取該增量位置,且第二讀取頭用以讀取該絕對(duì)位置。

      由上述習(xí)知編碼器的結(jié)構(gòu)與限制可知,都需配合一標(biāo)尺,緃是使磁性碼碼器亦需配合一磁尺使用,且都無(wú)法解決使用單一編碼器取得的單一感測(cè)訊號(hào),同時(shí)輸出相對(duì)位置與絕對(duì)位置等多種信息的需求。除此之外,上述光學(xué)式或磁性編碼器,都十分容易受環(huán)境的清潔、溫度等等影響,導(dǎo)致精準(zhǔn)度的喪失。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      有鑒于上述習(xí)知技藝的問(wèn)題與缺失,本實(shí)用新型的主要目的,乃在于提供一種可程序線性位移感測(cè)裝置,通過(guò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),提供單一信號(hào)源輸入多種感測(cè)信息輸出的需求。

      本實(shí)用新型的另一目的,在于提供一種可程序線性位移感測(cè)裝置,通過(guò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),克服習(xí)知光學(xué)編碼器或磁性編碼器結(jié)構(gòu)上的缺失與量測(cè)信息提供上的限制。

      為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的上述目的,提出一種可程序線性位移感測(cè)裝置,包含依序電氣連接的一讀取頭、一波形處理單元、一A/D轉(zhuǎn)換單元、一控制單元、及至少一輸出端口。該讀取頭系用以對(duì)被測(cè)物提供一磁場(chǎng),且磁場(chǎng)會(huì)受被測(cè)物的位移或遠(yuǎn)近而變化,使讀取頭可依磁場(chǎng)的變化輸出一磁電訊號(hào)。該波形處理單元系對(duì)接收的磁電訊號(hào)進(jìn)行噪聲去除。該A/D轉(zhuǎn)換單元系將連續(xù)的磁電訊號(hào)轉(zhuǎn)換成一數(shù)位信號(hào)。該控制單元用以接收數(shù)位信號(hào)進(jìn)行編碼,另于后續(xù)作動(dòng)時(shí)將接收的數(shù)位信號(hào)匹配編碼,選擇性的對(duì)應(yīng)輸出至少一運(yùn)算訊號(hào)。該輸出端口系用傳遞該運(yùn)算訊號(hào),并提供外部設(shè)備連接。采用上述單元的組成,對(duì)一被測(cè)物的運(yùn)動(dòng)量測(cè),并取得相對(duì)或絕對(duì)位置等信息,達(dá)成單一信號(hào)源輸入多種感測(cè)信息輸出的需求。

      附圖說(shuō)明

      圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例方塊示意圖。

      圖2是本實(shí)用新型讀取頭實(shí)施例示意圖。

      圖3是本實(shí)用新型讀取頭另一實(shí)施例示意圖。

      圖4是本實(shí)用新型磁電訊號(hào)示意圖。

      圖5是圖4所示施實(shí)例轉(zhuǎn)換示意圖。

      圖6是圖5所示施實(shí)例轉(zhuǎn)換示意圖。

      圖7是本實(shí)用新型另一實(shí)施例方塊示意圖。

      圖8是本實(shí)用新型再一實(shí)施例方塊示意圖。

      其中:1、讀取頭,12、磁性體,14、磁感測(cè)單元,2、波形處理單元,3、A/D轉(zhuǎn)換單元,4、控制單元,44、訊號(hào)/數(shù)據(jù)輸出端口,46、程序輸入端口,5、輸出端口,M、磁電訊號(hào),MS1、MS2、連續(xù)曲線,S、行程,D、數(shù)位信號(hào),M0-M10、區(qū)段,S10-S0、區(qū)段,B1、B2、殼體。

      具體實(shí)施方式

      以下請(qǐng)參照相關(guān)圖式進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的可程序線性位移感測(cè)裝置實(shí)施例,為便于理解本實(shí)用新型的實(shí)施方式,以下相同組件系采相同符號(hào)標(biāo)示說(shuō)明。

      請(qǐng)參閱圖1至圖6所示,有關(guān)可程序線性位移感測(cè)裝置,系用以對(duì)具導(dǎo)磁的被測(cè)物P進(jìn)行線性運(yùn)動(dòng)時(shí)的量測(cè);其包含一讀取頭1、一波形處理單元2、一A/D處理單元3、一控制單元4、及至少一個(gè)輸出端口5。

      上述讀取頭1(如圖1至圖4所示),系用以對(duì)一被測(cè)物P(導(dǎo)磁體)提供一磁場(chǎng),且該磁場(chǎng)會(huì)受被測(cè)物P的位移或遠(yuǎn)近位置而變化,讓讀取頭1可依磁場(chǎng)的變化輸出一磁電訊號(hào)M。所述讀取頭1包含一磁性體12及一磁感測(cè)單元14。所述磁性體12透過(guò)不同的磁極排列方式,可于讀取頭1前端形成預(yù)期的磁場(chǎng)(磁力線)分布,當(dāng)被測(cè)物P趨近磁性體12時(shí)會(huì)令磁場(chǎng)(磁力線)分布變化,而磁感測(cè)單元14系配置于磁性體12之前方,依磁場(chǎng)(磁力線)分布變化連續(xù)輸出一磁電訊號(hào)M,該磁電訊號(hào)M大小與被測(cè)物P讀取頭1的位移量呈正比(距離呈反比)。

      例如圖2和圖4所示實(shí)施例中,橫坐標(biāo)代表為磁電訊號(hào)M的大小(數(shù)字越大表示磁電訊號(hào)M越強(qiáng)),而縱坐標(biāo)則是被測(cè)物P行程S中經(jīng)讀取頭1的位移量(數(shù)字越大表示經(jīng)讀取頭1之位移量越大);由于該磁電訊號(hào)M大小與被測(cè)物P行經(jīng)讀取頭1的位移量呈正比,故磁電訊號(hào)M會(huì)呈現(xiàn)一趨勢(shì)上升的連續(xù)曲線MS1。

      又例如圖3和圖4所示實(shí)施例中,橫坐標(biāo)代表為磁電訊號(hào)M的大小(數(shù)字越大表示磁電訊號(hào)M越強(qiáng)),而縱坐標(biāo)則是被測(cè)物P行程S中相對(duì)讀取頭1的距離(數(shù)字越大表示距離越遠(yuǎn));由于該磁電訊號(hào)M大小與被測(cè)物P相距讀取頭1的距離呈反比,故磁電訊號(hào)M會(huì)呈現(xiàn)一趨勢(shì)下降的連續(xù)曲線MS2。

      上述波形處理單元2,系與讀取頭1電氣連接,對(duì)接收的磁電訊號(hào)M進(jìn)行噪聲去除,將取樣區(qū)間外的磁電訊號(hào)M加以去除,避免噪聲的干擾以及后續(xù)無(wú)效的虛功轉(zhuǎn)換。

      上述A/D轉(zhuǎn)換單元3(A/D conversion unit),請(qǐng)參閱圖4和圖5,系將連續(xù)的磁電訊號(hào)M轉(zhuǎn)換成階梯形狀的數(shù)位信號(hào)D,利用此一轉(zhuǎn)換將磁感訊號(hào)M所構(gòu)成的連續(xù)曲線MS1、MS2,轉(zhuǎn)換成一連續(xù)階梯形狀的數(shù)位信號(hào)D。

      常見(jiàn)作法取圖4的連續(xù)曲線MS2作說(shuō)明,可將磁感訊號(hào)M所構(gòu)成的連續(xù)曲線MS2對(duì)應(yīng)行程S及磁電訊號(hào)M大小,分割成若干數(shù)區(qū)段;例如磁電訊號(hào)M由小至大分成M0-M10區(qū)段,對(duì)應(yīng)行程S分成S0-S10區(qū)段,如此便可取得一連續(xù)階梯形狀的數(shù)位信號(hào)D,亦可精準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)被測(cè)物P于行程S中的任一位置及其磁電訊號(hào)M的大小,當(dāng)然前述的區(qū)段可依精密度要求變化設(shè)計(jì)。上述的舉例并不作為本實(shí)用新型實(shí)施的限定。

      上述控制單元4,系為一單片機(jī)用以儲(chǔ)存并執(zhí)行用戶預(yù)先加載的程序或設(shè)定(該程序相對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言屬于現(xiàn)有技術(shù),在此不對(duì)該程序進(jìn)行詳細(xì)展開描述)。接收A/D轉(zhuǎn)換單元3輸出被測(cè)物P整個(gè)行程S的數(shù)位信號(hào)D并對(duì)其編碼,用于后續(xù)感測(cè)作動(dòng)時(shí)可依使用者設(shè)定,將接收的數(shù)位信號(hào)D匹配編碼,且依程序?qū)?yīng)編碼所作的設(shè)定,選擇性的輸出至少一運(yùn)算訊號(hào)。

      請(qǐng)參閱圖5和圖6所示,常見(jiàn)作法系將由多數(shù)磁電訊號(hào)M所構(gòu)成的連續(xù)曲線MS1、MS2,對(duì)應(yīng)行程S及磁電訊號(hào)M分割成若干數(shù)區(qū)段,并對(duì)交叉的格點(diǎn)進(jìn)行編碼(如圖6的二進(jìn)制碼),而取樣的格點(diǎn)可依精密度要求變化設(shè)計(jì),如此便可定義行程S中任一位置(磁電訊號(hào)M)的編碼。上述的舉例并不作為本實(shí)用新型實(shí)施的限定。

      該控制單元4,系與A/D轉(zhuǎn)換單元3電氣連接,用以接收該數(shù)位信號(hào)D提供控制單元運(yùn)算4(對(duì)應(yīng)編碼),該控制單元4具有至少一個(gè)以上的訊號(hào)/數(shù)據(jù)輸出端口44、及一程序輸入端口46。所述訊號(hào)/數(shù)據(jù)輸出端口44系用以提供控制單元4輸出運(yùn)算訊號(hào),且該訊號(hào)/數(shù)據(jù)輸出端口44并與輸出端口5電氣連接。所述程序輸入端口46系用以提供外部計(jì)算機(jī)(控制器)連接(圖中未示),并接收外部計(jì)算機(jī)輸入的運(yùn)算程序或相關(guān)設(shè)定,以便用戶程序化控制單元4的設(shè)定及對(duì)應(yīng)各訊號(hào)/數(shù)據(jù)輸出端口44輸出運(yùn)算訊號(hào)等。實(shí)施時(shí),該程序輸入端口46包含(但不限)USB插座、RS232插座、扁平電纜端子插座、藍(lán)牙模塊等形態(tài),提供外部計(jì)算機(jī)(控制器)以有線或無(wú)線方式連接。

      上述輸出端口5,系用以提供外部設(shè)備(圖中未示)電氣連接之端口,包含(但不限)電氣接點(diǎn)(焊接點(diǎn))、接頭、插座、訊號(hào)線等等。

      是以,上述即為本實(shí)用新型所提供一較佳實(shí)施例可程序線性位移感測(cè)裝置,各部構(gòu)件及組裝方式的介紹,茲再將本實(shí)用新型的實(shí)施例作動(dòng)特點(diǎn)介紹如下。

      首先,讀取頭1對(duì)應(yīng)被測(cè)物P線性移動(dòng)的路徑設(shè)置,以感測(cè)被測(cè)物P移動(dòng)狀態(tài),例如該被測(cè)物于動(dòng)作路徑S的絕對(duì)位置,或被測(cè)物P相對(duì)讀取頭1的相對(duì)位置。

      由于被測(cè)物P移動(dòng)行程S的各個(gè)位置,其對(duì)讀取頭1的磁變化量已被記錄,故假設(shè)當(dāng)被測(cè)物P于行程S中運(yùn)動(dòng)時(shí),讀取頭1會(huì)依被測(cè)物P位置反應(yīng)不同的磁電訊號(hào)M至A/D轉(zhuǎn)換單元3,讓A/D轉(zhuǎn)換單元3將磁感訊號(hào)M轉(zhuǎn)換成數(shù)位信號(hào)D,并傳遞至控制單元4讓其進(jìn)行比對(duì),以取得對(duì)應(yīng)的編碼,繼而依用戶預(yù)先的設(shè)定,選擇性的對(duì)應(yīng)訊號(hào)/數(shù)據(jù)輸出端口44輸出運(yùn)算訊號(hào),如此連接于輸出端口5的外部設(shè)備,則可取得該運(yùn)算訊號(hào),以利對(duì)被測(cè)物P位移運(yùn)動(dòng)的反饋控制。

      由于被測(cè)物P于行程S中的各點(diǎn)都被編碼化,故縱使電力中斷后再次回復(fù)時(shí),被測(cè)物P無(wú)需返回原點(diǎn),本實(shí)用新型的可程序線性位移感測(cè)裝置,仍可直接取得該被測(cè)物P于行程S中任一位置信息。

      請(qǐng)參閱圖7所示,系本實(shí)用新型可程序線性位移感測(cè)裝置另一實(shí)施例,系將讀取頭1、波形處理單元2、A/D處理單元3、控制單元4、及輸出端口5總成容置于一殼體B1內(nèi)。

      請(qǐng)參閱圖8所示,系本實(shí)用新型可程序線性位移感測(cè)裝置再一實(shí)施例,系將波形處理單元2、A/D處理單元3、控制單元4、及輸出端口5總成容置于一殼體B2內(nèi),而讀取頭1則遠(yuǎn)離殼體B2設(shè)置,并配合導(dǎo)線電氣連接波形處理單元2。

      以上所述說(shuō)明,僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式而已,意在明確本實(shí)用新型的特征,并非用以限定本實(shí)用新型實(shí)施例的范圍,本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型所作的均等變化,以及本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員熟知的改變,仍應(yīng)屬本實(shí)用新型涵蓋的范圍。

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