专利名称：防水型电子数显卡尺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种防水型电子数显卡尺，是机械加工、计量测试、在线检测、产品检验等部门的常规必备工具之一，属于测量仪器技术领域。
目前国内外陆续推出一些具有防水功能的电子数显卡尺，基本上可以分为以下四种形式(1)利用密封技术实现防水这类方法主要是通过各种密封措施，阻止液体进入传感器内部，从而实现防水功能，如“静电电容式游标卡尺”(中国发明专利，申请号96104062)、“电容式数显卡尺”(中国发明专利，申请号98116518)等所介绍。由于传感器本身在原理上并不具备防水功能，因此这种卡尺并不属于真正意义上的防水卡尺。
(2)利用涂层实现防水这类方法主要是通过在原有容栅传感器的电极表面镀上一层特殊的涂层，从而实现防水功能，如“减少电容位置传感器对污染物敏感程度的电介质覆盖层”(中国发明专利，申请号94115304)所介绍。由于传感器仍然是电容传感器，本身在原理上并不具备防水功能，因此这种卡尺并不属于真正意义上的防水卡尺。
(3)利用电感传感器实现防水这类方法主要是采用特殊的电感传感器实现测量，即利用激励线圈在导电体内产生电涡流来影响感应线圈的输出信号，从而实现位移测量，如日本三封株式会社的“感应电流位置传感器”(发明专利申请号96108034)、“应用小功率电感式位置传感器的电子卡尺”(发明专利申请号971115850)、“减少偏差的高精度感应电流位置传感器”(发明专利申请号98106179)等所介绍。这类传感器在原理上具有防水和灰尘以及铁磁颗粒的功能，可以彻底解决防水问题，是理想的防水卡尺构成方案之一。缺点是耗电大，必须采用脉冲式间隙供电方式才能实用化，而且传感器尺寸略大。
(4)利用磁式传感器实现防水这类方法主要是采用各种磁式传感器实现位移测量，如“高精度便携电子游标卡尺”(发明专利申请号97182164)、“测量尺度的磁阻传感器”(发明专利申请号98107990)所介绍。这类传感器在原理上具有防水功能，可以彻底解决防水问题，但是仍然对铁磁颗粒以及灰尘敏感。
为实现这样的目的，本发明采用电涡流传感器组成位移检测器件，在定尺上安装具有一定规则形状、按照一定波长周期性均匀排列的金属反射导体，在动尺上安装数个具有特定间距和形状的传感器线圈。当线圈中通以交变电流时，将在空间产生交变电磁场，并在定尺的反射导体上产生电涡流。当定尺与动尺之间产生相对移动时，在电涡流的作用下对磁场产生调制作用，由此实现位移测量，同时具有防水功能。
本发明的防水数显卡尺具有常规数显卡尺的主要结构，包括一个定尺、一个动尺(或称滑尺)、传感器线圈、驱动电路和控制电路等。动尺沿定尺移动而实现位移测量。在定尺上按照一定波长周期性均匀排列金属反射导体。这些反射导体具有一定规则形状，例如矩形、方形、菱形、三角形、正弦形等等。同时，这些反射导体可具有多个码道的形式，不同码道上的反射导体在卡尺移动方向上的相互位置可完全一致，也可错开一定间隔。
动尺上安装的传感器线圈沿卡尺移动方向均匀排列，其间隔与定尺上的反射导体的分布波长具有确定的对应关系。这些传感器线圈可分布在多个并行码道上，码道数目的多少与定尺的码道数目一致。不同码道上的线圈在卡尺移动方向上的相互位置可完全一致，也可错开一定间隔，并与定尺的反射导体具有确定的对应关系。每个码道的波长可以一致，也可以略有不同，从而可以构成不同的测量模式，达到不同的测量要求和目的。
上述传感器线圈是在驱动电路的驱动和控制下工作的。这些传感器线圈是发射线圈，里面通过交流电流，从而在线圈周围空间形成交变。由于定尺上面的部分反射导体将处于此交变磁场的作用区域内，因此在这些反射导体内将产生电涡流，并反过来对发射线圈的电参数产生影响。而传感器线圈同时又是接收线圈，它可以感受来自这些反射导体中的电涡流效应，使得线圈本身的电感产生变化，并导致驱动电路振荡器的频率和幅值变化。当动尺与定尺之间产生相对移动后，传感器线圈与反射导体的相对位置发生变化，输出的电信号的频率和幅值也相应同步改变，从而可以实现位移测量。由于这种电涡流式位移传感器不受液体介质以及磁性物质的影响，因此可以实现防水功能。
由于定尺上的反射导体是均匀分布的，因此，随着动尺与定尺之间的位置不同，输出信号的频率成周期性变化。同时，为了提高测量灵敏度、降低定尺与动尺之间的间隙变动对测量结果的影响，一般采用两个相距1/2波长的线圈，从而实现差动结构模式。为了便于传感器线圈的安装和布局，两个差动线圈的距离也可以安排成1/2波长、3/2波长、5/2波长等等。
传感器线圈可以利用多层印制电路板工艺制造，因此具有工艺稳定、价廉、快速、稳定等优点。同时，可以将传感器线圈以及驱动电路、控制电路、通讯接口等制作在同一块电路板上，从而大大降低整个测量模块的体积和可靠性，降低成本，提高可维护性。
本发明采用脉冲间歇式供电方式为传感器线圈提供能源，而且供电脉冲的占空比很小，因此可以最大限度地降低功耗，延长使用时间。
本发明采用单片机系统进行驱动电路控制、传感器输出信号的采集与转换、数据处理、误差补偿与修正、数值计算、结果显示等。
采用低功耗液晶显示器，符合一般观察和操作习惯，同时具有米制/英制显示转换、节能(定时关断)、清零等功能。
与常规电子数显卡尺类似，本发明的电子数显卡尺具有通用的通讯接口(一般为串行RS-232c接口)，因此可以方便地与PC机、打印机或其他设备连接，进行数据传输、统计分析、打印结果与报表等。
电源采用体积小、容量大的锂电池，可以满足卡尺长期连续的工作需要，同时又符合环保要求。
本发明采用电涡流位移传感器，真正实现了电子数显卡尺的防水功能，彻底解决了传统数显卡尺不能用于具有液体介质的加工现场等问题，可以满足工业现场、加工过程、野外作业以及各种复杂和特殊场合的使用要求，能够避免各种液体以及磁性物质对测量的影响。采用多码道测量形式，可以实现卡尺位置的绝对测量，不丢数，并能保证较高的定位精度。
本发明的防水型电子数显卡尺，同样也可以用于实现其他长度以及角度测量器具，例如防水型高度尺、防水数显千分表、防水数显百分表、防水数显测微仪等。
图中，1为定尺，2为反射导体，3为驱动电路，4为传感器线圈，5为控制电路，6为动尺。
如

图1所示，本发明包括一个定尺1、一个动尺6、若干传感器线圈4、驱动电路3、控制电路5、显示器、通讯接口、按键、干电池等。驱动电路3包括驱动器和脉冲电路，控制电路5包括单片机、控制器、采样器、显示电路和通讯接口、接口电路。在定尺1上沿着定尺移动方向均匀排列着一系列具有规则形状的金属反射导体2；动尺6通过机械结构安装在定尺上，并可以沿着定尺尺身滑动；在动尺6上安装数个电涡流传感器线圈4，这些传感器线圈4沿卡尺移动方向均匀排列，其间隔与定尺上的金属反射导体2的分布波长具有确定的对应关系。传感器线圈4通过驱动器与脉冲电路相连，传感器线圈4的输出经采样器与单片机连接，单片机的输出经显示电路连接显示器，通过控制器连接脉冲电路，通过通讯接口与外部设备连接，并通过接口电路与按键相连。驱动电路3、控制电路5和显示器均与干电池相连。
驱动器由脉冲电路间歇供电，为传感器线圈4提供激励信号，传感器线圈4的输出电信号经过采样器后送入单片机进行数据处理和计算，最终的测量结果通过显示电路送至显示器进行数字显示；单片机通过控制器来控制脉冲电路，实现间歇供电；单片机通过通讯电路与外部设备(例如上位机、打印机、其他终端等)传输数据；单片机通过接口电路读取按键，执行相应操作和实现不同功能；驱动电路3、控制电路5和显示器均由干电池统一供电，维持系统工作。
上述传感器线圈4在驱动电路3的驱动和控制下工作。这些传感器线圈4是发射线圈，里面通过交流电流，从而在线圈周围空间形成交变。由于定尺1上面的部分反射导体2将处于此交变磁场的作用区域内，因此在这些反射导体2内将产生电涡流，并反过来对发射线圈的电参数产生影响。而传感器线圈4同时又是接收线圈，它可以感受来自这些反射导体中的电涡流效应，使得线圈本身的电感产生变化，从而导致驱动电路振荡器的频率和幅值变化，并将此变化信号输出。当动尺6与定尺1之间产生相对移动后，传感器线圈4与反射导体2的相对位置发生变化，输出的电信号的频率和幅值也相应同步改变，从而可以实现位移测量。
由于定尺1上的反射导体2是均匀分布的，因此，随着动尺6与定尺1之间的位置不同，输出信号的频率成周期性变化，其变化周期等于测量波长。
本发明的传感器线圈4同驱动电路3、控制电路5、通讯接口等制作在同一块电路板上，采用脉冲间歇式供电方式为传感器线圈提供能源，采用单片机系统进行控制，采用低功耗液晶显示器，并具有通用的通讯接口，结构紧凑，工作可靠，可以长期连续工作。
权利要求
1.一种防水型电子数显卡尺，包括定尺(1)、动尺(6)、传感器线圈(4)、驱动电路(3)和控制电路(5)，其特征在于在定尺(1)上按照一定波长周期性均匀排列具有规则形状的金属反射导体(2)，在动尺(6)上安装传感器线圈(4)，传感器线圈(4)沿卡尺移动方向均匀排列，其间隔与金属反射导体(2)的分布波长具有确定的对应关系，传感器线圈(4)通过驱动器与脉冲电路相连，传感器线圈(4)的输出经采样器与单片机连接，单片机的输出经显示电路连接显示器，通过控制器连接脉冲电路，通过通讯接口与外部设备连接，并通过接口电路与按键相连，驱动电路(3)、控制电路(5)和显示器均与干电池相连。
2.如权利要求1所说的防水型电子数显卡尺，其特征在于金属反射导体(2)为矩形、方形、菱形或三角形。
3.如权利要求1或2所说的防水型电子数显卡尺，其特征在于金属反射导体(2)具有多个码道，不同码道上的金属反射导体(2)在卡尺移动方向上的相互位置完全一致或错开一定间隔。
4.如权利要求1所说的防水型电子数显卡尺，其特征在于传感器线圈(4)分布在多个码道上，码道数目与定尺的码道数目一致，不同码道上的线圈在卡尺移动方向上的相互位置完全一致或错开一定间隔，并与金属反射导体(2)具有确定的对应关系。
5.如权利要求1所说的防水型电子数显卡尺，其特征在于传感器线圈(4)接成差动输出形式，两个差动线圈的距离安排成1/2波长、3/2波长或5/2波长。
全文摘要
本发明涉及一种防水型电子数显卡尺，由电涡流传感器组成位移检测器件，在定尺上安装具有一定规则形状、按照一定波长周期性均匀排列的金属反射导体，在动尺上安装数个具有特定间距和形状的传感器线圈。当线圈中通以交变电流时，将在空间产生交变电磁场，并在定尺的反射导体上产生电涡流。当定尺与动尺之间产生相对移动时，在电涡流的作用下对磁场产生调制作用，由此可以实现位移测量，具有防水功能。
文档编号G01B3/20GK1439861SQ0311590
公开日2003年9月3日 申请日期2003年3月20日 优先权日2003年3月20日
发明者赵辉, 俞朴, 马东丽 申请人:上海交通大学, 桂林广陆数字测控股份有限公司