专利名称：牵轴式位移传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种位移传感器，特别是将测量直线位移转换成测量角位移的牵轴式位移传感器。
背景技术：
现有的以测量角位移代替测量线位移的位移传感器中，最有代表性的是美国CELESC公司生产的CELESCO系列位移传感器，这种传感器也称拉索式位移传感器，是将一根拉索均匀绕于一个绕线轮毂上，绕线轮毂在一个恒力弹簧作用下旋转回位，绕线轮毂与一个转轴固连并同轴转动，转轴的轴端与一个位移传感器相接。测量时，拉住拉索的测量端将拉索拉出，拉索拉动绕线轮毂使之转动，此时设于转轴端头的位移传感器测出绕线轮毂的转动位移量，通过数字换算电路，将转动位移量换算成线位移量，从而完成线位移量的测量。为了使拉索伸出的长度与绕线轮毂转动的角位移量精确对应，拉索必须单排均匀地绕于绕线轮毂上，因此CELESCO系列位移传感器是将绕线轮毂制成均匀的螺纹杆，拉索卡于螺纹杆的螺纹槽内，均匀缠绕，以确保拉索端头的线性位移与绕线轮毂的角位移一一对应，但由上述结构本身的缺陷，使上述位移传感器存在以下缺点1、由于上述位移传感器时将整个量程范围内的拉索全部缠绕于转轴上，而为了保证转轴转动一圈被缠绕或放出的拉索的长度相同，拉索必须单层地绕于螺纹槽内，这样对于量程范围宽的传感器，必须设有一根很长的绕线轮毂用以缠绕拉索，因此上述位移传感器体积较大。
2、为了让拉索回位时能准确均匀地缠绕于螺纹槽内，必须有一个精确的绕线对位装置来确定每一圈拉索的绕线位置，并引导拉索使之缠绕于准确的螺纹槽内，这使上述位移传感器结构复杂，成本较高。
3、由于绕线轮毂的均匀度和其上螺纹间距的均匀度，及螺纹深度的精确度都将影响测量精度，而要保证一个很长的绕线轴均匀，且其上螺纹开设得很精确是十分困难的，因此上述位移传感器的制作工艺复杂，其制作精度要求高，而且由于影响测量精度的因素太多，上述位移传感器的测量误差较大，其精度一般在0.01mm左右。
4、由于拉索线位移的长度事实上是绕线轴上螺纹线的长度，因此在将线位移换算成角位移时，其换数及补偿运算较复杂，数字换算电路较复杂，也造成其成本较高。

发明内容
本发明将公开一种量程大，测量精确，体积小，结构简单，成本低廉的牵轴式位移传感器。
本牵轴式位移传感器与原有技术相同，也是通过将拉索缠绕于转轴上，拉动拉索时，拉索带动转轴同步转动，从而将拉索的线位置量转换成转轴的转动量，通过测量转轴的转动量得出拉索线位移量。但与现有拉索式位移传感器不同，本牵轴式位移传感器不是将拉索完全缠绕于转轴上，利用拉索的拉力直接拉动转轴使之转动，而是将拉索的中间的一段缠绕于转轴上，通过缠绕于转轴上的拉索的摩擦力带动转轴转动，因此不需将整个量程的拉索全部均匀缠绕于转轴上，只要将拉索的一部分缠绕于转轴上带动转轴转动即可。本牵轴式位移传感也包括转轴、收线装置、拉索和用于测量转轴转动量的角位移传感器，一般也设有一个基座用于安装固定各部件；为了使转轴随拉索的拉伸和收回同步转动，拉索的一段必须缠绕于转轴上，在本牵轴式位移传感器中，拉索的一端为收线端，该端由收线装置控制，在测量时通过收线装置实现对拉索的收线和放线，拉索的另一端为测量端，测量时将测量端拉出，或将测量端固定于待测物或测量量具的移动部件上，随待测物或测量量具的移动部件运动，将拉索拉出以进行测量；介于收线端和测量端的拉索中段在转轴上缠绕一圈或一圈以上，在转轴上形成一个拉索缠绕带，当拉索被拉动时，借助缠绕带与转轴之间的摩擦力带动转轴转动；为保证拉索被拉出的线位移量与转轴被牵动发生的转动量相互精确对应，缠绕带与转轴之间的摩擦力应足够大，以保证缠绕于转轴上的拉索与转轴相对静止，不发生径向相对滑移，因此拉索缠绕于转轴上的圈数可视摩擦系数的大小而确定，且为了保证拉索移动的线量与转轴的转动量精确对应，缠绕于转轴上的拉索，即拉索缠绕带不能相对于转轴发生沿轴向的相对滑移，因此，缠绕带的两端还可以设有限位挡板，或具有类似功能的装置，也可在转轴上、缠绕带所处的位置处，开设可容纳并卡往拉索缠绕带的容线槽，或开设有螺纹槽让拉索缠绕，拉索应均匀并单层地缠绕于转轴的固定位置处；为引导拉索确定其缠绕于转轴上的位置，保证其均匀，不重叠地缠绕于转轴上，拉索缠绕带两个引出端处，还可以设有绕线对位装置。缠绕带的两个引出端处，还可设置一个引线装置，该装置可以保证缠绕带的两个引出端与转轴的轴线垂直，此时拉索牵动转轴转动时几乎仅有沿其圆周的切向力，因此不容易造成绕线带沿转轴轴线方向发生滑移。
收线装置是一个可以将拉索收回的装置，它可以是任意结构，可以是自动收线，也可以是手动收线，只要保证拉索与转轴紧密缠绕，同时在测量完毕后将拉索收回，在测量时，保证拉索被拉出即可。收线装置可以与现有技术相同，是一个绕线轮毂，拉索的收线端固定其上，当绕线轮毂转动时，带动拉索缠绕于绕线轮毂上收回，但收回的拉索可任意缠绕于绕线轮毂上而不会影响测量结果；绕线轮毂可以由恒力弹簧控制，以使拉索在被拉出和收回时均受力均匀，不会因受力不同而发生形变等，影响测量精度和传感器使用寿命。对于小量程的位移传感器，收线装置也可以是一段弹簧，拉索的收线端固定于弹簧的自由端上，有弹簧的自由端控制拉索的收线和放线。
收线装置和转轴可以并排设置在一条线上，此时若收线装置采用绕线轮毂的结构，则绕线轮毂的中轴线应与转轴中轴线平行；当然绕线轮毂中轴线也可以不与转轴中轴线平行，此时绕线轮毂与转轴间的拉索可转折一个方向后，再绕于绕线轮毂上。
本牵轴式位移传感器可代替现有量具中的位移传感器，制成新的测量量具。
由于本牵轴式位移传感器的拉索缠绕于绕线轮毂上时，无需均匀排列，也不需单层排列，可以任意地缠绕其上，其缠绕情况不会影响测量值，因此它不需要精准的绕线对位装置，且其缠绕轮毂可以很短，因此它的体积可以很小，结构也非常简单；只要保证被拉索缠绕的一小段长度转轴均匀，则可保证而且本位移传感器的测量的精度，因此其制作工艺要求不高，成本低廉；且由于影响本位移传感器测量精度的因数少，因此本位移传感器可达到很高的测量精度，其测量精度一般可达千分之一毫米，甚至可达十万分之一毫米。


图1为本发明的一种典型实施方式结构示意图；图2为图1的局部A的放大图；图3为具有本位移传感器的千分尺结构示意图；图4为具有本位移传感器的杠杆表。
具体实施例方式图1为本发明一种典型实施方式，在此实施方式中，本牵轴式位移传感器设有用于固定各部件的基座1，转轴3铰装于基座1上，由恒力弹簧42控制的绕线轮毂41构成的收线装置4，与转轴3并排设于同一直线上，且绕线轮毂41的中轴线与转轴3的中轴线平行；拉索2的收线端固定于绕线轮毂41上，测量端21伸于基座1外；介于收线端和测量端21之间的一段拉索2均匀地缠绕于转轴3上，在转轴3上形成一个缠绕带22；在本实施方式中，用于测量转轴3转动量的位移传感器为容栅位移传感器5，其两个栅片分别装置于基座1和转轴3上，当转轴3转动时，带动容栅位移传感器5的一个栅片转动，从而测出其转动量。当然，该位移传感器也可以是光栅传感器或其他位移传感器，且该传感器可以仅装置于转轴3上或基座1上。为了防止缠绕带22发生轴向滑移，本实施方式中，缠绕带22两端还设有限位挡板6，限位挡板6可设置于基座1上，也可以设置于转轴3上，还可通过在转轴3上开设容线槽或螺纹槽的方式来防止缠绕带22发生轴向滑移。
本发明也可以如图3所示，收线装置4与转轴3不设在同一直线上，此时收线装置与转轴3之间的拉索2需折转其走向，同理拉索2的测量端也可不与转轴3设于同一直线上，而可以折转走向。上述各部件位置的设置及拉索2走向的设置，均可根据需要合理设置，只要保证缠绕带22与转轴3不发生相对滑移，使拉索2的线位移量转轴3转动位移量对应变化即可。
本发明还可以有多种实施方式，只要是将一段拉索缠绕于转轴之上，拉动拉索，利用缠绕于转轴之上的拉索与转轴之间的摩擦力，牵动转轴转动即可实现本发明的目的。
图2为使用了上述位移传感器的千分尺，该千分尺包括用于卡紧待测物的量爪，其中一个为固定量爪9，另一个为活动量爪8，活动量爪8可以如图2中所示，为一个可轴向滑动的柱体，它与固定在基座1上的导套13滑动连接，导套13上开有导向槽14，固定在活动量爪8上的导向块12与导向槽14滑配，以防止活动量爪8绕轴转动，该活动量爪8由螺纹推进器10推动，牵轴式位移传感器拉索2的测量端21固定于活动量爪8上的导向块12上，测量时，旋动螺纹推进器10，螺纹推进器10向前推动并带动活动量爪8向前滑动，待活动量爪8将待测物夹住时即可得出测量结果。当螺纹推进器10回退时，依靠收线装置4的弹力使活动量爪8与螺纹推进器10同步后退。
图3为具有本发明所述位移传感器的杠杆表，此时位移传感器拉索2的测量端21固定于用于转换杠杆式测量头11位移量的位移转换装置7的自由端。
本发明所述位移传感器还可以代替现有的其他测量装置上的位移传感器，形成一种新的测量仪器，其替代方法与上述两实施方式相似。
权利要求
1.牵轴式位移传感器，包括拉索、收线装置和转轴，以及用于测量转轴转动量的角位移传感器，拉索的尾端由收线装置控制收回，端头为测量端，其特征在于处于收线装置(4)和测量端(21)之间的拉索(2)缠绕于转轴(3)上，形成一圈或一圈以上的缠绕带(22)，转轴(3)随拉索(2)的收放牵动而同步转动。
2.根据权利要求1所述的牵轴式位移传感器，其特征在于所述转轴(3)上、缠绕带(22)所处位置处，开设有容线槽或开设有螺纹槽，或设有限位挡板，或引线装置。
3.根据权利要求1或2所述的牵轴式位移传感器，其特征在于在转轴(3)旁、缠绕带两个引出端(23)处设有绕线对位装置。
4.根据权利要求1或2所述的牵轴式位移传感器，其特征在于所述收线装置(4)为绕线轮毂(41)，绕线轮毂(41)由恒力弹簧(42)带动。
5.根据权利要求3所述的牵轴式位移传感器，其特征在于所述收线装置(4)为绕线轮毂(41)，绕线轮毂(41)由恒力弹簧(42)带动。
6.根据权利要求1或2所述的牵轴式位移传感器，其特征在于所述收线装置(4)为弹簧，拉索(20)的测量端(21)固定于弹簧的自由端上。
7.根据权利要求3所述的牵轴式位移传感器，其特征在于所述收线装置(4)为弹簧，拉索(20)的测量端(21)固定于弹簧的自由端上。
全文摘要
本发明涉及一种牵轴式位移传感器，包括拉索、收线装置和转轴，以及用于测量转轴的转动的位移传感器，拉索的尾端由收线装置控制收回，端头为测量端，处于收线装置和测量端之间的拉索缠绕于转轴上，形成一圈或一圈以上的缠绕带，所述转轴上、缠绕带所处位置处开设有容线槽或开设有螺纹槽，或设有限位挡板。本牵轴式位移传感器的拉索可以任意地缠绕于绕线轮毂上，其缠绕轮毂可以很短，体积很小，结构非常简单，成本低廉；且由于影响本位移传感器测量精度的因数少，因此本位移传感器可达到很高的测量精度，其测量精度一般可达千分之一，甚至可达十万分之一。
文档编号G01B5/04GK1553136SQ0311799
公开日2004年12月8日 申请日期2003年5月28日 优先权日2003年5月28日
发明者赵飙, 赵志强, 赵 飙 申请人:赵飙, 赵志强, 赵 飙