專利名稱:磁柵數(shù)顯長度計量器具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域,長度計量器具。本發(fā)明是利用磁記錄的原理與技術(shù)在測量技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用。磁柵測量原理的發(fā)明可以使長度測量精度提高測量電路簡化測量數(shù)顯器具成本降低,更便于推廣應(yīng)用各種數(shù)顯測量器具。
目前測量技術(shù)領(lǐng)域,長度的測量最為普遍的采用機(jī)械方法,游標(biāo)卡尺是其中的一種,也有采用精密絲杠制成千分尺。這些測量工具原理與使用都很簡單,但測量精度受到一定的限制。另一類長度測量儀器如采用電感式(或電容式)位移傳感器,光柵位移傳感器,可以把測量精度提高到1微米。但需要較為復(fù)雜的電路與光學(xué)設(shè)備并且成本較高。八十年代初期瑞士TIMOS/SYIVAC公司發(fā)明了容柵數(shù)顯長度計量器具,并且獲得了很大的發(fā)展。目前市場上流行的數(shù)顯器具都為這一原理制造。但這種容柵計量器具精度仍受到限制。成本亦較高。同時在使用上容易受到污染,使用范圍亦較小。
本發(fā)明是采用了磁記錄的原理發(fā)展起的一種磁柵長度測量技術(shù),它可以使數(shù)顯計量器具的精度提高一個數(shù)量級。成本下降,它具有光柵與容柵共同的特點。
磁記錄原理在錄音與錄像領(lǐng)域發(fā)展已有半個多世紀(jì)的歷史并已發(fā)展到相當(dāng)高的水平。最近二十年來,磁記錄在計算技術(shù)中數(shù)據(jù)的儲存與讀出技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。計算機(jī)硬盤,軟盤存儲容量與存儲密度已經(jīng)達(dá)到了很高的水平。本發(fā)明就是把磁記錄技術(shù)應(yīng)用到長度測量領(lǐng)域,發(fā)明一種類似光柵的磁柵測量技術(shù)。
作為一個例子,我們參看
圖1磁柵數(shù)顯卡尺,它是由1.刀口內(nèi)量爪2.滑動尺3.磁頭A,B4.液晶顯示器5.深度尺6.定尺7.深度尺槽8.外量爪9.磁道Wa,Wb10.公制英制轉(zhuǎn)換按鈕11.置零按鈕12.電路板13.集成電路元件等構(gòu)成。在磁柵數(shù)顯卡尺的定尺上選擇非導(dǎo)磁材料鋁合金(或不銹鋼)作為基底。在定尺的深度尺槽內(nèi)涂復(fù)一層永磁性材料(磁粉r.三氧化二鐵)。磁層的厚度約1-3微米,磁層必須具有好的平整度與耐磨性。在磁層表面復(fù)蓋一層碳保護(hù)層,保護(hù)層厚0.5-1微米。
在游標(biāo)卡尺的滑尺上安裝兩個磁頭A,B。磁頭嵌在定尺的深度尺槽內(nèi),兩個磁頭都有自己獨立的磁道Wa,Wb,互不影響。磁頭的間隙緊貼在定尺深度尺槽內(nèi)永磁材料的磁層上。在滑尺上同時安放兩個磁頭A,B的處理電路,計數(shù)器,顯示器及電池。當(dāng)滑尺移動,磁頭A,B跟著移動。
圖2表示了磁柵數(shù)顯長度測量系統(tǒng)的原理方塊圖,它由定尺的磁道Wa與磁道Wb滑尺的磁頭A,B及信號放大處理電路F1,F(xiàn)2,脈沖合成方向判別電路S,公制和英制計數(shù)電路C1,C2,液晶顯示屏P及鈕扣電池Ba組成。
定尺的磁道Wa與磁道Wb位于定尺的深度尺槽內(nèi),(參看圖3)磁道永磁層事先經(jīng)專門的儀器進(jìn)行磁化。對應(yīng)于兩個磁頭下的磁層為相等長度的N-S與S-N小永久磁鐵,兩個磁頭下磁層中小永久磁鐵在位置上相差b/2(b為小永久磁鐵長度)。
當(dāng)滑尺以速度V運動時,由于磁道中的小永久磁鐵的存在,使磁頭感應(yīng)出一系列的脈沖電壓,(參看圖4)這些脈沖經(jīng)過放大與處理電路,變成方波與計數(shù)合成的脈沖。由于磁頭A與磁頭B位置上相差b/2。在形成的方波相位相差1/4周期。每個磁頭感應(yīng)繞組采用中心抽頭接地。感應(yīng)繞組兩端輸出電壓信號相差180度相位。兩個磁頭A,B可以產(chǎn)生相位差90度的四個方波信號。因此當(dāng)滑尺移動2b距離可以使計數(shù)器得到四個計數(shù)脈沖。以錄放音磁頭為例,如型號為R4061A的磁頭。放音的最高中心頻率為12.5KHZ,磁帶的速度4.76CM/S。此時磁帶上小磁鐵的周期2b=3.8微米,所以1/4b=0.952微米。因此這種磁頭做的磁柵數(shù)顯卡尺,測量分辨率即可達(dá)到1微米,而測量精度可達(dá)到2微米。圖5表示了磁頭A,B,四路放大處理電路的原理圖。由四路放大電路A1,A2,A3,A4輸出經(jīng)過脈沖合成成為每個周期具有4個脈沖。從PL處輸入計數(shù)器計數(shù),測量長度的大小。同時用合成的脈沖信號與U2,U4輸出的方波信號與D1,D2,D3三個D觸發(fā)器,U12,U13及U14組成運動方向判別電路,U14輸出的高低電平代表移動的方向。從“+-”處進(jìn)行合成脈沖的加計數(shù)或減計數(shù)。
采用相同的磁柵測量計數(shù)原理可以用來設(shè)計磁柵數(shù)顯精密絲杠萬分尺,(把原來的千分尺提高一個數(shù)量級)。圖6是磁柵數(shù)顯絲杠萬分尺的結(jié)構(gòu)原理圖。它是由1.測量桿2.磁頭A,B3.磁道Wa,Wb4.絲杠座5.測量旋轉(zhuǎn)把手6.集成電路7.電路板8.電池9.液晶顯示器10.公制英制轉(zhuǎn)換按鈕11.置零按鈕等構(gòu)成。絲杠千分尺是絲杠測量桿旋轉(zhuǎn)一圈,測量桿移動距離為0.5mm,磁頭A,B可以安放在測量杠的側(cè)面,固定不動,(參看圖5)在測量杠上磁道為傾斜的螺紋狀。當(dāng)測量桿旋轉(zhuǎn)一周,測量桿移動距離為0.5mm亦即兩個磁道WaWb的寬度為0.5mm,若測量桿的直徑為6mm,則它的周長18.8mm要測量分辨率0.1微米,則每個小磁鐵長度b=7.54微米,就前面所選磁頭是完全能適用的。此時測量桿必須采用非導(dǎo)磁材料,鋁合金或不銹鋼,同時涂復(fù)一層永磁材料r.三氧化二鐵,厚度為1-3微米,并加保護(hù)層。在萬分尺的固定部分,安放電路板集成電路元件及電池。與液晶顯示器,公英制轉(zhuǎn)換按鈕及置零按鈕,萬分尺的固定部分還有絲杠座與測量旋轉(zhuǎn)把手構(gòu)成。磁柵數(shù)顯精密絲杠的工作原理與電路信號原理分別與圖2及圖5完全相同。
權(quán)利要求
1.磁柵數(shù)顯長度測量器具屬于測量技術(shù)領(lǐng)域,精密長度測量裝置,它是利用磁記錄工作原理在長度測量上的具體應(yīng)用,其特征是在測量器具相對運動的一方安裝磁頭A與磁頭B,電路板,集成電路元件,液晶顯示器,電池座,在測量器具相對運動的另一方基座上涂復(fù)永磁材料的磁層構(gòu)成磁道Wa與磁道Wb,磁道Wa與磁道Wb事先需經(jīng)專用儀器磁化形成等間隔的相鄰極性相反的小永久磁鐵,兩個磁道小永久磁鐵位相相差1/4周期,當(dāng)存在相對運動時,磁頭A與磁頭B感應(yīng)出的脈沖電壓信號,經(jīng)過信號放大處理電路,脈沖合成與方向判別電路控制公制計數(shù)器與英制計數(shù)器計數(shù),由液晶顯示器顯示測量的長度輸出,與長度測量裝置的其他另件構(gòu)成磁柵數(shù)顯長度測量器具。
2.由權(quán)利要求1所說的磁柵數(shù)顯長度測量器具其特征是磁頭A與磁頭B感應(yīng)的脈沖電壓信號采用中心抽頭接地輸出,兩個磁頭形成相位差90度的四個脈沖電壓信號。因此測量裝置移動2b距離,計數(shù)器可以接受四個計數(shù)脈沖。四路脈沖電壓信號經(jīng)放大器A1,A2,A3,A4放大,經(jīng)四路斯密特觸發(fā)器U1,U2,U3,U4整形。由U5,U6,U7,U8倒相形成相位差90度的方波。經(jīng)微分后成為四個計數(shù)脈沖。同時,用此計數(shù)脈沖與U2,U4的方波信號經(jīng)觸發(fā)器D1,D2,D3與門U12,U13及或門U14組成方向判別電路。判斷相對運動的方向,控制計數(shù)器的加計數(shù)與減計數(shù)。
3.由權(quán)利要求1所說的磁柵數(shù)顯長度測量器具原理可以制成磁柵數(shù)顯卡尺其特征是在卡尺定尺的深度尺槽內(nèi)涂復(fù)永磁材料的磁層構(gòu)成磁道Wa與磁道Wb,卡尺定尺采用鋁合金或非導(dǎo)磁材料。磁道Wa與磁道Wb事先需經(jīng)專用儀器磁化。由等間隔的相鄰極性相反的小永久磁鐵組成。兩個磁道小永久磁鐵位相相差1/4周期。在卡尺的滑尺上安放磁頭A與磁頭B,電路板,集成電路元件,液晶顯示器,電池。磁頭A磁頭B的工作間隙緊貼在磁道Wa與磁道Wb上,當(dāng)滑尺移動時磁頭A與磁頭B的線圈內(nèi)感應(yīng)出正負(fù)脈沖電壓,經(jīng)信號放大處理電路放大,由脈沖合成及方向判別電路形成計數(shù)脈沖與加減計數(shù)的高低電平信號,控制公制計數(shù)器與英制計數(shù)器計數(shù)。由液晶顯示器顯示長度輸出。
4.由權(quán)利要求1所說的磁柵數(shù)顯長度測量器具原理可以制成磁柵數(shù)顯絲杠萬分尺。其特征是絲杠萬分尺的測量桿上涂復(fù)永磁材料的磁層。測量桿必須采用非導(dǎo)磁材料制成。磁層構(gòu)成磁道Wa與磁道Wb,磁道Wa與磁道Wb為螺紋狀繞在測量桿的表面。磁道Wa與磁道Wb總的寬度為絲杠螺距寬度。兩個磁道事先經(jīng)過專用儀器磁化。由等間隔的相鄰極性相反的小永久磁鐵組成。兩個磁道小永久磁鐵相位相差1/4周期。在絲杠萬分尺的絲杠座與測量桿的側(cè)面安裝磁頭A與磁頭B,電路板,集成電路元件,液晶顯示器,電池。磁頭A磁頭B的工作間隙緊貼在磁道Wa與磁道Wb上,當(dāng)測量旋轉(zhuǎn)把手帶動測量桿旋轉(zhuǎn)移動時,磁頭A與磁頭B的線圈內(nèi)感應(yīng)出正負(fù)脈沖電壓,經(jīng)信號放大處理電路放大,由脈沖合成及方向判別電路形成計數(shù)脈沖與加減計數(shù)的高低電平信號,控制公制計數(shù)器與英制計數(shù)器計數(shù)。同樣由液晶顯示器顯示長度輸出。
全文摘要
本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域,它是利用磁記錄原理,在長度測量上的應(yīng)用,主要技術(shù)特征是在測量器具相對運動的一方安裝磁頭A與磁頭B,電路板,液晶顯示器,電池,在另一方涂覆永磁材料磁層使之構(gòu)成磁道Wa與磁道Wb,磁道Wa,Wb由等間隔極性相反的小永久磁鐵構(gòu)成,當(dāng)存在相對運動,磁頭線圈感應(yīng)出的脈沖電壓信號,經(jīng)信號放大處理電路,脈沖合成與方向判別電路控制計數(shù)器計數(shù),由液晶顯示器顯示輸出,采用這一原理制成磁柵數(shù)顯卡尺,磁柵數(shù)顯絲杠萬分尺。
文檔編號G01B7/02GK1097864SQ9310866
公開日1995年1月25日 申請日期1993年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月20日
發(fā)明者陸濟(jì)群 申請人:陸濟(jì)群