小幅直線運動的位移測量裝置的製作方法
2023-06-12 22:22:11
專利名稱：小幅直線運動的位移測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於高頻率小幅度的往復直線運動的位移測量技術領域，具體 的涉及一種用於力學環境實驗設備一振動試驗臺在工作振動時的小幅直線運動 的位移測量裝置。
背景技術：
振動試驗臺是提供圍繞平衡位置或平均位置等進行的一種往復運動的設 備，其往復直線運動的幅度範圍很小，最大只有數釐米。目前所使用的測量其 驅動線圈進行直線運動位移的方式有兩種， 一種是通過線性位移傳感器直接測 量獲得，例如採用光柵位移傳感器、線性電阻尺、電渦流位移傳感器、雷射位 移傳感器、超聲波位移傳感器等位移測量裝置。
如圖1，目前最常用的位移測量裝置是通過一個楔型結構將往復的直線位移
轉換為距離信號進行測量，在驅動線圈1上固定設置一楔型結構3，在振動試驗 臺的磁缸座2上對應設置一電渦流位移傳感器4，在驅動線圈1發生往復位移的 振動時，電渦流位移傳感器4可以測定楔型結構3的斜面距離變化，從而得到 驅動線圈的對應直線位移數值。該測量方式存在成本較高、測量結果不穩定的 問題，電渦流位移傳感器很容易受到溫度、電磁場等外部環境的幹擾。並且， 由於驅動線圈和磁缸座之間的間隙有限，楔型結構的斜面角度變化較小，調節 非常困難，同時當驅動線圈一旦因為維護或修理進行拆卸後，必須重新對整個 位移測量裝置的電路進行調整，使用非常不便。再者，楔型結構安裝在驅動線 圈上， 一方面會增加驅動線圈的質量，另一方面人為的導致驅動線圈的不對稱 結構，從而影響和降低振動試驗臺的整體性能。
利用旋轉編碼器將直線運動轉換為曲線旋轉運動，並根據測定的旋轉角度 來測量位移是一種非常成熟的技術，其測量設備的精度高，檢測方法比較簡單， 一般通過在待測量裝置上加裝一個將直線運動轉換為旋轉運動的裝置，就可以 採用旋轉編碼器進行測量，旋轉編碼器和上述方法已經應用於多種機械運動的直線位移的測量。但是對于振動臺的驅動線圈的往復位移測量，不允許在驅動 線簡上加裝或者連接運動轉換裝置，這是因為驅動線圈作為振動臺的振動輸出 組件，最理想的狀態是接近於零的自身重量，並且不要連接任何影響振動重心 對稱和高頻振動組件。如果將旋轉編碼器通過轉換裝置直接連接到驅動線圈上， 將無法得到精確的測量值，另一方面，該連接直接影響驅動線圈的振動輸出穩 定性和輸出效能，既不能滿足振動試驗需要，更不能得到精確的位移測量值。
實用新型內容
本實用新型的目的在於提供一種利用驅動線圈固有的懸掛支撐機構，無需 在驅動線圈上加裝任何裝置，能將驅動線圈的往復直線位移轉換成往復旋轉運 動進行測量並輸出數位訊號結果的小幅直線運動的位移測量裝置，該裝置在提 高測量穩定性的同時，利用了驅動線圈所固有的部件，可以根據不同的要求改 變測量的精度，結構簡單，成本低、可靠性高，特別容易實現數字控制。 .
為實現上述發明目的，本實用新型採用的技術方案如下
一種小幅直線運動的位移測量裝置，用於往復運動的驅動線圈的位移測量， 其特徵在於所述位移測量裝置包括旋轉編碼器和驅動線屬的懸掛支撐裝置，旋 轉編碼器固定設置，驅動線圈的懸掛支撐裝置的變形件或旋轉件連接設置旋轉 編碼器的轉角連接器，由轉角連接器將懸掛支撐裝置的變化以旋轉角度的形式 輸入到旋轉編碼器。
具體的講，所述旋轉編碼器固定設置，所述驅動線圈的支撐懸掛裝置為搖 臂懸掛機構，所述搖臂懸掛機構包括橡膠扭簧和搖臂，橡膠扭簧的兩端分別連 接搖臂，兩搖臂分別與驅動線圈和固定體連接，橡膠扭簧上設置與旋轉編碼器 的轉角連接器連接的角度輸出點。
所述旋轉編碼器固定設置在磁缸座上，角度輸出點設置在橡膠扭簧的中部。
所述旋轉編碼器固定設置，所述驅動線圈的支撐懸掛裝置為滾臂懸掛機構， 所述滾臂懸掛機構包括一扇形塊，扇形塊的扇形角端與固定體樞接，扇形塊的 弧面上固定有柔性片，柔性片的另一端與驅動線圈固定。
所述扇形塊的扇形角端通過一樞軸與固定體連接，所述樞軸與旋轉編碼器 的轉角連接器連接作為角度輸出點，所述旋轉編碼器固定設置在磁缸座上。
所述旋轉編碼器固定設置，所述驅動線圈的支撐懸掛裝置為板簧懸掛機構， 所述板簧懸掛機構包括板簧，板簧的兩端分別與固定體和驅動線圈固定，所述板簧上設置與旋轉編碼器的轉角連接器連接的角度輸出點。
所述板簧為水平平行設置的兩片，兩板簧的一端固定連接驅動線圈，板簧 的另一端固定在一支撐架上，所述一板簧的中部作為角度輸出點，旋轉編碼器 的轉角連接器與該角度輸出點連接。
該小幅直線運動的位移測量裝置採用旋轉編碼器作為測量元件，可以選用 增量形旋轉編碼器或絕對值旋轉編碼器。增量型旋轉編碼器包括一個中心有軸 的光電碼盤，其上有環形通、暗的刻線，由光電發射和接收器件讀取,獲得四組
正弦波信號組合成A、 B、 C、 D，每個正弦波相差90度相位差，將C、 D信號 反向，疊加在A、 B兩相上，可增強穩定信號；另每轉輸出一個Z相脈衝以代 表零位參考位。由於A、 B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前， 以判別編碼器的正轉與反轉，通過零位脈衝，可獲得編碼器的零位參考位。絕 對值旋轉編碼器的轉角連接器的轉動，提供給增量型旋轉編碼器一定數量的脈 衝。周期性的測量或者單位時間內的脈衝計數可以用來測量移動的速度。如果 在一個參考點後面脈衝數被累加，計算值就代表了轉動角度或行程的參數。絕 對值旋轉編碼器為每一個轉角連接器的位置提供一個獨一無二的編碼數字值。 旋轉編碼器的轉角連接器又稱做聯軸器，其作為將轉動部件的旋轉角度信息傳 送給旋轉編碼器的連接器，能夠實時和準確的將待測定信息傳遞給旋轉編碼器。
由於驅動線圈在振動試驗臺中必須要通過一懸掛支撐裝置進行固定，常用 的懸掛支撐裝置除了常見的板彈簧支撐、橡膠彈簧支撐外，還有搖臂懸掛機構、 滾臂懸掛機構等具有支撐和懸掛功能的構件。無論採用哪一種懸掛支撐裝置， 其共同的特點是懸掛支撐裝置需要通過一變形件或旋轉件，並將該組件的一端 連接到驅動線圈上，另一端連接磁缸座等其它固定體上，驅動線圈在進行振動 時的位移變化必然將導致懸掛支撐裝置的變形件或旋轉件產生一個形變或角度 的變化，發明人正是在懸掛支持裝置上設置轉換裝置通過對該彈性形變和角度 的測量從而得到了對應驅動線圈的位移數值。這樣就能實現不在驅動線圈上加 設任何測量裝置就能測量到驅動線圈位移值的目的，最大限度的保證了驅動線 圈和振動試驗臺的振動輸出性能。
對於不同的懸掛支撐裝置，旋轉編碼器的轉角連接器所連接的角度輸出點 不同。對於通過一樞軸與磁缸座等固定體連接並可繞一樞軸進行轉動的懸掛支 撐裝置來講，以該樞軸作為轉角連接器的角度輸出點不僅能夠保證旋轉編碼器 的測量穩定，還能夠有效保證測量結果的準確度。例如具有可旋轉扇形塊的滾臂懸掛機構，可以其扇形塊的扇形角連接樞軸作為連接轉角連接器的角度輸出 點。對於具有變形件的板簧懸掛機構和搖臂懸掛機構等裝置來講，板簧懸掛機 構的板簧、搖臂懸掛機構的橡膠扭簧在驅動線圈進行往復直線運動時，板簧和 橡膠扭簧會發生變形或傾斜，由於該變形件的變形使得與該變形件連接的旋轉 編碼器的轉角連接器產生一定角度的往復旋轉，旋轉編碼起就能將測量到的角 度變化轉換為直線位移結果。 一般以變形件的中部位置作為連接轉角連接器的 角度輸出點，這樣可以最大限度的保證測量穩定性。
本實用新型的有益效果在於，該小幅直線運動的位移測量裝置利用振動臺 所固有的驅動線圈懸掛支撐裝置，不需要在驅動線圈上加裝任何裝置就能通過 旋轉編碼器輸出的轉動信號得到對應的位移值，並不會對驅動線圈的力學結構 產生任何影響，並且旋轉編碼器輸出的信號且為數位訊號，特別容易實現數字 控制。該位移測量裝置可根據不同要求改變測量精度，結構簡單，成本低、可 靠性高，可配合適用於多種驅動線圈的懸掛支撐結構來測量驅動線圈的位移值。
圖1是現有常用的驅動線圈的位移測量裝置的結構示意圖； 圖2是本實用新型實施例1的結構示意圖； 圖3是本實用新型實施例2的結構示意圖； 圖4是本實用新型實施例3的結構示意圖5是本實用新型實施例4的結構示意圖。
具體實施方式
實施例1 如圖2所示，該小幅直線運動的位移測量裝置是用於往復運動 的驅動線圈的位移測量，驅動線圈1通過懸掛支撐裝置5實現懸掛和支撐，懸 掛支撐裝置5的兩端分別連接驅動線圈1和磁缸座2，該裝置採用旋轉編碼器8 作為測量元件，旋轉編碼器8固定設置在磁缸座2上。通過在驅動線圈的懸掛 支撐裝置上選擇角度輸出點6，在該角度輸出點連接設置旋轉編碼器的轉角連接 器7，旋轉編碼器8通過轉角連接器6測量旋轉角度，這樣可以轉換得到數位化 輸出的驅動線圈的位移值。
該裝置利用固有的驅動線圈懸掛支撐裝置，無需在驅動線圈上加設任何組 件，通過機械連接將快速、高頻的驅動線圈往復小幅直線運動轉換為旋轉編碼器可識別的往復旋轉運動，通過編碼器輸出的數位訊號得到對應的驅動線圈位 移值，通過改變角度輸出點6的位置可以改變測量的精度，滿足不同測量情況 的需要，經過試驗表明，該測量裝置結構簡單，成本低、可靠性高，可配合適 用於多種驅動線圈的懸掛支撐結構。
實施例2如圖3所示，該小幅直線運動的位移測量裝置是用於高頻往復
運動的驅動線圈的位移測量，驅動線圈1通過搖臂懸掛機構實現懸掛和支撐，
搖臂懸掛機構由橡膠扭簧51和兩個搖臂52組成，橡膠扭簧51的兩端分別連接 搖臂52，兩搖臂分別與驅動線圈1和磁缸座2連接，橡膠扭簧51的中部位置設 置與旋轉編碼器的轉角連接器連接的角度輸出點6。當驅動線圈1的位置發生變 化時，由於橡膠扭簧51為彈性構件，可以扭曲，驅動線圈1與磁缸座2發生錯 位時兩個搖臂產生傾斜，由於搖臂是剛性結構，搖臂同驅動線圈和磁缸座的接 觸面為弧面，兩個搖臂的角度將隨驅動線圈的位置變化而產生變化，橡膠扭簧 也會隨之發生往復旋轉運動，通過在橡膠扭簧的中部設置角度輸出點6並連接 設置轉角連接器，可以實現旋轉編碼器對該旋轉角度的測量並轉換為位移。
通過實驗測定，該測量裝置比較穩定，通過改變角度輸出點6的位置可以 實現不同精度的測量結果，測量成本和維護成本低。該裝置利用固有的驅動線 圈懸掛支撐裝置，無需在驅動線圈上加設任何組件，也無需對現有的搖臂懸掛 機構進行較大改變，最大限度的保證了驅動線圈的振動性能。
實施例3 如圖4所示，該小幅直線運動的位移測量裝置是用於高頻往復 運動的驅動線圈的位移測量，驅動線圈1通過滾臂懸掛機構實現懸掛和支撐， 滾臂懸掛機構由一扇形塊53和柔性片54組成，扇形塊53的扇形角端與磁缸體 2通過樞軸樞接，扇形塊的弧面上固定有柔性片54，柔性片的另一端與驅動線 圈固定l。扇形塊的扇形角端通過一與固定體連接，樞軸作為與旋轉編碼器的轉 角連接器連接的角度輸出點6。
在進行驅動線圈的位移測量時，驅動線圈的上下位移運動直接導致扇形塊 圍繞樞軸發生角度變化，通過將轉角連接器連接設置作為角度輸出點6的樞軸， 旋轉編碼器固定連接設置該樞軸就可以實現精準和穩定的測量。該裝置利用固 有的驅動線圈懸掛支撐裝置，無需在驅動線圈上加設任何組件，也無需對現有 的搖臂懸掛機構進行較大改變，最大限度的保證了驅動線圈的振動性能。
實施例4 如圖5所示，該小幅直線運動的位移測量裝置是用於高頻往復 運動的驅動線圈的位移測量，驅動線圈l通過板簧懸掛機構實現懸掛和支撐，板簧懸掛機構由支撐架56和兩片水平平行設置的板簧55組成，兩板簧的一端 固定連接驅動線圈l，板簧的另一端固定在支撐架56上，支撐架56與磁缸座2 固定設置，上板簧的中部作為角度輸出點6，旋轉編碼器的轉角連接器與該角度 輸出點6連接。進行測量時，當驅動線圈發生上下位移時，板簧隨之發生變形， 從而使角度輸出點6相對於支撐架發生偏轉，將旋轉編碼器安裝在支撐架上， 可以得到該偏轉角度，進而得到驅動線圈的位移值。該裝置利用固有的驅動線 圈懸掛支撐裝置，無需在驅動線圈上加設任何組件，也無需對現有的搖臂懸掛 機構進行較大改變，最大限度的保證了驅動線圈的振動性能。
權利要求1. 一種小幅直線運動的位移測量裝置，用於往復運動的驅動線圈的位移測 量，其特徵在於所述位移測量裝置包括旋轉編碼器和驅動線圈的懸掛支撐裝置， 旋轉編碼器固定設置，驅動線圈的懸掛支撐裝置的變形件或旋轉件連接設置旋 轉編碼器的轉角連接器，由轉角連接器將懸掛支撐裝置的變化以旋轉角度的形 式輸入到旋轉編碼器。
2. 根據權利要求l所述的小幅直線運動的位移測量裝置，其特徵在於所述 旋轉編碼器固定設置，所述驅動線圈的支撐懸掛裝置為搖臂懸掛機構，所述搖 臂懸掛機構包括橡膠扭簧和搖臂，橡膠扭簧的兩端分別連接搖臂，兩搖臂分別 與驅動線圈和固定體連接，橡膠扭簧上設置與旋轉編碼器的轉角連接器連接的 角度輸出點。
3. 根據權利要求2所述的小幅直線運動的位移測量裝置，其特徵在於所述 旋轉編碼器固定設置在磁缸座上，角度輸出點設置在橡膠扭簧的中部。
4. 根據權利要求1所述的小幅直線運動的位移測量裝置，其特徵在於所述 旋轉編碼器固定設置，所述驅動線圈的支撐懸掛裝置為滾臂懸掛機構，所述滾 臂懸掛機構包括一扇形塊，扇形塊的扇形角端與固定體樞接，扇形塊的弧面上 固定有柔性片，柔性片的另一端與驅動線圈固定。
5. 根據權利要求4所述的小幅直線運動的位移測量裝置，其特徵在於所述 扇形塊的扇形角端通過一樞軸與固定體連接，所述樞軸與旋轉編碼器的轉角連 接器連接作為角度輸出點，所述旋轉編碼器固定設置在磁缸座上。
6. 根據權利要求1所述的小幅直線運動的位移測量裝置，其特徵在於所述 旋轉編碼器固定設置，所述驅動線圈的支撐懸掛裝置為板簧懸掛機構，所述板 簧懸掛機構包括板簧，板簧的兩端分別與固定體和驅動線圈固定，所述板簧上 設置與旋轉編碼器的轉角連接器連接的角度輸出點。
7. 根據權利要求6所述的小幅直線運動的位移測量裝置，其特徵在於所述 板簧為水平平行設置的兩片，兩板簧的一端固定連接驅動線圈，板簧的另一端 固定在一支撐架上，所述一板簧的中部作為角度輸出點，旋轉編碼器的轉角連 接器與該角度輸出點連接。
專利摘要小幅直線運動的位移測量裝置，用於往復運動的驅動線圈的位移測量，其特徵在於所述位移測量裝置包括旋轉編碼器和驅動線圈的懸掛支撐裝置，旋轉編碼器固定設置，驅動線圈的懸掛支撐裝置的變形件或旋轉件連接設置旋轉編碼器的轉角連接器，由轉角連接器將懸掛支撐裝置的變化以旋轉角度的形式輸入到旋轉編碼器。該裝置利用振動臺所固有的驅動線圈懸掛支撐裝置，不需要在驅動線圈上加裝任何裝置就能通過旋轉編碼器輸出的轉動信號得到對應的位移值，並不會對驅動線圈的力學結構產生任何影響，特別容易實現數字控制。該位移測量裝置可改變測量精度，結構簡單，成本低、可靠性高。
文檔編號G01D5/244GK201156009SQ20082000550
公開日2008年11月26日 申請日期2008年3月4日 優先權日2008年3月4日
發明者吳國雄, 磊 瞿 申請人:蘇州東菱振動試驗儀器有限公司