專利名稱：磁柵數(shù)顯長度計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)量器具精度仍受到限制。成本亦較高。同時(shí)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(jì)量器具的精度提高一個(gè)數(shù)量級。成本下降，它具有光柵與容柵共同的特點(diǎn)。
磁記錄原理在錄音與錄像領(lǐng)域發(fā)展已有半個(gè)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(jì)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(jì)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(gè)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(dòng)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(gè)磁頭A，B。磁頭嵌在定尺的深度尺槽內(nèi)，兩個(gè)磁頭都有自己獨(dú)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(shí)安放兩個(gè)磁頭A，B的處理電路，計(jì)數(shù)器，顯示器及電池。當(dāng)滑尺移動(dòng)，磁頭A，B跟著移動(dòng)。
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(jì)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(gè)磁頭下的磁層為相等長度的N-S與S-N小永久磁鐵，兩個(gè)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(yùn)動(dòng)時(shí)，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(jì)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(gè)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(gè)磁頭A，B可以產(chǎn)生相位差90度的四個(gè)方波信號。因此當(dāng)滑尺移動(dòng)2b距離可以使計(jì)數(shù)器得到四個(gè)計(jì)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(shí)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(gè)周期具有4個(gè)脈沖。從PL處輸入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，測量長度的大小。同時(shí)用合成的脈沖信號與U2，U4輸出的方波信號與D1，D2，D3三個(gè)D觸發(fā)器，U12，U13及U14組成運(yùn)動(dòng)方向判別電路，U14輸出的高低電平代表移動(dòng)的方向。從“+-”處進(jìn)行合成脈沖的加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)。
采用相同的磁柵測量計(jì)數(shù)原理可以用來設(shè)計(jì)磁柵數(shù)顯精密絲杠萬分尺，(把原來的千分尺提高一個(gè)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(dòng)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(dòng)，(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(dòng)距離為0.5mm亦即兩個(gè)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(gè)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(shí)測量桿必須采用非導(dǎo)磁材料，鋁合金或不銹鋼，同時(shí)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(gè)磁道小永久磁鐵位相相差1/4周期，當(dāng)存在相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(jì)數(shù)器與英制計(jì)數(shù)器計(jì)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(gè)磁頭形成相位差90度的四個(gè)脈沖電壓信號。因此測量裝置移動(dòng)2b距離，計(jì)數(shù)器可以接受四個(gè)計(jì)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(gè)計(jì)數(shù)脈沖。同時(shí)，用此計(jì)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(yùn)動(dòng)的方向，控制計(jì)數(shù)器的加計(jì)數(shù)與減計(jì)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(gè)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(dòng)時(shí)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(jì)數(shù)脈沖與加減計(jì)數(shù)的高低電平信號，控制公制計(jì)數(shù)器與英制計(jì)數(shù)器計(jì)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(gè)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(gè)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(dòng)測量桿旋轉(zhuǎn)移動(dòng)時(shí)，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(jì)數(shù)脈沖與加減計(jì)數(shù)的高低電平信號，控制公制計(jì)數(shù)器與英制計(jì)數(shù)器計(jì)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，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(jì)數(shù)器計(jì)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