專利名稱：感力尺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及長度測量器具，尤其涉及一種電子長度測量器具。
技術(shù)背景所謂尺就是一種長度或位置的測量器具。目前的長度測量器具可分為 機(jī)械式和電子式，機(jī)械式長度測量器具有直尺式、游標(biāo)式、指針表式等； 電子式長度測量器具有容柵式、磁柵式和光柵式等。機(jī)械式長度測量器具 是靠刻度來指示位置或長度，具有直觀和測量基本不受環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)； 但機(jī)械式長度測量器具也存在讀數(shù)誤差和無法直接向電腦傳輸數(shù)據(jù)的問 題。電子式長度測量器具是靠傳感器探測游標(biāo)的位置或探測游標(biāo)的移動 量，具有數(shù)字讀數(shù)、高分辨率高精度、可向電腦傳輸數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)，可向電 腦傳輸數(shù)據(jù)更是為數(shù)控設(shè)備的閉環(huán)控制提供了手段;但電子式長度測量器 具也存在易受環(huán)境影響的問題，其中容柵式怕水怕油、磁柵式怕外磁場和 磁性粉末、光柵式怕塵，這樣在許多工作環(huán)境下就存在可靠性問題；而且 在超長測量中，電子式長度測量器具都會受到超長傳感器的制作困難。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供一種感力的電子長度測量器具，以力來傳遞位置信 息，提高電子長度測量器具的可靠性并降低成本。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是與如圖1所示， 一個長為L的條狀尺身100，條狀尺身100兩端有支承點(diǎn)110和120。在未受壓力時條狀尺身100 處于受力平衡態(tài)，即兩端支承點(diǎn)110和120支承力Fi和F2之和等于條狀尺身100的重量。在條狀觸控板100距兩端兩支承點(diǎn)110和120分別為a 和b的位置130上，對條狀尺身IOO施加壓力P，支承力Fi和F2的變化 之和AFi+AF2等于壓力P，兩支承點(diǎn)支承力的變化AFi和AF2反比于施 壓點(diǎn)130距支承點(diǎn)的距離a和b，即壓力的分配反比于施壓點(diǎn)130距支承 點(diǎn)的距離，即<formula>formula see original document page 5</formula>，依上面的關(guān)系式，通過測量兩個支承點(diǎn)支承力的變化(即壓力的分配)AFi 和厶F2，甚至只是測量兩個支承點(diǎn)支承力變化的比值A(chǔ)Fi/AF2，即兩個 支承點(diǎn)支承力變化的相對大小，就可得到施壓點(diǎn)130在條狀尺身100兩端 支承點(diǎn)連線上的位置。而測量被測物體頭尾兩端的位置，就可得到被測物 體的長度。將兩個力學(xué)傳感元件分別設(shè)置在條狀直線尺尺身兩端的支承位上，兩 個力學(xué)傳感元件都連接測量電路。以一定的彈性力將一游標(biāo)觸壓在尺身 上，并讓游標(biāo)在尺身兩端的支承位間可自由移動。游標(biāo)處于尺身的某一位 置時，游標(biāo)將觸壓力傳遞到尺身上，尺身再將觸壓力分配到兩個支承位置， 測量電路由兩個力學(xué)傳感元件感測到觸壓力的大小，以及在兩個支承位置 上的分配，確定游標(biāo)在直線感力尺尺身上的一維位置。同樣，只要在面狀平面尺尺身不少于三個的支承位置上都設(shè)置力學(xué)傳 感元件，力學(xué)傳感元件都連接測量電路。以一定的彈性力將一游標(biāo)觸壓在 定位板上，并讓游標(biāo)在面狀尺尺身上可自由移動。游標(biāo)處于面狀尺尺身上 的某一位置時，游標(biāo)將觸壓力傳遞到面狀尺尺身上，面狀尺尺身再將觸壓 力分配到各支承位置，測量電路由各力學(xué)傳感元件感測到觸壓力在各支承 位置上的分配，確定游標(biāo)在平面感力尺尺身上的二維位置。也可以用兩個相互垂直的直線尺來測量游標(biāo)在平面上的二維位置。當(dāng)游標(biāo)在平面上繞固定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)時，通過測量游標(biāo)在平面上兩個垂直方 向的位置，也可獲得游標(biāo)的角位置。力學(xué)傳感元件可以是壓力傳感元件，也可以是張力傳感元件。 力學(xué)傳感元件通過機(jī)構(gòu)與尺身相連接。 力學(xué)傳感元件也可以直接安置在尺身上。也可以將力學(xué)傳感元件安置在尺身的支承框架上，觸壓力通過尺身傳 遞到支承框架上，安置在尺身支承框架上的力學(xué)傳感元件感測到觸壓力以 及觸壓力的分布?？梢栽诎仓昧W(xué)傳感元件的尺身上或支承框架上設(shè)置特別的結(jié)構(gòu)，以 便尺身被觸壓時，在特別結(jié)構(gòu)處產(chǎn)生相對大的形變，便于力學(xué)傳感元件對 觸壓力的測量。與尺身相接觸的游標(biāo)上具有磁性材料，可以被被測物件上的磁性物體 帶動，實(shí)現(xiàn)非接觸非測量。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果是本發(fā)明的感力尺只需測量觸壓力在尺身上的分布，也就是只需測量各 力學(xué)傳感元件所受觸壓力的相對值，就可確定游標(biāo)在尺身上的位置。力學(xué) 測量是一種成熟技術(shù)，市場上已具有多種低成本的力學(xué)傳感元件(如應(yīng)變 電阻)及其測量電路。而相對值的測量可進(jìn)大大提高測量精度、降低成本。本發(fā)明的感力尺只需在尺身上的少數(shù)固定位置設(shè)置力學(xué)傳感元件，就 可測量游標(biāo)在整個尺身上的位置,克服了大距離測量器具中傳感器的制作 困難。觸壓力的變化值，特別是各力學(xué)傳感元件所受觸壓力的相對值，對環(huán) 境溫度的變化不敏感，濕度對力的傳遞也完全沒有影響，外界聲光電也不 會干擾力的傳遞，故本發(fā)明的感力尺幾乎不受測量環(huán)境的影響，大大提高 測量器具的可靠性。


圖1是感力尺位置感測原理的示意圖； 圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式
一的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式
二的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式
三的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明具體實(shí)施方式
四的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的實(shí)施例之一如圖2所示:一種直線感力尺200具有條狀尺身 210、尺基座220、游標(biāo)230、兩個力學(xué)傳感元件241和242、測量電路250 和顯示器260等。游標(biāo)230安裝在支架231上，游標(biāo)230具有滾珠232， 游標(biāo)230內(nèi)的彈片233將滾珠232壓向尺身210，保持滾珠232與尺身210 相接觸。支架231在尺基座220的軌道221上沿條狀尺身210方向可自由 移動。支架231在尺基座220的軌道221上滑動時，帶動滾珠232在尺身 210上滾動。兩個力學(xué)傳感元件241和242分別設(shè)置在尺身210兩端的支 承位上，力學(xué)傳感元件241和242均連接測量電路250，測量電路250連 接顯示器260。在游標(biāo)230處于感力尺200某一位置時，滾珠232在A點(diǎn) 與尺身210相接觸觸壓尺身，尺身210再將觸壓力傳遞到兩個支承位置， 測量電路250由兩個力學(xué)傳感元件241和242感測到觸壓力，由兩個力學(xué) 傳感元件241和242感測的觸壓力的比值確定滾珠232(也就是游標(biāo)230) 在條狀尺身210上的位置，并在顯示器260上顯示出游標(biāo)230的位置。實(shí) 現(xiàn)一種通過測量壓力，在一維方向上獲知游標(biāo)位置的直線感力尺200。本發(fā)明的實(shí)施例之二如圖3所示一種非接觸式直線尺300具有條狀 尺身310、尺基座320、游標(biāo)330、兩個力學(xué)傳感元件341和342、測量電 路350和顯示器360等。游標(biāo)330以磁性材料制作，尺身310和尺基座 320均以非磁性材料制作。游標(biāo)330具有觸點(diǎn)331與尺身310相接觸，并在尺身310上可自由移動。在被測物件370上固定磁塊371。將感力尺300 靠近被測物件370，讓條狀尺身310的方向與被測物件370運(yùn)動方向一致， 并讓磁性游標(biāo)330對準(zhǔn)被測物件370上的磁塊371。當(dāng)被測物件370移動 時，固定在被測物件370上的磁塊371靠磁力帶動游標(biāo)330也同步在尺身 310上移動。兩個力學(xué)傳感元件341和342分別設(shè)置在尺身310兩端的支 承位上，力學(xué)傳感元件341和342均連接測量電路350，測量電路350連 接顯示器360。被測物件370處于某一位置時，游標(biāo)330也隨同被測物件 370上的磁塊371停留在尺身310的對應(yīng)位置，游標(biāo)330上的觸點(diǎn)331在 A點(diǎn)與尺身310相接觸觸壓尺身，尺身310再將觸壓力傳遞到兩個支承位 置，測量電路350由兩個力學(xué)傳感元件341和342感測到觸壓力，由兩個 力學(xué)傳感元件341和342感測的觸壓力的比值確定觸點(diǎn)331 (也就是游標(biāo) 330)在條狀尺身310上的位置，并在顯示器360上顯示出游標(biāo)330的位置。 實(shí)現(xiàn)一種通過測量磁性壓力的非接觸式直線尺300。本發(fā)明的實(shí)施例之三如圖4所示 一種平面感力尺400具有面狀尺身 410、尺基座420、游標(biāo)430、四個力學(xué)傳感元件441和442和443和444、 測量電路450和顯示器460等。游標(biāo)430安裝在支架431上，游標(biāo)430 具有滾珠432，游標(biāo)430內(nèi)的彈片433將滾珠432壓向尺身410，保持滾 珠432與尺身410相接觸。支架431在尺基座420的軌道425上沿垂直于 支架431的方向可自由移動，游標(biāo)430在支架431上可自由移動，相當(dāng)于 游標(biāo)430可在整個面狀尺身410上自由移動。支架431在尺基座420的軌 道425上滑動，游標(biāo)430在支架431上滑動時，滾珠432在面狀尺身410 上滾動。四個張力應(yīng)變電阻片441、 442、 443和444分別直接貼覆在尺身 410面上的四角支承位421、 422、 423和424附近，張力應(yīng)變電阻片441、 442、 443和444均連接測量電路450，測量電路450連接顯示器460。在 游標(biāo)430處于面狀尺身410上某一位置時，滾珠432在A點(diǎn)與尺身410 接觸觸壓尺身，尺身410發(fā)生輕微的形變，測量電路450由四個張力應(yīng)變電阻片441、 442、 443和444感測到尺身410四角形變的不同，而測量出 四角的觸壓力，由兩個張力應(yīng)變電阻片441和442感測的觸壓力的比值， 或張力應(yīng)變電阻片443和444感測的觸壓力的比值確定滾珠432(也就是 游標(biāo)430)在面狀尺身410上x方向的位置；由兩個張力應(yīng)變電阻片441 和443感測的觸壓力的比值，或張力應(yīng)變電阻片442和444感測的觸壓力 的比值確定滾珠432(也就是游標(biāo)430)在面狀尺身410上y方向的位置； 并在顯示器460上顯示出游標(biāo)430的位置。實(shí)現(xiàn)一種通過測量壓力，在二 維方向上獲知游標(biāo)位置的平面感力尺400。本發(fā)明的實(shí)施例之四如圖5所示: 一種感力角度尺500具有面狀尺身 510、尺基座520、游標(biāo)530、四個力學(xué)傳感元件541和542和543和544、 測量電路550和顯示器560等。游標(biāo)530固定安裝在轉(zhuǎn)架531上，游標(biāo) 530具有滾珠532，游標(biāo)530內(nèi)的彈片533將滾珠532壓向尺身510，保 持滾珠532與尺身510相接觸。轉(zhuǎn)架531可繞尺基座520上一垂直于面狀 尺身510的軸521自由轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于游標(biāo)530可繞垂直于面狀尺身510 的軸521自由轉(zhuǎn)動，并定義軸521的位置為平行于面狀尺身510的平面坐 標(biāo)系x-y的原點(diǎn)。轉(zhuǎn)架531在繞軸521轉(zhuǎn)動時，滾珠532在面狀尺身510 上滾動。四個力學(xué)傳感元件541、 542、 543和544分別設(shè)置在尺身510 四角的支承位上，力學(xué)傳感元件541、 542、 543和544均連接測量電路 550，測量電路550連接顯示器560。在游標(biāo)530處于面狀尺身510上某 一位置時，滾珠532在圓R的A點(diǎn)與尺身510接觸觸壓尺身，尺身510 再將觸壓力傳遞到四角的支承位置，測量電路550由四個力學(xué)傳感元件 541、 542、 543和544感測到四角的觸壓力，由兩個力學(xué)傳感元件541和 542感測的觸壓力的比值，或力學(xué)傳感元件543和544感測的觸壓力的比 值確定滾珠532(也就是游標(biāo)530)在面狀尺身510上x方向的位置；由兩 個力學(xué)傳感元件541和543感測的觸壓力的比值，或力學(xué)傳感元件542 和544感測的觸壓力的比值確定滾珠532(也就是游標(biāo)530)在面狀尺身510上y方向的位置；再由x向和y向的位置計(jì)算出游標(biāo)530的角位置0 ; 并在顯示器560上顯示出游標(biāo)530的角位置9 。實(shí)現(xiàn)一種通過測量壓力， 獲知游標(biāo)角位置的感力角度尺500。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說 明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種感力尺，其特征在于具有尺身、游標(biāo)、若干個力學(xué)傳感元件、測量電路等，所述的游標(biāo)觸壓在尺身上，并且可在尺身上自由移動，所述的力學(xué)傳感元件通過機(jī)構(gòu)與尺身相連接，力學(xué)傳感元件連接測量電路，測量電路測量力學(xué)傳感元件上的觸壓力，以各力學(xué)傳感元件上的觸壓力，確定游標(biāo)在尺身上的位置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感力尺，其特征在于兩個力學(xué)傳感元件分設(shè)置在條狀尺身的兩端，以兩個力學(xué)傳感元件感 測到的觸壓力，確定游標(biāo)在尺身上的一維位置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感力尺，其特征在于-不少于三個力學(xué)傳感元件分設(shè)置在面狀尺身上，以各力學(xué)傳感元件感測到的觸壓力，確定游標(biāo)在尺身上的二維位置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的感力尺，其特征在于以各力學(xué)傳感元件感測到的游標(biāo)的二維位置，確定游標(biāo)的角位置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于以各力學(xué)傳感元件感測到觸壓力的比值，確定游標(biāo)在尺身上的位置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于所述力學(xué)傳感元件是壓力傳感元件或張力傳感元件。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于所述力學(xué)傳感元件安置在尺身的支承位上。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于所述力學(xué)傳感元件直接安置在尺身上。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于所述力學(xué)傳感元件安置在尺身的支承框架上。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的感力尺，其特征在于所述游標(biāo)上具有磁性材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種感力尺，尺身上具有可移動的游標(biāo)，在與尺身相連接的機(jī)構(gòu)上設(shè)置力學(xué)傳感元件，通過各力學(xué)傳感元件測量游標(biāo)對尺身各支承位觸壓力的相對大小，確定游標(biāo)在尺身上的位置。本發(fā)明的感力尺通過各力學(xué)傳感元件所受觸壓力相對值測位置的方法，可大大提高測量精度、降低成本；通過感力測位置更是幾乎不受測量環(huán)境的影響，提高了測量器具的可靠性。
文檔編號G01B21/02GK101251378SQ20071008425
公開日2008年8月27日 申請日期2007年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月24日
發(fā)明者陳其良, 陳梅英 申請人:陳其良;陳梅英