專利名稱：高精度便攜電子游標(biāo)卡尺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一個用于進行線性尺寸測量的高精度便攜游標(biāo)卡尺，或稱游標(biāo)尺。更確切地說，本發(fā)明涉及的是一個電子型高精度的便攜游標(biāo)卡尺。
傳統(tǒng)的游標(biāo)卡尺漸漸地為提供很舒服讀數(shù)且有競爭價格的電子游標(biāo)卡尺所取代?，F(xiàn)在流行的電子游標(biāo)卡尺的大部分都是使用電容型傳感器。用對在游標(biāo)卡尺的主尺桿上的電極柵與置于相對的游標(biāo)卡的電極柵間所產(chǎn)生的電容的變化的測量來提供一個由游標(biāo)在主尺上的位置所決定的示數(shù)。這個示數(shù)的信息是顯示在通常固定在游標(biāo)上的顯示屏上。這個類型的電路例如在以申請人含義提出的的發(fā)明專利申請EP 96810686中有描述。
之所以使用電容測量原理，一方面是這種測量原提供了非常好的分辨率和精確度。另一方面是這種裝置的電耗很小，例如能使用電池供電。這些電容型傳感器的游標(biāo)卡尺因此必須保持干凈來保證正確工作，因此在潮濕環(huán)境中或有潤滑油/或射有灰塵的工作環(huán)境都是不適宜的。因此，在這些困難的環(huán)境中，則更喜歡用手動的游標(biāo)卡尺或表針式卡尺，而不是電子游標(biāo)卡尺。
于是，本發(fā)明的目的在于一種較以前技術(shù)的游標(biāo)卡尺為改善的便攜電子游標(biāo)卡尺。特別是本發(fā)明的目的是推薦一種游標(biāo)卡尺，裝著對油脂和灰塵都不敏感的傳感器，提供百分之一毫米量級上的分辨力和百分之幾毫米量級上的精確度，就是說，其性能和價格相同的電容性游標(biāo)卡尺的性能相當(dāng)，且其電耗足夠小，以能用單個電池，如鋰電池供電。
根據(jù)本發(fā)明，這種目的是用具有在權(quán)利要求1特征部分中所描述元件的傳感器來達到。其它權(quán)利要求描述了優(yōu)越的實施方式。
更明確地說，本發(fā)明的這個目的是在便攜電子游標(biāo)卡尺中使用磁致電阻電極傳感器的方法來達到的。
本發(fā)明的游標(biāo)卡尺的主尺桿上有磁化周期為λ的磁化尺，游標(biāo)卡尺的傳感器是在述及的磁化尺相對的地方裝的一個磁致電阻電極柵，以使磁致電阻電極的阻值是傳感器沿磁化尺長度方向上的位置的周期函數(shù)，磁致電阻電極的數(shù)目大，在任何情況下都大于2。這些裝置能根據(jù)磁致電阻電極的電阻值來確定由游標(biāo)卡尺的量爪間的距離所決定的指示數(shù)，這個指示數(shù)顯示在電子屏幕上。
可用磁致電阻電極傳感器來測量線性尺寸或角度是已知的，而已知的傳感器的磁致電阻電極的電阻對于用電池或電池組供電是太小了。將大耗電傳感器用于獨立的用電儀器，例如用于便攜的高精度游標(biāo)卡尺因此是不可取的。
使用磁致電阻材料的屬性的游標(biāo)卡尺已經(jīng)有過描述，例如在專利號為US 5029402、US4226024及US 5174041等文獻中。這些文獻所描述的游標(biāo)卡尺裝有兩個不同的傳感器，其每一個都是磁致電阻電極構(gòu)成的。兩個傳感器之間的距離是關(guān)鍵，決定了得到的測量精度。已采用的僅使用兩個磁致電阻電極的的原理不能制成高精度的游標(biāo)卡尺，就是說這樣的游標(biāo)卡尺能夠測量長度的精度和分辨力都低于0.1mm。因此，這樣的游標(biāo)卡尺僅限用在測量像小孔形零件或錐體的直徑這樣的對測量精度要求不太高測量。這些文獻的教導(dǎo)不能精度為的相當(dāng)不同的高精度測量的技術(shù)領(lǐng)域。
閱讀用圖示出的示例性的說明將更好地弄懂本發(fā)明，述及的圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的便攜電子游標(biāo)卡尺的分解視圖。
圖2是用于本發(fā)明的游標(biāo)卡尺的電子裝置的部分放大圖。
圖3是在根據(jù)本發(fā)明的游標(biāo)卡尺的主尺上面的磁致電阻傳感器的示意透視圖。
圖4是電路示意圖，示出磁致電阻電極間構(gòu)成測量電橋的連接方式。
圖1用分解的方式示出根據(jù)本發(fā)明的便攜電子游標(biāo)卡尺，這種游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)是已知的，例如在以申請者為名的申請?zhí)枮镋P 719999的發(fā)明專利中已有描述，其內(nèi)容結(jié)合在本文中作參考。這篇文獻中特別包含有游標(biāo)沿主尺的導(dǎo)引機構(gòu)及量爪的校準(zhǔn)機構(gòu)的一個可能的和方便的實施方式。
本發(fā)明的游標(biāo)尺有一個主尺桿2和一個能沿主尺桿縱向移動的游標(biāo)1。主尺桿的長度可根據(jù)游標(biāo)卡尺的預(yù)定的使用而不同，典型的長度例如為15、20或40厘米。游標(biāo)上裝有一個移動量爪10，而主尺桿上裝有一個固定量爪20，一個顯示屏12，例如一個液晶顯示屏顯示出由兩個量爪間的間距所決定的指示數(shù)，例如顯示屏12可以用五位數(shù)顯示，其中有小數(shù)點后的兩位，兩量爪10和20間的距離以毫米為單位。
磁性主尺21是用任何一種已知的固定方式固定在主尺桿上，例如粘上。述及的主尺最好占據(jù)整個主尺桿2的長度，在一個復(fù)種中，述及的主尺只占據(jù)主尺桿2的一部分，在這一部分上，傳感器112(在下面描述)對移動敏感。
主尺桿2和游標(biāo)1最好都是用金屬制成，例如為了省錢而用鋁，或為了更為結(jié)實而用鋼。述及的主尺21必須用永磁材料制成，通常例如在低碳鋼或玻璃的基底上復(fù)蓋一層高矯頑性的鐵磁材料。如圖2和3中特別看到的，這主尺是磁化成以λ為磁化周期的，在圖示的例子中，周期性的磁化主要沿水平方向，而沿主尺21的縱軸方向。同樣也可使尺子帶有豎直方向的周期性磁場這樣尺子在臨近的磁疇有較好的穩(wěn)定性，對由寄生磁場產(chǎn)生的移動不敏感。
這里指出，盡管在這個理想的實施例中，主尺桿和主尺是由兩個相分離的件組成的，但如主尺桿是用準(zhǔn)備好的磁性材料制成的話，也可以直接磁化主尺桿，這樣得到的是僅由一個件的整體的尺子和尺桿。
述及的尺21上復(fù)蓋一層非磁性材料的保護層22，述及的保護層例如是用有自粘性的(autoadhesive)的合成材料膜，上面印有讀數(shù)220，使用戶不讀顯示屏12就能直接估計進行的測量。
在這個例子中，游標(biāo)1三面包圍著主尺桿2，即下面與兩個側(cè)面。一塊印刷電路板115直接固定在述及的游標(biāo)的上面，最好是用螺釘固定。游標(biāo)尺印刷電路板115的制造要足夠精確，以能用很好的精度控制主尺21和印刷線路板115之間的距離，如需要可以裝上適當(dāng)?shù)臋C構(gòu)用來調(diào)節(jié)這個間距。
諸電子裝置在圖中用一個標(biāo)號11總括性地標(biāo)出來，用來將由游標(biāo)卡尺上的兩個量爪10和20間的距離的示數(shù)顯示在液晶電子顯示屏上，這些電子裝置是直接匯集在印刷電路板115上。在電子裝置中主要有一個唯一的磁致電阻傳感器112，在圖3中示意性地示出，裝配于印刷電路板115的下方，和磁性尺21相對。述及的傳感器112有一由大數(shù)量的磁致電阻電極1121構(gòu)成的柵(圖2)，電極分成簇1120，述及的柵的各電阻值是游標(biāo)1在沿主尺2長度上的位置的周期函數(shù)。一環(huán)氧樹脂層116保護著磁致電阻傳感器112，以防止磁致電阻道跡1121被主尺桿上的灰塵劃掉，述及的裝置11上還有獨立的供電裝置，在示出的例子中為一電池110。述及的電池110最好是片狀的鋰電池，應(yīng)能保證本裝置獨立地運行幾個小時。供電裝置也可以有或者是由一個裝在游標(biāo)的盒子里的光電池構(gòu)成。最好供電裝置在印刷電路板115的下面和主尺21相對處裝一線性發(fā)電機111。述及的線性發(fā)電機111中例如有電感線圈型的元件。當(dāng)游標(biāo)1沿著主尺移動時，通過電感線圈元件變化的磁場在這些元件中就生成電流，這電流可用來對蓄電器或可充電電池110充電。一個ASIC型集成電路113根據(jù)在傳感器112上磁致電阻電極的電阻值示出量爪10和20間的距離，并控制顯示屏12顯示這個距離，并控制顯示屏以顯示出這個示數(shù)。電子裝置11中最好還有一個可選擇的永磁鐵114，裝在印刷電路115的上面，傳感器112的對面，這個永磁鐵可以使傳感器112的磁致電阻電極1121極化，以使傳感器112達到要求的各種特性。
所有的電子裝置11都用一個盒子13保護起來，最好是用防震的合成材料盒。盒子的形式是符合人體工程學(xué)的，并能使游標(biāo)方便地在兩個方向移動，為此，在述及的盒子13上裝有一段隆起的防滑部分130，正是由于這個防滑部分，游標(biāo)的操作便特別方便。通過盒子13的窗口131使能看見顯示屏12。多個按鈕132用來進行操作，例如使游標(biāo)卡尺移動、或其它功能，如調(diào)零、相繼測量的相加、取平均等。述及的盒子可以抽開或打開，最少特別是為了更換電池110?？蛇x擇安裝一個光電連接器133，用作游標(biāo)卡尺1與外圍設(shè)備，如打印機、個人計算機、或者機器的接口。
磁化電阻傳感器112中有很大數(shù)量的磁致電阻電極1121，在圖3中看到的是示意形式，所有電極1121的布置成一平行的電極柵。電極的長度在0.1到10毫米之間，最好剛剛小于小片112的寬度。例如，若傳感器112的寬度為1.4毫米，則磁致電阻的電極的長度例如可選在接近于1毫米。
述及的電極的寬度極小，小到現(xiàn)在傳感器制造工藝可能達到的程度，最好小于40μm，例如5μm。電極的厚度小于100nm，最好小于50nm。這樣小的尺寸使得整個電極的電阻很高，從而減少了耗電量，少于舊技術(shù)的傳感器的耗電，就能用單個電池110供電。這樣的尺寸還能得到對主尺上磁場的足夠的靈敏度，以使傳感器的電子裝置沒有過分的困難就能測量電極的電阻變化。
各不同磁致電阻電極1121是沿著傳感器112的縱向安排的，以在相對于由主尺2所生成的周期為λ的磁場Hx(X)占據(jù)不同的相位。在距主尺2的一個足夠的距離a上，磁場近似為X的正弦函數(shù)。這樣由主尺21在每個磁致電阻電極1121處所產(chǎn)生的磁場便是這個電極在縱向上的位置的正弦函數(shù)。當(dāng)游標(biāo)1沿主尺桿移動時，每個電極1121的電阻便以正弦的形式演化，借助于各個電阻1121的值，電路113就確定游標(biāo)的位置，并在顯示屏112上顯示出這一信息。
圖4用示意的方式示出了電極1121的理想的連接方式。在這個例子中，磁致電阻電極的連接構(gòu)成兩個測量電橋(wheatstone(惠斯登)電橋)每個電橋的各相應(yīng)電極都有90°的相位差，即λ/4。每個電橋有四個磁致電阻的電極，分別為ABCD，A′B′C′D′(或更理想的是四個磁致電阻的電極的組，后面將看到)電極或電極組A(相應(yīng)的A′)相對于電極和電極組C(相應(yīng)的C′)的相位差為180°，同樣，電極或電極組B(或B′)相對于電極或電極組D(或D′)的相位差也為180°。
電極A、A′、B、B′和電極B、B′、D、D′占據(jù)同樣的相位位置，因此，每對磁致電阻電極AB，A′B′，CD，C′D′都以相反的方式取向，例如+45°和-45°，構(gòu)成理發(fā)館招牌式的結(jié)構(gòu)，可以證明，相同的磁場Hx在具有+45°取向的理發(fā)館招牌式結(jié)構(gòu)的磁化電阻電極上所產(chǎn)生的電阻變化量4r與在具有-45取向的理發(fā)館招牌式結(jié)構(gòu)的磁致電阻電極上所產(chǎn)生的電阻變化量相抵消。因此，將相反取向的理發(fā)館招牌式結(jié)構(gòu)置于磁致電阻電極上的作用和由相位差為180°所取得的作用是等價的。使用理發(fā)館招牌式結(jié)構(gòu)可以控制由磁場Hx在每個磁致電阻電極1121上所產(chǎn)生的電阻DR的變化。在同一個傳感器上使用不同取向的理發(fā)館招牌式結(jié)構(gòu)，例如取向為+和-45°，便能得到一個附加的自由度用于電極的放置，這可以增加強度，并更好抵消幾何誤差。
述及的兩個電橋是用兩個電壓Up和Un來維持的，兩個電橋的輸出信號分別是在S和S′點間Q或C和C′間提取的，C與C′點間的信號相對于S和S′間的信號有90°的相位差。使用測量電橋可以抵消例如由主尺和傳感器之間的間隙所引起的誤差，因此可以得到小于10Mm，約5μm的測量精度，甚至使用簡單的導(dǎo)引機構(gòu)，如使用上面描述的那種傳統(tǒng)類型游標(biāo)卡尺中見到的導(dǎo)引機構(gòu)。
述及的傳感器112至少還有一個平衡電阻，圖中沒有畫出，其阻值可以在制造時用激光標(biāo)準(zhǔn)以便在沒有一點磁場作用的，使述及的測量電橋平衡。這個電阻用來校準(zhǔn)測量電橋。
為了進一步減少傳感器的耗電量，最好從A到D′的每個電極組都是由多個磁致電阻電極1121串聯(lián)而成。每組的磁致電阻的個數(shù)最好大于4，其多少僅受片112尺寸的限制。在本發(fā)明的一個實施例中，每組的磁致電阻的電極數(shù)為72。在這個非限制性的例子中，兩個電橋的每一個都是由四組72電極構(gòu)成的，傳感器112上磁致電阻電極1121的總數(shù)因此為576個，測量電橋ABCD與A′B′C′D′中的每一個在Vp與Un點間的以及每個電極組的電阻值就能超過10KΩ，最好超過50KΩ，這樣只用一只容量有限的鋰電池就能將游標(biāo)卡尺供電幾個小時。
構(gòu)成每個組的所有電極可以占據(jù)同一相位的所有位置，即相距為一個周期λ的位置。在第一個理想的變種中，每個組中的電極的分布是占據(jù)相近相位的位置，例如分布從Kλ-W/2到Kλ+W/2之間，此處K是一整數(shù)，而W是參數(shù)，表明每組電極展開的寬度，在一個實施例中，W等于λ/4。同一組中的相鄰的展開在W的寬度上的電極的集合稱為一個簇，在圖3中用號1120標(biāo)出。這種結(jié)構(gòu)使得電極組從A到D′所得到的電阻值是在寬度為W的一個間隔內(nèi)的所布開的電極電阻的平均的結(jié)果。第二個理想的變種可和第一個變種相結(jié)合，其中每組電極具有放在相位差為180°的地方，而具有相反的理發(fā)館招牌式結(jié)構(gòu)的取向。
為了最好地消除系統(tǒng)的幾何誤差，磁致電阻傳感器112的電極1121分布在K個周期λ內(nèi)，最好至少有兩個周期λ，例如有6個周期λ，其上限僅決定于片112的尺寸。
主尺表面的磁場強度Ho最好在10到100KA/m之間，并隨離主尺表面的距離按照下面的關(guān)系呈指數(shù)衰減。
Hx(a)＝Hoe-2πa/λ對于便攜游標(biāo)卡尺，不增加裝置的成本，不可能實現(xiàn)主尺21和各磁致電阻電極1121間的距離a小于200μm，而因此選取的的間隙a最好在200μm到700μm之間，再在這個數(shù)值上擴大間隙a的大小不能產(chǎn)生的重大的經(jīng)濟利益。在本發(fā)明的一個實施例中，選取間隙a為500μm，這是一個遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通常磁致電阻傳感器運行的數(shù)值。
上面的關(guān)系式說明在距離主尺的距離為a處的磁場Hx(a)隨著尺子的周期λ的增大而迅速增加，在a＝λ/2處的磁場H(a)只有在主尺表面的磁場Ho的數(shù)值的4％，因此磁場很難達到λ＝2a之處，由于產(chǎn)生的磁場很弱，場難以對磁致電阻電極的阻值產(chǎn)生明顯的作用。如λ減少，則Hx(x，a)的n＝1的各個諧波亦減少，這可以改善測量精度。多次試驗的經(jīng)驗證明，在λ接近于2a，最好λ在1.5a到2.2a之間的獲得最好的妥協(xié)。試驗還證明，例如λ在0.5到1.5毫米之間，最好在1毫米時可以得到要求的精度。
權(quán)利要求
1.高精度便攜電子游標(biāo)卡尺(1)，它有一能沿主尺桿(2)縱向移動的游標(biāo)(1)，述及的游標(biāo)和述及的主尺桿各有一個量爪(分別為10或20)，述及的游標(biāo)上還裝有電子裝置(11)，用來在一個電子顯示屏(12)上顯示由述及的兩個量爪(10、20)間的距離所決定的示數(shù)，述及的電子裝置由具有獨立的供電裝置(110，111)，述及的高精度便攜游標(biāo)卡尺的特征在于，述及的尺桿(2)上有一磁化周期為λ的磁化主尺(21)。述及的電子裝置(11)有唯一的傳感器(112)，此傳感器裝有幾個磁致電阻電極(1121)組成的面對述及的主尺(21)的一個柵，使磁致電阻電極的電阻值是它們在主尺(21)縱向上的位置的函數(shù)，n大于2，還在于述及的電子裝置(11)還有一些裝置(112，113)，用來由磁致電阻電極(1121)的電阻值來確定由述及的量爪(10，20)間的距離所決定的示數(shù)，并在述及的電子顯示屏(12)上顯示這個示數(shù)。
2.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于，述及的磁致電阻電極(1121)柵至少有一些的串聯(lián)而成的磁致電阻電極組(1121)(A到D′)，每個磁致電阻電極組產(chǎn)生的阻值是足夠大，以使述及的游標(biāo)卡尺僅用述及的獨立供電裝置(110，111)供電。
3.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于，在每個組(A到D′)中串聯(lián)的磁致電阻電極(1121)的個數(shù)大于8。
4.根據(jù)前面一條的權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于磁致電阻電極的厚度小于100nm，其長度在0.1到10毫米之間，而其寬度大于40μm。
5.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于磁致電阻電極(1121)的尺寸、材料、以及每組的電極個數(shù)的選擇以使每組(A到D′)磁致電阻電極所得的電阻大于10KΩ。
6.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于磁致電阻電極(1121)的尺寸、材料以及每組電極的個數(shù)的選擇以使每組磁致電阻電極的電阻值大于50KΩ。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的磁致電阻電極(1121)至少在縱向的展開寬度在主尺上的磁化周期數(shù)至少為K＝2。
8.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的磁致電阻電極(1121)的組(A到D′)都是由占據(jù)從Kλ-W/2到Kλ+W/2之間這部分位置的電極組成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的串聯(lián)而成的磁致電阻電極(1121)的組(A到D′)之間的聯(lián)結(jié)以能至少確定一個測量電極，還在于述及的電子裝置(11)使用述及的一個或幾個測量電橋輸出端(S、S′；C、C′)的信號來確定述及的量爪(10、20)間的距離。
10.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于每組(A到D′)的磁致電阻電極的數(shù)目大于8個。
11.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于磁致電阻電極的厚度小于100nm，其長度大于0.1mm，其寬度小于40μm。
12.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于選擇磁化電阻電極(1121)的尺寸、材料以及每組電極的數(shù)目，使得每組(A到D′)磁致電阻電極所得出的電阻大于10KΩ。
13.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于選擇磁致電阻電極的尺寸、材料以及每組的電極的數(shù)目，以使每組磁致電阻電極得到的電阻值超過50KΩ。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的串聯(lián)而成的電極組(A到D′)之間的聯(lián)接是構(gòu)成兩個測量電橋，還在于電子裝置(11)利用述及的測量電橋的輸出端的信號來確定述及的量爪(10、20)間的距離。
15.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于極成第二個測量電橋的磁致電阻電極(1121)相對于極成第一個測量電橋的磁致電阻電極有λ/4的相位差，這樣在兩個電橋輸出端(S、S′；C，C′)處的信號就有90°的相位差。
16.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的磁致電阻電極(1121)在縱向上的分布以構(gòu)成X個磁致電阻電極簇(1120)，述及的電極簇的寬度為λ/4，且至少有串聯(lián)而成的同一電極組(A到D′)的兩個磁致電阻電極(1121)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至7條中某一條的游標(biāo)卡尺，其特征在于在磁性主尺(21)的磁致電阻電極(1121)間的間隙(a)在0.2到0.7毫米范圍內(nèi)，還在于主尺的磁化周期在0.5到1.5毫米范圍內(nèi)。
18.根據(jù)前面一條的權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的磁致電阻電極在縱向展開的寬度要復(fù)蓋主尺的磁化周期λ的個數(shù)至少K＝2。
19.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的磁致電阻電極在縱向的展開寬度至少為3毫米。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至16中某一條的游標(biāo)卡尺，其特征在于至少有一定數(shù)量的磁致電阻電極(1121)具有理發(fā)館招牌式的結(jié)構(gòu)。
21.根據(jù)前面一條的權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，述及的磁致電阻電極(1121)包含有多種不同的取向的理發(fā)館招牌式結(jié)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求9的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的傳感器(112)還至少具有一個或多個測量電橋的平衡電阻，這平衡電阻的值是在制造過程中用激光進行校準(zhǔn)的，以使在沒有一點磁場作用的述及的電橋平衡。
23.根據(jù)前面各條權(quán)利要求中的某一條的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的電子裝置(11)是裝在印刷電路板(115)上面的，還在于述及的磁致電阻傳感器(112)是裝在印刷電路(115)的表面上，在主尺(21)的對面。
24.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于在于述及的電子裝置(11)有一永磁鐵(114)。置于印刷電路的表面和主尺(21)相對的地方，鄰近述及的的磁致電阻電極(1121)，以改變在述及的磁致電阻電極(1121)上得到的磁場的方向和幅度。
25.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的磁致電阻傳感器(112)在述及的主尺(21)的對面復(fù)蓋有一層合成材料保護層(116)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的游標(biāo)(1)是金屬的，還在于述及的印刷電路板(115)是直接固定在述及的游標(biāo)上，以使述及的磁致電阻傳感器(112)的所有磁致電阻電極都和主尺(2)有一個預(yù)計的距離(a)，特征還在于述及的游標(biāo)在印刷電路的上面還有一合成材料防震保護層(117)，通過述及的防震保護層(117)安置一個窗口，窗口處安放著述及的電子顯示屏。
27.根據(jù)權(quán)利要求1至16中某一條的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的電子裝置(11)中還有一個儲能電路(110)和一個線性發(fā)電機(111)，述及的游標(biāo)沿述及的磁性主尺(21)移動便在述及的線性發(fā)電機(11)中生成電流，述及的電流用來對述及的儲能電路(110)充電，儲能電路供給述及的電子裝置(11)用電。
28.根據(jù)權(quán)利要求1至16中某一條的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的主尺(21)是用不同于尺桿(2)的材料做成的。
29.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的主尺桿(2)和游標(biāo)(1)是用鋁做成的，而述及的主尺則是用鋼做成的。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的游標(biāo)卡尺，其特征在于，述及的主尺(21)上面復(fù)蓋著一層無磁性的保護層(22)。
31.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于，述及的保護層(22)上有印刷的示數(shù)(220)，至少能近似地示出游標(biāo)(1)在沿主尺桿(2)上的位置。
32.高精度便攜電子游標(biāo)尺，其中有一個能沿主尺桿(2)縱向移動的游標(biāo)(1)，游標(biāo)和主尺桿上各有一個量爪(分別為10、20)。述及的游標(biāo)上還有一個電子裝置(11)，用來在一個電子顯示屏(12)上顯示出由述及的量爪(10、20)間的距離所決定的示數(shù)。在述及的電子裝置中具有獨立的供電裝置(110、111)。在述及的游標(biāo)卡尺中，述及的主尺桿(2)有以磁化周期為λ的磁化主尺(21)，述及的電子裝置(11)在述及的主尺(21)的對面有一磁致電阻電極(1121)的柵，以致磁致電阻電極的電阻值是主尺(21)的縱向位置的函數(shù)，述及的電子裝置(11)上還有裝置(112、113)，用來根據(jù)磁致電阻電極(1121)的電阻值來確定由述及的量爪(10、20)間的距離所決定的示數(shù)，并將這一示數(shù)顯示在述及的電子顯示屏(112)上。述及的磁致電阻電極柵(1121)至少有一些磁致電阻電極(1121)的組(A到D′)，其中每一組都是由至少8個電極串聯(lián)而成，磁致電阻電極(1121)的厚度小于100nm，其長度在0.1到10毫米之間，而其寬度大于40μm，這樣每組(A到D′)磁致電阻電極所得到的電阻值大于10KΩ，以使僅用獨立的供電裝置(110，11)就可以對游標(biāo)卡尺供電。
33.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的磁致電阻電極(1121)至少展開在主尺的二個磁化周期λ上。
34.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于每個電極組(A到D′)所得到的電阻值都大于50KΩ。
35.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于在磁致電阻電極(1121)串聯(lián)而成的述及的電極組(A至D′)之間的聯(lián)結(jié)以構(gòu)成至少一個測量電橋，特征還在于述及的電子裝置使用在述及的一個或幾個測量電橋的輸出端(S，S′；C，C′)的信號來確定述及的量爪(10，20)間的距離。
36.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于將磁致電極(1121)串聯(lián)而成的述及的電極組(A到D′)之間的聯(lián)結(jié)構(gòu)成兩個測量電橋，還在于述及的電子裝置使用述及的測量電橋的輸出端(S，S′；C，C′)的信號來確定述及的量爪(10、20)間的距離。
37.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于構(gòu)成第二個測量電橋的磁致電阻電極(1121)與構(gòu)成第一個測量電橋的磁致電阻電極(1121)相比有λ/4的相位差，以致在這兩個電橋輸出端的信號有λ/4的相位差。
38.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的磁致電阻電極是縱向分布的，以構(gòu)成X個磁致電阻電極(1121)簇(1120)，述及的電極簇占據(jù)λ/4的寬度，且至少有同一組的兩個串聯(lián)的磁致電阻電極。
39.根據(jù)權(quán)利要求32的游標(biāo)卡尺，其特征在于在磁性主尺(21)和磁致電阻電極之間距離(a)的范圍為從0.2到0.7毫米，還在于主尺的磁化周期λ在0.5到1.5毫米之間。
40.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于，述及的磁致電阻電極(1121)在縱向發(fā)型的寬度要大于或等于K＝2個主尺磁化周期λ。
41.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的磁致電阻電極在縱向分布的長度大于或等于3毫米。
42.根據(jù)權(quán)利要求32的游標(biāo)卡尺，其特征在于至少有一些磁致電阻電極(1121)具有理發(fā)店招牌式結(jié)構(gòu)。
43.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的磁化電阻電極(1121)所具有的理發(fā)店招牌式結(jié)構(gòu)有多個不同的取向。
44.根據(jù)權(quán)利要求32的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的傳感器(112)至少還有一個或多個電測量電橋的一個平衡電阻，這個平衡電阻的阻值是在制造過程中用激光校準(zhǔn)，以便在沒有一點磁場作用的平衡述及的電橋。
45.根據(jù)權(quán)利要求32的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的電子裝置(11)是安排在印刷電路板(115)上面。
46.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的電子裝置(11)有一個永磁鐵(114)，安裝在述及的磁致電阻電極(1121)的附近，以便極化述及的磁致電阻電極(1121)，其特征在于述及的磁致電阻傳感器(112)是安排在印刷電路(115)的表面。述及的主尺(21)的對面，特征還在于述及的永磁鐵(114)是安排在印刷電路的對面，和述及的磁化電阻傳感器(112)相對。
47.根據(jù)權(quán)利要求45的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的磁致電阻傳感器(112)上面復(fù)蓋一層合成材料的保護層(116)。
48.根據(jù)權(quán)利要求45的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的游標(biāo)(1)是金屬的，在于述及的印刷電路板(115)是直接固定在述及的游標(biāo)上，以使述及的磁致電阻傳感器(112)的磁致電阻電極(1121)與主尺(2)之間有一預(yù)定的距離(a)，還在于述及的游標(biāo)在印刷電路的上面還有一層合成材料的防震保護層(117)，通過述及的防震保護層(117)安排一個窗口，以在那里安放述及的電子顯示屏(112)。
49.根據(jù)權(quán)利要求32的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的電子裝置(11)中還有一個儲能電路(110)和一個線性發(fā)電機(111)，述及的游標(biāo)沿磁性的主尺(21)移動便在述及的線性發(fā)電機(111)中產(chǎn)生電流，述及的電流是用來對述及的儲能電路(110)充電，述及的儲能電路供給述及的電子裝置(11)用電。
50.根據(jù)權(quán)利要求32的游標(biāo)卡尺，其特征在于制作主尺(21)所用的材料不同于述及的主尺桿(2)的材料。
51.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的主尺(21)是在一個無磁性的基桿上復(fù)蓋一種高矯頑磁性材料構(gòu)成的。
52.根據(jù)權(quán)利要求50或51的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的主尺(21)上復(fù)蓋著一層無磁性的保護層(22)。
53.根據(jù)前面一條權(quán)利要求的游標(biāo)卡尺，其特征在于述及的保護層(22)上印有指示數(shù)(220)，至少近似地指明游標(biāo)(1)沿著主尺桿(2)上的位置。
54.使用根據(jù)前面各權(quán)利要求中的任一條的游標(biāo)卡尺來測量尺寸的精度小于0.1毫米。
全文摘要
高精度便攜游標(biāo)卡尺(1)包含有一個游標(biāo)(2)和一個主尺桿(1),其每個上面都有一個量爪(分別是10、20)。述及的游標(biāo)上面還有一個電子裝置(11),用來將兩個量爪(10,20)間的距離顯示在電子顯示屏(12)上。述及的電子裝置是用一個電池(110,111)供電。主尺桿(2)上有磁化周期為λ的磁化主尺(21)。電子裝置(11)在述及的主尺(21)的對面有帶有磁致電阻電極柵的傳感器(112)。磁致電阻電極的電阻值是傳感器(112)沿主尺(21)縱向位置的函數(shù)。磁致電阻電極柵中有一些至少由8個電極串聯(lián)而成的磁致電阻電極組,以便增加各組的電阻和減少整個裝置的電耗。
文檔編號G01B3/20GK1254412SQ97182164
公開日2000年5月24日 申請日期1997年5月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月9日
發(fā)明者A·貝辛格, J·L·博利 申請人:布朗和沙普·特薩有限公司