(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201821973169.5
(22)申请日 2018.11.27
(73)专利权人 武汉华之洋科技有限公司
地址 430000 湖北省武汉市江夏区经济开
发区阳光大道717号中国船舶重工集
团公司第七一七研究所综合管理楼1-
2层
(72)发明人 潘平 周传煌 刘珺钰 江从茂
(74)专利代理机构 北京同辉知识产权代理事务
所(普通合伙) 11357
代理人 刘洪勋
(51)Int.Cl.
F15B 19/00(2006.01)
(54)实用新型名称
(57)摘要
本实用新型公开了一种陶瓷活塞杆非接触
式行程测量装置，涉及行程测量领域，该装置包
括陶瓷活塞杆、行程传感器，电缆和现地仪表，所
述行程传感器通过电缆与现地仪表相连接，所述
陶瓷活塞杆的基体上开有若干标定槽，所述标定
槽的宽度为d，相邻标定槽之间的距离为d，所述
基体及标定槽的表面均喷涂有陶瓷层；所述行程
置在陶瓷活塞杆的上方，所述霍尔元件位于陶瓷
活塞杆和磁极之间，且与陶瓷活塞杆之间有一定
距离。本实用新型可靠性高，行程测量的精度可
通过活塞杆及行程传感器灵活组合获得，适用性
更好。权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 209539707 U 2019.10.25
C N 209539707
U
1.一种陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置，包括陶瓷活塞杆(1)、行程传感器(2)，电缆
(3)和现地仪表(4)，所述行程传感器(2)通过电缆(3)与现地仪表(4)相连接，其特征在于：陶瓷活塞杆基体(5)上开有若干标定槽(6)，所述标定槽(6)的宽度为d，相邻标定槽(6)之间的距离为d，所述陶瓷活塞杆基体(5)及标定槽(6)的表面均喷涂有陶瓷层(7)；
所述行程传感器(2)包括磁极(11)和若干对霍尔元件(10)，所述磁极(11)设置在陶瓷活塞杆(1)的上方，所述霍尔元件(10)位于陶瓷活塞杆(1)和磁极(11)之间，且与陶瓷活塞杆(1)之间有一定距离。
2.如权利要求1所述的一种陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置，其特征在于：所述标定槽(6)相对的两个边为感应边：上升边(9)和下降边(8)。
3.如权利要求2所述的一种陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置，其特征在于：所述霍尔元件(10)沿陶瓷活塞杆(1)的轴线方向成对布置，相邻两对霍尔元件(10)之间的间离为2nd +d，n为整数，满足一对霍尔元件(10)中，当一个霍尔元件(10)运动处于标定槽(6)的下降边
(8)时，另一个位于某一标定槽(6)的上升边(9)。
4.如权利要求3所述的一种陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置，其特征在于：当所述霍尔元件(10)的对数为m时，m对霍尔元件(10)将宽度为d的标定槽(6)均分，两对霍尔元件
(10)之间的间距为：kd+d/m，k为正整数。
5.如权利要求4所述的一种陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置，其特征在于：所述行程测量装置的测量精度为f，f＝d/m，d为标定槽(6)的宽度，m为霍尔元件(10)的对数。
6.如权利要求1所述的一种陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置，其特征在于：所述标定槽(6)为平槽或环形槽。
7.如权利要求6所述的一种陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置，其特征在于：当所述标定槽(6)为平槽时，其深度大于等于标定槽(6)为环形槽时的深度。
8.如权利要求6所述的一种陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置，其特征在于：当所述标定槽(6)为环形槽时，所述标定槽(6)的深度为0.3～0.5mm。
9.如权利要求1所述的一种陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置，其特征在于：所述行程传感器(2)还包括信号处理电路和封装外壳。
权 利 要 求 书1/1页CN 209539707 U
一种陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及行程测量领域，具体涉及一种陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置。
背景技术
[0002]水电站和海洋开发项目中的液压启闭机，通常包括液压系统和液压缸，液压系统通过控制液压缸的速度和行程来控制与活塞杆相邻的置的运动。从上世纪九十年代中期开始，为了使液压缸活塞杆具有高化学稳定性、高硬度、高刚度、低磨擦系数等特点，液压缸的活塞杆普遍采用有陶瓷涂层的活塞杆。
[0003]公开号为CN 202692931 U的实用新型公开了一种陶瓷活塞杆行程检测装置，通过在活塞杆陶瓷层下设置等间距的沟槽构成检测段，紧贴活塞杆设置含多组磁体和磁敏元件的感应头，从而实现行程检测；公开号为CN 205895764 U实用新型专利公开了一种液压缸的内置式行程检测装置，其采用的霍尔传感器内部集成了两个相位差为90度的传感元件，接近或接触陶瓷活塞杆表面，陶瓷活塞杆碳素钢或合金钢基体表面设置有槽宽与间距宽相等的沟槽，传感器检测精度达到 1mm以下。上述两种方法的行程检测装置，没有考虑陶瓷活塞杆的行程测量时，由于液压缸的恶劣振动使用环境，会出现行程值检测丢失的情况；另外，为提高测量精度，一味的减小活塞杆沟槽的宽度，会增加液压缸陶瓷活塞杆的加工成本。
实用新型内容
[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置，可靠性较高，适用性较好。
[0005]为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：
[0006]包括陶瓷活塞杆、行程传感器，电缆和现地仪表，所述行程传感器通过电缆与现地仪表相连接，陶瓷活塞杆基体上开有若干标定槽，所述标定槽的宽度为d，相邻标定槽之间的距离为d，所述陶瓷活塞杆基体及标定槽的表面均喷涂有陶瓷层；
[0007]所述行程传感器包括磁极和若干对霍尔元件，所述磁极设置在陶瓷活塞杆的上方，所述霍尔元件位于陶瓷活塞杆和磁极之间，且与陶瓷活塞杆之间有一定距离。[0008]进一步的，所述标定槽相对的两个边为感应边：上升边和下降边。
[0009]进一步的，所述霍尔元件沿陶瓷活塞杆的轴线方向成对布置，相邻两对霍尔元件之间的间离为2nd+d，n为整数，满足一对霍尔元件中，当一个霍尔元件运动处于标定槽的下降边时，另一个位于某一标定槽的上升边。
[0010]进一步的，当所述霍尔元件的对数为m时，m对霍尔元件将宽度为d的标定槽均分，两对霍尔元件之间的间距为：kd+d/m，k为正整数。
[0011]进一步的，所述行程测量装置的测量精度为f，f＝d/m，d为标定槽的宽度，m为霍尔元件的对数。
[0012]进一步的，所述标定槽为平槽或环形槽。
[0013]进一步的，当所述标定槽为平槽时，其深度大于等于标定槽为环形槽时的深度。[0014]进一步的，当所述标定槽为环形槽时，所述标定槽的深度为0.3～0.5mm。[0015]进一步的，所述行程传感器还包括信号处理电路和封装外壳。
[0016]与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
[0017](1)本实用新型中的陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置，包括陶瓷活塞杆、行程传感器和现地仪表。陶瓷活塞杆基体上开有若干标定槽，标定槽的宽度为d，相邻标定槽之间的距离为d，陶瓷活塞杆基体及标定槽表面热喷涂陶瓷层。行程传感器包括磁极和若干对霍尔元件，磁极设置在活塞杆的上方，霍尔元件位于活塞杆和磁极之间，与活塞杆保持一定距离。行程传感器通过电缆与现地仪表相连接，在使用时，活塞杆相对行程传感器运动，一对霍尔元件中，当一个霍尔元件相对运动处于标定槽的下降边时，另一个临近该标定槽或其他标定槽的上升边；两个霍尔元件输出波形相位差(2n+1)π/2(n＝0,1,2，…)，通过差分电路，可实现信号的增强，使得检测可靠性提高。
[0018](2)本实用新型中的陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置，行程测量的精度由槽宽d 和行程传感器中
霍尔元件的对数m确定，精度值为：d/m，为了获得相同测量精度，可以通过改变霍尔元件的对数 m或者槽宽d来实现，在实际使用中，由于减低槽宽d会导致陶瓷活塞杆的加工较复杂，成本较高，因此，可以通过增加霍尔元件的对数 m，保持槽宽d较大的情况下，测量精度较高，进而降低了陶瓷活塞杆的加工难度和成本。
[0019](3)本实用新型中的陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置，行程传感器中的处理电路相对简单，增加了传感器部分的可靠性及稳定性；信号相位比较、计数，行程计算由现地仪表完成及输出，使得测量系统由更强的环境适应性。
附图说明
[0020]图1为本实用新型实施例中陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置的结构示意图；[0021]图2为本实用新型实施例中陶瓷活塞杆基体的结构示意图；
[0022]图3位本实用新型实施例中陶瓷活塞杆基体于磁极和霍尔元件配合的结构示意图。
[0023]图中：1-陶瓷活塞杆，2-行程传感器，3-电缆，4-现地仪表，5- 陶瓷活塞杆基体，6-标定槽，7-陶瓷层，8-下降边，9-上升边，10-霍尔元件，11-磁极。
具体实施方式
[0024]以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细说明。
[0025]参见图1所示，本实用新型实施例提供一种陶瓷活塞杆非接触式行程测量装置，包括陶瓷活塞杆1、行程传感器2，电缆3和现地仪表4。
[0026]参见图2所示，陶瓷活塞杆基体5上开有若干标定槽6，标定槽 6的宽度为d，相邻标定槽6之间的距离为d，陶瓷活塞杆基体5和标定槽6的表面均喷涂有陶瓷层7，陶瓷层7增强了陶瓷活塞杆基体 5的耐腐蚀及耐磨性能。
[0027]为了便于加工，一般标定槽6的宽度d≥2mm，标定槽6相对的两个边为感应边：上升边9和下降边8，上升边9和下降边8为磁变化感应边，形成标尺的计数基准刻线，作为测量基
准。
[0028]标定槽6为平槽或环形槽：当标定槽6为环形槽时，标定槽6的深度为0.3～0.5mm；当标定槽6为平槽时，其深度大于等于标定槽6 为环形槽时的深度。
[0029]行程传感器2包括磁极11、信号处理电路、封装外壳和若干对霍尔元件10，本实施例中的磁极用钐钴扁铁磁极片，磁极11 设置在陶瓷活塞杆1的上方，霍尔元件10位于陶瓷活塞杆1和磁极 11之间，与陶瓷活塞杆保持一定距离，行程传感器2通过电缆3与现地仪表4相连接。
[0030]行程传感器2的信号处理电路用于完成霍尔元件10生成波形的放大、偏移调整、增益控制，并输出m组信号给现地仪表4。
[0031]现地仪表4给行程传感器2提供电源，并接收行程传感器2输出的波形信号，现地仪表完成计数、相位比较，计算得出陶瓷活塞杆1 与行程传感器2相对运动行程，完成行程值的数码显示，提供信号输出。
[0032]在实际使用中，行程传感器2通过环氧树脂胶将霍尔元件10、磁极11、信号处理电路封装在防腐壳体内，增强行程传感器2在恶劣现场环境下的适应性。
[0033]霍尔元件10沿陶瓷活塞杆1的轴线方向成对布置，相邻两对霍尔元件10之间的间隔距离为(2n+1)d(n为整数0，1，2，…)，满足一对霍尔元件10中，当一个霍尔元件10运动处于标定槽6的下降边8时，另一个位于某一标定槽6的上升边9；两个霍尔元件10输出波形相位差(2n+1)π/2(为整数0，1，2，…)，通过差分电路，可实现信号的增强。
[0034]参见图3所示，当行程传感器2包括m对霍尔元件10时，m对霍尔元件10将宽度为d的标定槽6均分，两对霍尔元件10之间的间距满足公式一：kd+d/m，k为正整数。
[0035]陶瓷活塞杆行程测量的精度由行程传感器2所包括的m对霍尔元件10的数量及布置方式确定，测量精度f由公式二获得：
[0036]f＝d/m；
[0037]公式二中：
[0038]f为测量精度，单位mm；
[0039]d为标定槽6的宽度，单位mm；
[0040]m为霍尔元件的对数，m≥2，m对霍尔元件均分标尺基准刻线。
[0041]当m≥2时，m对霍尔元件10通过不同的相位确定陶瓷活塞杆1 与行程传感器2相对运动的方向。
[0042]例如：当标尺基准刻线间距d＝2mm，霍尔元件10的对数m为2，霍尔元件对间距为2k +1(k＝1,2,3…)，本实例中选k＝3，相邻两对霍尔元件10之间的间距＝7，该实施例中的陶瓷活塞杆1行程测量的精度可达到：f＝d/m＝2/2＝1mm。
[0043]当标尺基准刻线间距d＝5mm，霍尔元件10的对数m为4，霍尔元件对间距为5k+1(k ＝1,2,3…)，本实例中选k＝2，相邻两对霍尔元件10之间的间距＝11.25，该实施例中的陶瓷活塞杆1行程测量的精度可达到：f＝d/m＝5/4＝1.25mm。
[0044]本实用新型不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本实用新型相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。
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