CN110887511A - 霍尔位移传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种霍尔位移传感器，包括第一滑块、第二滑块和弹性件，第一滑块与第二滑块滑动连接，第一滑块与第二滑块在滑动方向上具有间隙，弹性件位于间隙内，弹性件对第一滑块施加沿滑动方向的作用力以将第一滑块抵接于第二滑块上；还包括磁性件、霍尔芯片和与霍尔芯片电连接的电路板，磁性件和霍尔芯片的其中之一设置于第一滑块上，其中另一设置于第二滑块上。该霍尔位移传感器，将霍尔芯片置于磁性件产生的磁场中，在自动耦合工序中，在电机的驱动下，使第一耦合器件与第二耦合器件耦合；霍尔芯片在磁场中移动，基于霍尔效应建立霍尔芯片在该磁场内的位移量与感应信号之间的关系，从而实现位移测量。

Description

霍尔位移传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种霍尔位移传感器。

背景技术

随着现代仪器、设备向智能化方向发展，在小距离的测量场合中，对测量的精确度、速度等都提出了新的要求。例如，在准直器类无源器件的自动耦合工序中，其重点在于两个耦合器件的端面之间要形成平行的0～50μm的狭小间隙，用于填充紫外胶并将紫外胶固化。上述工序过程中，需要实现位移检测、弹性位移等工艺。因此急需研发一种能够实现上述自动耦合工序且结构简单、易操作的霍尔位移传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种霍尔位移传感器，以解决现有技术中准直器类无源器件的自动耦合工序难以实现的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种霍尔位移传感器，包括第一滑块、第二滑块和弹性件，所述第一滑块与所述第二滑块滑动连接，所述第一滑块与所述第二滑块在滑动方向上具有间隙，所述弹性件位于所述间隙内，所述弹性件对所述第一滑块施加沿滑动方向的作用力以将所述第一滑块抵接于所述第二滑块上；所述霍尔位移传感器还包括磁性件、霍尔芯片和与所述霍尔芯片电连接的电路板，所述磁性件和所述霍尔芯片的其中之一设置于所述第一滑块上，其中另一设置于所述第二滑块上。

进一步地，所述磁性件与所述霍尔芯片相对设置且分别位于所述间隙的两侧。

进一步地，所述磁性件为圆柱形永磁铁，所述霍尔芯片在所述磁性件的轴线方向上移动。

进一步地，所述圆柱形永磁铁的直径为1mm～4mm；和/或，所述间隙沿滑动方向的尺寸为1mm～2mm。

进一步地，所述霍尔位移传感器还包括安装于所述第一滑块或所述第二滑块上的锁杆，所述锁杆用于锁定或解锁所述第一滑块与所述第二滑块之间的相对位置。

进一步地，所述霍尔位移传感器还包括设置于所述第一滑块与所述第二滑块之间的滑动机构，所述滑动机构包括相对滑动的底座和滑动件，所述滑动件与所述第一滑块紧固连接，所述底座与所述第二滑块紧固连接，所述第一滑块抵接于所述底座上。

进一步地，所述第一滑块具有凹腔，所述滑动机构位于所述凹腔内，所述底座的一端与所述凹腔的侧壁抵接，所述磁性件安装于所述凹腔的侧壁上；所述第二滑块包括底板和与所述底板连接的侧板，所述底板与所述底座连接，所述霍尔芯片安装于所述侧板上。

进一步地，所述霍尔位移传感器还包括用于锁定或解锁所述第一滑块与所述第二滑块之间的相对位置的锁杆，所述锁杆安装于所述侧板上。

进一步地，所述弹性件为压簧或拉簧。

进一步地，所述霍尔芯片的灵敏度高于或等于3.125mV/Gauss。

本发明提供的霍尔位移传感器，将霍尔芯片置于磁性件产生的磁场中，在自动耦合工序中，第一滑块与第一耦合器件连接，第二滑块与电机连接，在电机的驱动下，使第一耦合器件与第二耦合器件耦合；在上述耦合过程中，霍尔芯片在磁场中移动，基于霍尔效应建立霍尔芯片在该磁场内的位移量(即第一滑块与第二滑块之间的相对位移量)与感应信号之间的关系，从而实现位移测量。本发明的霍尔位移传感器结构简单，易操作。

附图说明

图1为本发明实施例提供的霍尔位移传感器的结构***图；

图2为本发明实施例提供的霍尔位移传感器的俯视图，其中，第一滑块未示出；

图3为图2中所示霍尔位移传感器沿A-A的剖视图；

图4为本发明实施例提供的霍尔位移传感器中感应信号与第一滑块、第二滑块之间的相对位移量之间的关系曲线图。

附图标记说明：

10、第一滑块；11、凹腔；20、第二滑块；21、底板；22、侧板；30、滑动机构；31、底座；32、滑动件；40、磁性件；50、霍尔芯片；60、电路板；70、弹性件；80、气缸；81、活塞杆。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。在本发明中的“第一”、“第二”等描述，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

参照图1至图3，本申请实施例提供了一种霍尔位移传感器，包括第一滑块10、第二滑块20和弹性件70，第一滑块10与第二滑块20滑动连接，第一滑块10与第二滑块20在滑动方向上具有间隙，弹性件70位于间隙内，弹性件70对第一滑块10施加沿滑动方向的作用力以将第一滑块10抵接于第二滑块20上。霍尔位移传感器还包括磁性件40、霍尔芯片50和与霍尔芯片50电连接的电路板60，磁性件40和霍尔芯片50的其中之一设置于第一滑块10上，其中另一设置于第二滑块20上。

可以理解地，第一滑块10与第二滑块20滑动连接。滑动连接的方式，比如导轨与滑块之间的滑动连接方式、滚珠滑组的滑动连接方式、类似套筒与套管之间的滑动连接方式都可以适用于此。第一滑块10与第二滑块20之间的间隙内设置弹性件70，弹性件70使第一滑块10抵接于第二滑块20上。弹性件70对第一滑块10的作用力、第一滑块10与第二滑块20之间的作用力，能够使第一滑块10与第二滑块20处于稳定的平衡状态。进一步地，弹性件70为压簧或者拉簧。弹性件70的数量至少为一个。平衡状态时，压簧处于压缩状态，而拉簧处于拉伸状态，第一滑块10与第二滑块20无相对移动。

另外，磁性件40和霍尔芯片50的其中之一设置于第一滑块10上，其中另一设置于第二滑块20上，此时，第一滑块10与第二滑块20之间的相对移动能够使霍尔芯片50在磁性件40产生的磁场内相对移动，即使霍尔芯片50在磁场中的位置发生变化，从而使霍尔芯片50感应到磁场强度的变化，并产生不同的感应信号。感应信号能够通过电路板60传输至控制器，从而建立霍尔芯片50的感应信号与第一滑块10、第二滑块20相对位移量之间的关系，以实现位移测量。

本申请实施例的霍尔位移传感器可以在小距离的位移测量场合中使用，以准直器类无源器件的自动耦合工序为例，其工艺过程为：

首先将第一耦合器件弹性连接在电机上，即第一耦合器件固定在第一滑块10上，电机固定在第二滑块20上。初始状态时，第一滑块10、第二滑块20与弹性件70保持相对稳定的状态，即第一耦合器件与电机保持相对静止。电机带动第一耦合器件向第二耦合器件靠近，靠近过程中，第一滑块10与第二滑块20无相对运动，直至两个耦合器件的端面触碰，上述触碰使第一滑块10压缩弹性件70，并与第二滑块20发生相对移动。此时霍尔芯片50在磁场中的相对位置发生变化，因而其感应到磁场强度的变化并产生感应信号，感应信号通过电路板60传输至控制器，控制器判断发生触碰，并判断第一耦合器件与电机之间产生的相对位移，即第一滑块10与第二滑块20之间的相对位移，从而控制电机停止工作，同时获取该位移量。

然后，电机依据上述获取的位移量回转，使弹性件70回复至初始状态，两个耦合器件脱离触碰，第一滑块10、第二滑块20与弹性件70恢复平衡状态，第一滑块10与第二滑块20也转变为相对静止的状态；接下来控制器控制电机带动第一滑块10、第二滑块20与第一耦合器件继续移动0～50μm，使第一耦合器件与第二耦合器件之间形成所需的狭小间隙。向上述狭小间隙中点入紫外胶并使其固化，完成上述自动耦合工序。

本申请实施例的霍尔位移传感器，将霍尔芯片50置于磁性件40产生的磁场中，在自动耦合工序中，第一滑块10与第一耦合器件连接，第二滑块20与电机连接，在电机的驱动下，使第一耦合器件与第二耦合器件耦合；在上述耦合过程中，霍尔芯片50在磁场中移动，基于霍尔效应建立霍尔芯片50在该磁场内的位移量(即第一滑块10与第二滑块20之间的相对位移量)与感应信号之间的关系，从而实现位移测量。本申请实施例的霍尔位移传感器结构简单，易操作。

在一些实施例中，磁性件40与霍尔芯片50相对设置且分别位于间隙的两侧。可以理解地，磁性件40与霍尔芯片50相对设置，能够使霍尔芯片50所在的磁场更接近于梯度磁场，使霍尔芯片50在磁场内的相对位移量与感应信号的电势之间更接近线性关系，从而使位移检测精度更高。

在一些实施例中，磁性件40为圆柱形永磁铁，霍尔芯片50在磁性件40的轴线方向上移动。圆柱形永磁铁的轴线方向上存在近似梯度分布的恒定磁场。在上述梯度分布的恒定磁场内，霍尔芯片50相对于永磁铁的轴向位移量与霍尔芯片50产生的感应信号之间呈近似线性关系，参照图4，其位移感应精度可达到10μm，位移测量的精确度高。上述圆柱形永磁铁在轴向上的恒定磁场，其磁场强度只在小范围内呈近似梯度分布，因此，本申请实施例的霍尔位移传感器适用于小量程的应用场景。

圆柱形永磁铁的直径不同，其轴向磁场强度近似梯度分布的恒定磁场也不同，该梯度磁场与磁性件40端面的距离也不同，进而导致霍尔位移传感器的精度存在差异。进一步地，圆柱形永磁铁的直径为1mm～4mm。选择上述直径范围的圆柱形永磁铁，能够使霍尔位移传感器的精度更高。进一步地，间隙沿滑动方向的尺寸为1mm～2mm。霍尔芯片50在距离磁性件40端面的距离为1mm～2mm时，位移感应精度最高。为了检测准直器类无源器件中的自动耦合器件触碰后产生的微小位移以及最后两耦合器件之间形成的0～50μm的狭小间隙，优选直径为2mm的圆柱形永磁铁，并通过理论推导与试验验证得到，其轴向上距磁铁端面1.5mm处存在磁场强度近似梯度分布的恒定磁场，此处位移检测精度最高。

在一些实施例中，霍尔芯片50的灵敏度高于或等于3.125mV/Gauss。霍尔芯片50的高灵敏度使之产生的感应信号更加精准，能够进一步提高位移测量的精度。

在一些实施例中，霍尔位移传感器还包括安装于第一滑块10或第二滑块20上的锁杆，锁杆用于锁定或解锁第一滑块10与第二滑块20之间的相对位置。锁杆的数量至少为一个。初始状态下，锁杆的一端位于第一滑块10与第二滑块20的间隙内。锁杆伸出时，其伸出的一端能够抵接在第一滑块10或者第二滑块20上，使第一滑块10与第二滑块20不能相对移动，能够锁定两者的相对位置。锁杆收回时，其与第一滑块10或者第二滑块20不抵接，第一滑块10与第二滑块20能够恢复相对移动，从而解锁两者的相对位置。由于第一耦合器件与第二耦合器件之间点入紫外胶之后，紫外胶在固化过程中会产生张力，为避免两个耦合器件之间的间隙受到张力而改变，在点入紫外胶之前，控制锁杆顶出并抵接第一滑块10或第二滑块20的端面，使第一滑块10与第二滑块20之间的连接变为刚性固定连接。紫外胶固化之后，控制锁杆收回，完成自动耦合工序。

可以理解地，上述锁杆可以为气缸80的活塞杆81。气缸80的安装位置没有要求，可以择一安装在第一滑块10或第二滑块20上。当需要锁定第一滑块10与第二滑块20的相对位置时，气缸80的活塞杆81顶出，使第一滑块10与第二滑块20处于相对静止状态；当需要解锁第一滑块10与第二滑块20的相对位置时，气缸80的活塞杆81收回，使第一滑块10与第二滑块20恢复可以相对移动的状态。

在一些实施例中，霍尔位移传感器还包括设置于第一滑块10与第二滑块20之间的滑动机构30，滑动机构30包括相对滑动的底座31和滑动件32，滑动件32与第一滑块10紧固连接，底座31与第二滑块20紧固连接，第一滑块10抵接于底座31上。滑动方式有很多种，本申请实施例中利用的是滚珠滑组的滑动连接方式。底座31和滑动件32的数量分别至少为一个，且能够彼此配合。滑动件32能够在底座31上沿直线滑动，从而使第一滑块10与第二滑块20能够相对移动。第一滑块10抵接于与第二滑块20紧固连接的底座31上。上述滑动连接的方式，使第一滑块10与第二滑块20之间的相对移动更加稳定、可靠。其中，滑动件32可以设计为具有凹槽的结构，滑动件32的凹槽包覆在底座31的两侧上，使其与底座31之间滑动时不会脱轨，更加可靠。

进一步地，第一滑块10具有凹腔11，滑动机构30位于凹腔11内，底座31的一端与凹腔11的侧壁抵接，磁性件40安装于凹腔11的侧壁上。当弹性件70和底座31对第一滑块10、第二滑块20的作用达到平衡时，第一滑块10与第二滑块20不发生相对移动。滑动机构30设置在第一滑块10的凹腔11内，节省空间，使霍尔位移传感器的结构更加紧凑。第二滑块20包括底板21和与底板21连接的侧板22，底板21与底座31连接，霍尔芯片50安装于侧板22上。第二滑块20呈L型，底板21与侧板22垂直连接。底板21与底座31连接，能够在底座31与滑动件32相对滑动时，使第二滑块20与第一滑块10相对移动。侧板22上安装霍尔芯片50，其处于第一滑块10上的磁性件40产生的磁场内。电路板60与霍尔芯片50均安装在第二滑块20的侧板22上，结构简单。电路板60与外接插座电连接，外接插座可与外接传输线电连接，将霍尔芯片50产生的感应信号持续传输至控制器。

进一步地，霍尔位移传感器还包括用于锁定或解锁第一滑块10与第二滑块20之间的相对位置的锁杆，锁杆安装于侧板22上。可以理解地，锁杆安装于第二滑块20的侧板22上，便于安装且能够简化传感器的整体结构，使其结构更加简单紧凑。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不同限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种霍尔位移传感器，其特征在于：包括第一滑块、第二滑块和弹性件，所述第一滑块与所述第二滑块滑动连接，所述第一滑块与所述第二滑块在滑动方向上具有间隙，所述弹性件位于所述间隙内，所述弹性件对所述第一滑块施加沿滑动方向的作用力以将所述第一滑块抵接于所述第二滑块上；

所述霍尔位移传感器还包括磁性件、霍尔芯片和与所述霍尔芯片电连接的电路板，所述磁性件和所述霍尔芯片的其中之一设置于所述第一滑块上，其中另一设置于所述第二滑块上。

2.根据权利要求1所述的霍尔位移传感器，其特征在于，所述磁性件与所述霍尔芯片相对设置且分别位于所述间隙的两侧。

3.根据权利要求2所述的霍尔位移传感器，其特征在于，所述磁性件为圆柱形永磁铁，所述霍尔芯片在所述磁性件的轴线方向上移动。

4.根据权利要求3所述的霍尔位移传感器，其特征在于，所述圆柱形永磁铁的直径为1mm～4mm；和/或，所述间隙沿滑动方向的尺寸为1mm～2mm。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的霍尔位移传感器，其特征在于，所述霍尔位移传感器还包括安装于所述第一滑块或所述第二滑块上的锁杆，所述锁杆用于锁定或解锁所述第一滑块与所述第二滑块之间的相对位置。

6.根据权利要求1～4任意一项所述的霍尔位移传感器，其特征在于，所述霍尔位移传感器还包括设置于所述第一滑块与所述第二滑块之间的滑动机构，所述滑动机构包括相对滑动的底座和滑动件，所述滑动件与所述第一滑块紧固连接，所述底座与所述第二滑块紧固连接，所述第一滑块抵接于所述底座上。

7.根据权利要求6所述的霍尔位移传感器，其特征在于，所述第一滑块具有凹腔，所述滑动机构位于所述凹腔内，所述底座的一端与所述凹腔的侧壁抵接，所述磁性件安装于所述凹腔的侧壁上；所述第二滑块包括底板和与所述底板连接的侧板，所述底板与所述底座连接，所述霍尔芯片安装于所述侧板上。

8.根据权利要求7所述的霍尔位移传感器，其特征在于，所述霍尔位移传感器还包括用于锁定或解锁所述第一滑块与所述第二滑块之间的相对位置的锁杆，所述锁杆安装于所述侧板上。

9.根据权利要求1～4任意一项所述的霍尔位移传感器，其特征在于，所述弹性件为压簧或拉簧。

10.根据权利要求1～4任意一项所述的霍尔位移传感器，其特征在于，所述霍尔芯片的灵敏度高于或等于3.125mV/Gauss。

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