专利名称：与陶瓷活塞杆结合使用的绝对型行程检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种绝对型行程检测技术，特别是一种与陶瓷活塞杆结合使用 的绝对型行程检测方法及其装置。
背景技术：
液压启闭机的工作环境复杂多变，因此对其活塞杆的防腐蚀、耐磨性能要 求很高，故必须对其表面进行必要的防腐和耐磨等处理，以保证性能。传统工 艺是在活塞杆表面电镀铬，而电镀铬中的六价铬离子被证明是一种致癌物质。 并且经过实践证明，经电镀的活塞杆在投入运行多年后，也难免出现锈蚀的现 象，因此，电镀铬并非一种能从根本上解决活塞杆防腐的方法。而在活塞杆表 面喷涂陶瓷，不仅能有机地把金属材料的强韧性、易加工性等和陶瓷材料的耐 高温、耐磨和耐腐蚀等特性结合起来，提高活塞杆表面的耐腐蚀性、耐磨性等 优点，并且无有害物质的产生而更有利于环保。
液压缸原来所采用的内置式行程检测装置有两种， 一种为磁致式线性位移
传感器，其检测长度最长不超过6000mm，而且当液压缸的布置形式为倾斜或水 平时，传感器就会产生一定的自由挠度，从而直接影响到行程检测的精度；另 外它必须且只能安装于液压缸上盖顶部，活塞杆中间也必须要留有用于安装线 性位移传感器的长孔。鉴于以上因素，这种磁致式线性位移传感器的应用范围 也较为有限。另外一种是钢丝绳内置式行程检测装置，即将旋转编码器与恒力 弹簧机构组合成一种能安装于液压缸上盖顶部的装置，带动编码器旋转的钢丝 绳通过连接螺钉与活塞杆头部连接，随活塞杆的伸出与縮回而带动编码器旋转， 从而检测出油缸的行程。上述两种内置式行程检测装置不仅外形较大，必须在有充裕的空间方能使用，而且安装过程较为麻烦，特别是在检修时，需将液压 缸上盖打开，整个过程费力费时。
陶瓷活塞杆用增量型内置式行程检测装置是在活塞杆基体上加工沟槽，采 用产生序列脉冲信号的传感器对活塞杆进行行程检测，这是一种与陶瓷活塞杆 结合使用的内置式行程检测装置，其具体方法是先在活塞杆表面加工等距离、 具有一定深度的沟槽，然后在其表面喷涂陶瓷材料，其原理是由于活塞杆基 体是45#钢或合金钢，它具有导磁性，而表面喷涂的陶瓷材料是非金属材料，无 导磁性，当传感器通过高低不一的沟槽时，产生的气隙就有大小，气隙的大小 就造成磁阻的大小，磁阻的大小就造成磁场的强弱，传感器通过检测出磁场的 强弱并转换成电流的强弱，输出脉冲信号，传感器就可以检测出活塞杆基体上 沟槽的间距，而活塞杆基体上的沟槽是等距离的，这样就可以转换成活塞杆的 行程。这种内置式行程检测装置集成于陶瓷活塞杆上，直接检测出活塞杆的位 移，不需转换，故也不存在累积误差，所以其检测不受行程限制，任意行程均 可检测，而且其检测精度可达到lmm;另外由于其结构紧凑、体积小，只需直接 安装于液压缸的下端盖上，在液压缸外部不需另外的装置，因此其检修非常方 便。增量型内置式行程检测装置的缺点在于如果系统断电状态下活塞杆滑落， 其滑落的行程将被忽略。
公开号为CN 1201118A的一种用于行程传感缸的绝对位置检测方法，是基 于固定间隔的增量式脉冲的变化来得到实际行程，不存在任何编码的概念，在 基于等距凹槽的基础上，在固定间隔下增加不同间距的校正凹槽来标校当前位 置的绝对位置，达到消除累计误差的目的。因为采用的原理还是两路相位差为 90度的信号来测量移动位移和移动方向，因此这项技术无法检出系统掉电至再上电期间产生的位移。
发明内容
为了克服增量型内置式行程检测装置在系统断电状态下活塞杆滑落，其滑 落的行程将被忽略的不足，本发明将编码编制识别技术与现代制造技术结合， 在陶瓷活塞杆制造技术下，构造直线式位置编码，通过阵列式传感器识别编码， 得到传感器在陶瓷杆上精确的位置信息，从根本上抛弃了基于脉冲计数的检测 方法。它将具备陶瓷活塞杆用增量型内置式行程检测装置的所有优点，同时又 规避了陶瓷活塞杆用增量型内置式行程检测装置的缺点。首先是编码的构造 作为编码，最常用的绝对型编码是环形编码，在一个圆周内以固定间距构造不 同的码道，绝对编码器光码盘上有许多道由里至外的刻线码道，每道刻线依次 以2线、4线、8线、16线这样编排，这样，在编码器的每一个位置，通过n个 光眼读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方变化的唯 一的2进制编码即格雷码，这就称为n位绝对编码器。但是却无法简单的将环 形编码展平变成可以用于直杆上的直线编码。
本发明采用的技术方案是 一种与陶瓷活塞杆结合使用的绝对型行程检测 方法，这种方法首先是将活塞杆检测段沿轴线方向划分为多个连续的区段，在 每个区段内都设置一组标记，这组标记可以由传感器识别并且转换成一组唯一 的编码，利用传感器读取当前位置的各个标记，然后通过对传感器采集到的编 码进行解码识别得知传感器所处区段和传感器相对所处区段的位置偏移量，将 传感器所处区段结合传感器相对所处区段的位置偏移量即可得出传感器当前的 绝对位置。这种方法是参照旋转编码和条形码的有关技术提出的一种使用直线 编码检测位置的技术。根据不同长度的使用范围使用不同长度的编码。运用该 编码原则。当编码长度16位。精度mm级，编码可以覆盖的检测长度长达近3000米。该编码理论上可以在任何物体上按编码规律制作直线编码，通过超声波， ccd，磁感应阵列来读取当前编码数值，从而判断目前在物体上所处的直线绝对 位置。
进一步地，每个区段内设置的那组标记包括区标记和区号标记，区标记及 其相应的一组区号标记可以由传感器识别并且转换成区编码和一组代表当前区 标记所处区段的唯一的区号编码，相邻的区号标记通过区标记隔开，每个区段 的区标记为统一规格的并且等距设置的，区号标记为按区号编码排列规则设置
的； '
通过对传感器读取到的编码进行解码识别得到传感器所处的绝对位置的过 程具体为
A、 从传感器读取的编码中识别出区编码；
B、 将区编码后面的编码和区编码前面的编码计算生成区号编码，由此确定 当前区标记属于第几区段。
C、 根据区编码在传感器读取的编码中的位置，计算出传感器相对当前区标 记的位移偏移量；
D、 根据当前区标记所处的区段结合传感器相对当前区标记的位移偏移量得 到传感器当前的绝对位置。
进一步地，区标记和区号标记由设置在活塞杆检测段上有规律的沟槽和凸 环构成，沟槽和凸环的宽度一致，由区编码和区号编码决定沟槽和凸环的排布。
一种与陶瓷活塞杆结合使用的绝对型行程检测装置，包括活塞杆上的具有 区标记和区号标记的检测段和读取区标记和区号标记的传感器，活塞杆上的检 测段包括导磁性基体和覆盖基体表面的陶瓷材料，区标记和区号标记由设置在活塞杆检测段上有规律的沟槽和凸环构成，沟槽和凸环的宽度一致，传感器紧 贴活塞杆表面或者保持小距离间隔，为主动磁性探测式。
因为是主动磁性探测，传感器单元之间的距离受到了限制，不可能非常接 近，也就是无法在一条直线上实现小间隔的传感器排布。为解决这个问题，设 计一种等距、大间隔的多联装阵列式传感器。传感器包括多个多联装传感器、 传感器固定环和传感器组基座，多联装传感器内排列有数个传感器单元，多联 装传感器通过传感器固定环固定在传感器组基座上，相邻的多联装传感器在竖 直方向彼此之间错开，传感器组基座与活塞杆的弧度相同。
进一步地，传感器外安装有壳体，壳体固定在活塞杆油缸的端面处，设置 在壳体和传感器之间的压紧弹簧将传感器压紧在活塞杆上。
本发明的有益效果是这种绝对行程检测技术保证了活塞杆在掉电期间的 滑动对位置的读取不会造成影响，不存在累计误差，数字化检测，数字量传递， 系统高容差设计，因为利用了弹簧的大范围有效形变力，使传感器单元紧贴在
陶瓷活塞杆上，对于机械加工和装配误差的要求降到了mm级水平，同时在系统 运行中，保证传感器阵列与活塞杆相对位置稳定。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的传感器在陶瓷活塞杆上的安装示意图。
图2是本发明的传感器正视时的结构示意图。
图3是本发明的传感器俯视时的结构示意图。
图4是本发明的陶瓷活塞杆上的的检测段的结构示意图。
图5是本发明的传感器的平面展开图。
图中l.活塞杆，ll.一区，12.二区，13.三区，2.传感器，21.多联装传感器，22.传感器固定环，23.传感器组基座，24.传感器单元，3.区标记，4.区
号标记，5.壳体，6.压紧弹簧，7.凸齿。
具体实施例方式
如图1、 2、 3和4所示的一种与陶瓷活塞杆结合使用的绝对型行程检测装 置，包括活塞杆1上的检测段和读取检测段上的编码信息的传感器2。检测段沿 轴线方向划分为多个连续的区段，在每个区段内都设置一组标记，这组标记可 以由传感器2识别并且转换成一组唯一的编码，这组标记包括区标记3和区号 标记4，区标记3及其相应的那组区号标记4可以由传感器2识别并且转换成区 编码和一组代表当前区标记3所处区段的唯一的区号编码，相邻的区号标记4 通过区标记3隔开，每个区段的区标记3为统一规格的并且等距设置的。活塞 杆1上的检测段由导磁性基体和基体表面的陶瓷材料构成，区标记3和区号标 记4由设置在活塞杆检测段上的沟槽和凸环构成。传感器2为主动磁性探测式。 活塞杆基体是45#钢或合金钢，它具有导磁性，而表面喷涂的陶瓷材料是非金属 材料，无导磁性，当传感器2通过沟槽和凸环时，产生的气隙就有大小，气隙 的大小就造成磁阻的大小，磁阻的大小就造成磁场的强弱，传感器2通过检测 出磁场的强弱转换成相应的编码信号。
如图2和3所示，主动磁性探测的传感器2包括多个多联装传感器21、传 感器固定环22和传感器组基座23，多联装传感器21内排列有数个传感器单元 24，多联装传感器21通过传感器固定环22固定在传感器组基座23上，如图5 所示，相邻的多联装传感器21在竖直方向彼此之间错开。传感器组基座23与 活塞杆1的弧度相同。如图1所示，传感器2外安装有壳体5，壳体5固定在活 塞杆油缸的端面处，设置在壳体5和传感器2之间的压紧弹簧6将传感器2压 紧在活塞杆1上。以八个六联装线性排布的传感器阵列为例与陶瓷活塞杆结合使用的绝对型
行程检测方法。如图5所示，多联装传感器21内有六个传感器单元24，每个传 感器单元24之间间距为8mm。将八个多联装传感器21按照竖直方向间距lmm分 布。这样构成的阵列相当于一支由四十八个传感器单元24直线排布的传感器组， 传感器组内的传感器单元24间隔lram，检测范围为47mm。在本实施例中，活塞 杆1上各个区段的长度都为44mm，而传感器的检测范围为47mm，所以传感器2 总是可以得到足够的编码用于判断传感器2所处的区段。
区段内的区号编码的编码规则为二进制顺序编码，当然区号编码的编码规 则并不局限本实施例，只要这种编码规则保证通过对传感器2采集到的编码进 行解码识别后即可得知区标记3所处区段这种目的可以实现，都可以应用在本 检测方法中。按照二进制顺序编码规则，那么一区11、 二区12、三区13、四区、 五区……的区号标记4由传感器2识别并且转换后的区号编码就分别是
000000001、 000000010、 000000011、 000000100、 000000101......。为此在区段
内的区号标记4范围内划分出9个相邻2mm的齿位，每个齿位之间的宽度为2mrn， 9个齿位可以分别代表9位区号编码中对应的编码位，齿位上有齿存在的为0， 无齿存在的为1，区号标记4范围内按照区号编码进行排布的一系列凸齿7就形 成了构成区号标记4的有规则的沟槽和凸环。 一区11的区号编码为000000001， 那么区段内的区号标记4范围内，除了最后一个齿位没有凸齿7存在，其他的 齿位上都有凸齿7存在；二区12的区号编码为000000010，那么区段内的区号 标记4内的倒数第二个齿位上没有凸齿7存在;三区13的区号编码为000000011， 那么区段内的区号标记4内的最后二个齿位上都没有凸齿7存在。因为传感器 单元24的间距为lmm，而凸齿7的宽度为2mm，也就是保证了每个齿位上是否 有凸齿7可以被至少一个传感器单元24检测到。区段内的区标记3是宽为6mm的凸环。
一种与陶瓷活塞杆结合使用的绝对型行程检测方法，上述的与陶瓷活塞杆
结合使用的绝对型行程检测装置使用这种方法可以得出传感器2当前的绝对位 置。这种方法首先利用传感器2读取传感器2所处位置的各个标记，然后通过 对传感器2采集到的编码进行解码识别得知传感器2所处区段和传感器2相对 所处区段的位置偏移量，将传感器2所处区段结合传感器2相对所处区段的位 置偏移量即可得出传感器2当前的绝对位置。
本方法中通过对传感器2采集到的编码进行解码识别从而得到传感器2所 处的绝对位置的过程具体为
A、 从传感器2读取的编码中识别出区编码；
读取当前四十八个传感器单元24的值，因为区标记3为6mm宽度的凸环， 那么传感器2中至少有5只相邻传感器单元24得到读值为1，搜寻到这连续为 1的几只传感器单元24，这些传感器单元24所得到的编码就是区编码。
B、 将区编码后面的编码和区编码前面的编码计算生成区号编码，由此确定 当前区标记3属于第几区段。
读取区编码3 —侧的高位编码和另一侧的低位编码，高位编码和低位编码 运算衔接得到当前区标记3所处区段位置的区号编码。以向一区ll方向为右， 向三区13方向为左。从确定的区编码3右方结束单元开始向右直到传感器2尾 部，读取的为高位编码段，从确定的区编码3左方结束单元开始向左直到传感 器2头部，读取的为低位编码段。例如当传感器2处于一区11和二区12之间 时，传感器2左边处于二区12中，右边处于一区11中，那么传感器2右边部 分读到的编码就是高位编码段，左边部分得到的编码的就是低位编码段，将两段编码运算衔接之后得到所在区段的区号编码，即当前的区标记3在二区12内。 这种衔接运算是根据相邻区段内的二进制区号编码相差1。
C、 根据区编码在传感器2读取的编码中的位置，计算出传感器2相对当前 区标记3的位移偏移量；
以传感器2最左边的传感器单元24为位置基准，例如最右传感器单元24 编号为l，最左传感器单元24编号为48，顺序编号，区标记3所反映的区编码 出现在15-21号传感器单元24，那么偏移量为15-1二14，因为间距为lmm，那么 偏移量就是14mm。
D、 根据当前区标记3所处的区段结合传感器2相对当前区标记3的位移偏 移量得到传感器2当前的绝对位置。
根据上述例子，得到了区标记3在二区12内，区标记3相对最右边的传感 器单元24的偏移量为14mm。每个区段的长度为44mm，那么作为基准的传感器 单元24所在位置为W44mm-14mnF30mm，这样即可得知传感器2当前的绝对位置。
权利要求
1. 一种与陶瓷活塞杆结合使用的绝对型行程检测方法，其特征是首先将活塞杆(1)检测段沿轴线方向划分为多个连续的区段，在每个区段内都设置一组标记，这组标记可以由传感器(2)识别并且转换成一组唯一的编码，利用传感器(2)读取当前位置的各个标记的编码，然后通过对传感器(2)采集到的编码进行解码识别得知传感器(2)所处区段和传感器(2)相对所处区段的位置偏移量，将传感器(2)所处区段结合传感器(2)相对所处区段的位置偏移量即可得出传感器(2)当前的绝对位置。
2、 根据权利要求1所述的与陶瓷活塞杆结合使用的绝对型行程检测方法， 其特征是所述的每个区段内设置的一组标记包括区标记(3)和区号标记(4)， 区标记(3)及其相应的区号标记(4)可以由传感器(2)识别并且转换成一组 区编码和一组反映当前区标记(3)所处区段的唯一的区号编码，相邻的区号标 记(4)通过区标记(3)隔开，每个区段内的区标记(3)为统一规格的并且等 距设置的；通过对传感器(2)读取到的编码进行解码识别得到传感器(2)所处的绝 对位置的过程具体为A、 从传感器(2)读取到的编码中识别出区编码；B、 将区编码后面的编码和区编码前面的编码计算生成区号编码，由此确定 当前区标记(3)属于第几区段。C、 根据区编码在传感器(2)读取的编码中的位置，计算出传感器(2)相 对当前区标记(3)的位移偏移量；D、 根据当前区标记(3)所处的区段结合传感器(2)相对当前区标记(3) 的位移偏移量得到传感器(2)当前的绝对位置。
3、根据权利要求2所述的与陶瓷活塞杆结合使用的绝对型行程检测方法， 其特征是所述的区标记(3)和区号标记(4)由设置在活塞杆(1)检测段上 有规律的沟槽和凸环构成。
4、 一种实现权利要求3所述的检测方法的与陶瓷活塞杆结合使用的绝对 型行程检测装置，其特征是包括活塞杆(1)上的具有区标记(3)和区号标 记(4)的检测段和读取区标记(3)和区号标记(4)的传感器(2)，所述的活 塞杆(1)上的检测段包括导磁性基体和覆盖基体表面的陶瓷材料，区标记(3) 和区号标记(4)由设置在活塞杆(1)的检测段上有规律的沟槽和凸环构成， 所述的传感器(2)紧贴活塞杆表面或者保持小距离间隔，传感器(2)为主动 磁性探测式。
5、 根据权利要求4所述的与陶瓷活塞杆结合使用的绝对型行程检测装置， 其特征是所述的传感器(2)包括多个多联装传感器(21)、传感器固定环(22) 和传感器组基座(23)，多联装传感器(21)内排列有数个传感器单元(24)， 多联装传感器(21)通过传感器固定环(22)固定在传感器组基座(23)上， 相邻的多联装传感器21在竖直方向彼此之间错开，传感器组基座(23)与活塞 杆(1)的弧度相同。
6、 根据权利要求5所述的与陶瓷活塞杆结合使用的绝对型行程检测装置， 其特征是所述的传感器(2)外安装有壳体(5)，壳体(5)固定在活塞杆油 缸的端面处，设置在壳体(5)和传感器(2)之间的压紧弹簧(6)将传感器(2) 压紧在活塞杆(1)上。
全文摘要
本发明涉及一种绝对行程检测技术，特别是一种与陶瓷活塞杆结合使用的绝对型行程检测方法及其装置。活塞杆检测段的沿轴线方向被划分为多个连续的区段，在每个区段内都设置一组标记，这组标记可以由传感器识别并且转换成一组唯一的编码，利用传感器读取当前位置的各个标记的编码，然后通过对传感器读取到的编码进行解码识别得知传感器所处区段和传感器相对所处区段的位置偏移量，将传感器所处区段结合传感器相对所处区段的位置偏移量即可得出传感器当前的绝对位置。传感器为主动磁性探测式，活塞杆上的标记表现为一系列有规则的沟槽和凸环。这种绝对行程检测技术保证了活塞杆在掉电期间的滑动对位置的读取不会造成影响，也不存在累计误差。
文档编号G01B7/00GK101280796SQ20081002484
公开日2008年10月8日 申请日期2008年5月7日 优先权日2008年5月7日
发明者吴国栋, 姚加明, 徐志峰, 朱琴玉, 云 汤, 沈建明, 高吉元 申请人:江苏武进液压启闭机有限公司