载体位移读取装置的制作方法

本发明涉及测量领域，特别是涉及一种载体位移读取装置。

背景技术：

传统的机械卷尺刻度分辨率是毫米，但印刷的数字是以厘米为单位，毫米单位的读数只能依靠肉眼观测来确定，读数不方便且容易出错。

一种示例性的数显卷尺包括安装在外壳内的尺带盒、发条、单片机、显示器，还包括由码盘和具有多只脚的电刷组成的接触码盘传感器，码盘表面由循环码组成多个码道，码盘固定在外壳内，电刷一端固定在尺带盒的端面上，电刷的脚与码盘弹性接触；还包括设置在外壳内的光电传感器：其发光二极管和光电接收器的安装位置正对尺带刻度面，尺带刻度面上标识有黑色误差修正条纹。这种数显卷尺具有显示直观的优点。

然而，上述数显卷尺采用电刷装置读取循环码盘时常会出现跳刷或漏刷的现象，即由于电刷装置转速过快，出现电刷装置弹跳过某个循环码，导致计数错误的现象。同时将循环码盘设置在卷尺本体内占用较大内部空间，使得装置体积较大，不便于用户携带。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种新型的载体位移读取装置。

一种载体位移读取装置，包括：设有刻度的带状载体，包括相对的第一面和第二面，两面中的一面设有周期性的条纹码，两面中的一面设有纠正码，所述纠正码与所述条纹码同步设置，所述条纹码包括条纹和位于各条纹间的间隔区；第一传感器组，与设有所述条纹码的一面相对设置，所述第一传感器组被所述条纹靠近时输出与被所述间隔区靠近时不同的传感信号；第二传感器组，与设有所述纠正码的一面相对设置，所述纠正码包括起始位、数据位、结束位，所述第二传感器组根据靠近的纠正码输出传感信号；信号调理电路，与所述第一传感器组和第二传感器组电性连接，用于对所述第一传感器组输出的传感信号进行门限判决，得到第一数字脉冲信号，还用于对所述第二传感器组输出的传感信号进行门限判决，得到第二数字脉冲信号；控制模块，与所述信号调理电路电性连接，用于对所述第一数字脉冲信号和第二数字脉冲信号的上升沿和下降沿进行计数，根据所述第一数字脉冲信号得到位移测量值，根据所述第二数字脉冲信号得到位移纠正值，并根据所述位移测量值和位移纠正值输出位移测量值信号，所述位移测量值信号对应的位移值是所述位移测量值根据所述位移纠正值进行纠正后的值。

在其中一个实施例中，所述第一传感器组包括第一光电传感器和第二光电传感器，所述第一光电传感器包括第一光发射器和第一光接收器，所述第二光电传感器包括第二光发射器和第二光接收器，所述条纹对所述第一光发射器和第二光发射器发射的电磁波的反射率小于所述间隔区对所述第一光发射器和第二光发射器发射的电磁波的反射率，所述第一光发射器和第二光发射器用于向所述设有条纹码的一面发射电磁波，所述第一光接收器和第二光接收器用于接收被所述条纹码反射的电磁波；所述第二传感器组包括第三光电传感器，所述第三光电传感器包括第三光发射器和第三光接收器，所述第三光发射器用于向所述设有纠正码的一面发射电磁波，所述第三光接收器用于接收被所述纠正码反射的电磁波，所述起始位、数据位及结束位各自包括所述条纹和/或所述间隔区组成的图形。

在其中一个实施例中，所述第一和第二传感器组中的光发射器是红外发射器。

在其中一个实施例中，所述信号调理电路包括滞回比较器。

在其中一个实施例中，所述第一光电传感器与第二光电传感器并排设置，所述第一光电传感器与第二光电传感器在正对的带状载体上的正投影的连线方向为带状载体的长度方向。

在其中一个实施例中，以所述带状载体的长度方向为x轴、宽度方向为y轴，所述第三光电传感器在正对的带状载体上的正投影的x轴坐标与第一光电传感器或第二光电传感器相同。

在其中一个实施例中，所述第一传感器组和第二传感器组均包括霍尔传感器，所述条纹是磁性条纹，所述起始位、数据位及结束位各自包括所述条纹和/或所述间隔区组成的图形。

在其中一个实施例中，所述载体位移读取装置应用于卷尺，所述带状载体是卷尺带，所述载体位移读取装置还包括与所述第一传感器组和第二传感器组电连接的传感器开关，所述传感器开关在所述卷尺带伸出和缩回时闭合使所述第一传感器组和第二传感器组得电工作，在所述卷尺带不动作时断开使所述第一传感器组和第二传感器组不得电。

在其中一个实施例中，所述周期性的条纹码是等间距条纹码，所述纠正码包括信息区，所述信息区包括所述起始位、数据位及结束位，各信息区之间为纠正码的间隔，所述间隔大于所述条纹码的间距。

在其中一个实施例中，所述纠正码还包括校验位。

上述载体位移读取装置，通过在带状载体上设置周期性的条纹码，配合传感器、信号调理电路及控制模块自动计算出带状载体的位移，信号调理电路可以滤除传感信号的干扰，保证位移读取准确。通过在带状载体上设置与条纹码同步的纠正码，并通过纠正码中的数据位对位移测量值进行纠正，能够纠正周期性条纹码自动读数的误差。

附图说明

图1是一实施例中条纹码和纠正码的示意图；

图2是卷尺带刻度的示意图；

图3是一实施例中卷尺的整体结构示意图；

图4是图3中尺带读取装置a的局部放大图；

图5是一实施例中第一、第二传感器组的光电传感器的位置示意图；

图6是一实施例中第一传感器组输出的传感信号的波形图；

图7是第一传感器组输出的传感信号经过门限判决后转换成的脉冲信号波形图；

图8是第二传感器组输出的纠正码的传感信号和前述脉冲信号波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。

本申请提供一种载体位移读取装置，包括：

设有刻度的带状载体，包括相对的第一面和第二面，两面中的一面设有周期性的条纹码，两面中的一面设有纠正码，所述纠正码与所述条纹码同步设置，所述条纹码包括条纹和位于各条纹间的间隔区；

第一传感器组，与设有所述条纹码的一面相对设置，所述第一传感器组被所述条纹靠近时输出与被所述间隔区靠近时不同的传感信号；

第二传感器组，与设有所述纠正码的一面相对设置，所述纠正码包括起始位、数据位、结束位，所述第二传感器组根据靠近的纠正码输出传感信号；

信号调理电路，与所述第一传感器组和第二传感器组电性连接，用于对所述第一传感器组输出的传感信号进行门限判决，得到第一数字脉冲信号，还用于对所述第二传感器组输出的传感信号进行门限判决，得到第二数字脉冲信号；

控制模块，与所述信号调理电路电性连接，用于对所述第一数字脉冲信号和第二数字脉冲信号的上升沿和下降沿进行计数，根据所述第一数字脉冲信号得到位移测量值，根据所述第二数字脉冲信号得到位移纠正值，并根据所述位移测量值和位移纠正值输出位移测量值信号，所述位移测量值信号对应的位移值是所述位移测量值根据所述位移纠正值进行纠正后的值。

上述载体位移读取装置，通过在带状载体上设置周期性的条纹码，配合传感器、信号调理电路及控制模块自动计算出带状载体的位移，信号调理电路可以滤除传感信号的干扰，保证位移读取准确。通过在带状载体上设置与条纹码同步的纠正码，并通过纠正码中的数据位对位移测量值进行纠正，能够纠正周期性条纹码自动读数的误差。

在一个实施例中，纠正码可由双向、连续、自检的条纹码组成，可以采用本领域习知的能够满足该要求的编码方式，例如交错二五码，也可以根据需要自行定义，例如是经数字编码的非周期性条纹；纠正码的条纹和间隔区可以连续出现，条纹的宽度可以与条纹码的条纹相同。在一个实施例中，纠正码采用正反向可读的二进制编码方式，每组纠正码由起始位、结束位、校验位、数据位组成，由于条纹码与纠正码为同步出现，因此可通过条纹码同步读取纠正码信息，即纠正码的读取需要由周期性的条纹码同步。

在一个实施例中，载体位移读取装置应用于卷尺，带状载体是卷尺带。以下以载体位移读取装置应用于卷尺中对本申请方案进行介绍。

图1是一实施例中条纹码和纠正码的示意图，图中上侧为条纹码，下侧为纠正码，数字表示厘米。图1所示实施例中条纹码和纠正码设于卷尺带的同一面，在其他实施例中条纹码和纠正码也可以设于卷尺带的各一面。在一个实施例中，卷尺带的刻度设于卷尺带的正面，条纹码和纠正码和设于卷尺带的背面。图2为卷尺带刻度的示意图。

在一个实施例中，第一传感器组和第二传感器组均包括霍尔传感器，条纹是磁性条纹。

在另一个实施例中，第一传感器组包括第一光电传感器和第二光电传感器，第一光电传感器包括第一光发射器和第一光接收器，第二光电传感器包括第二光发射器和第二光接收器，条纹对第一光发射器和第二光发射器发射的电磁波的反射率小于间隔区对第一光发射器和第二光发射器发射的电磁波的反射率。第一光发射器和第二光发射器用于向卷尺带设有条纹码的一面发射电磁波，第一光接收器和第二光接收器用于接收被条纹码反射的电磁波。第二传感器组包括第三光电传感器，第三光电传感器包括第三光发射器和第三光接收器。第三光发射器用于向卷尺带设有纠正码的一面发射电磁波，第三光接收器用于接收被纠正码反射的电磁波。

在一个实施例中，条纹和间隔区分别为黑码和白码。参见图1，卷尺带上白码和黑码交替出现，同时黑码和白码对第一光发射器发出的光的吸收率不同，具体是黑码对光的吸收率高，白码对光的吸收率低且低于黑码的光吸收率，经过黑码反射回去的光被第一光接收器接收后被解码为第一信号码，经过白码反射回去的光被第一光接收器接收后被解码为第二信号码；在一个实施例中，第一信号码为0、第二信号码为1；在另一个实施例中，第一信号码为1、第二信号码为0。在一个实施例中，解码是通过控制模块中的软件进行；在另一个实施例中，卷尺包括数字逻辑译码电路，解码通过数字逻辑译码电路实现。在一个实施例中，控制模块是单片机。

在一个实施例中，载体位移读取装置还包括与所述控制模块电性连接的显示模块，显示模块用于根据位移测量值信号显示带状载体位移值。

在一个实施例中，第一、第二、第三光发射器是发光二极管，例如红外发光二极管。

图3是一实施例中卷尺的整体结构示意图。图3示出了卷尺的显示屏103、刹车键200、功能键区域210(包括5个功能按键)。在图3所示的实施例中，卷尺还包括具有激光测距功能的激光测距模块。激光测距模块包括发射单元101和接收单元104。图4是图3中尺带读取装置a的局部放大图(图4只示出了图3虚线圆中的部分结构)，尺带读取装置a包括载体位移读取装置的部分组件，具体包括卷尺带钩头300和光电传感器支架107。光电传感器支架107夹装在卷尺带的目标尺面，并固定在尺带盒的侧面；第一、第二、第三光电传感器固定安装在光电传感器支架107上，由光电传感器支架107限定第一、第二、第三光电传感器到目标尺面的相对距离。在一个实施例中，光电传感器支架107为透明组件，第一、第二、第三光电传感器安装于支架内部，可防止灰尘污染。

在一个实施例中，卷尺还包括与第一传感器组和第二传感器组电连接的传感器开关，传感器开关在卷尺带伸出和缩回时闭合，使第一传感器组和第二传感器组得电工作；在卷尺带不动作时断开，使第一传感器组和第二传感器组不得电。

在一个实施例中，第一光电传感器与第二光电传感器并排设置，第一光电传感器与第二光电传感器在正对的卷尺带上的正投影的连线方向为卷尺带的长度方向。以卷尺带的长度方向为x轴、宽度方向为y轴，第三光电传感器在正对的卷尺带上的正投影的x轴坐标与第一光电传感器或第二光电传感器相同。

图5是一实施例中第一、第二传感器组的光电传感器的位置示意图。图5中上侧为条纹码，下侧为纠正码。由于第一、第二传感器组的光电传感器垂直于卷尺带尺面设置，为了便于理解，在卷尺带的侧面标示出第一、第二、第三光电传感器的朝向。在图5所示实施例中，a传感器为第一光电传感器，b传感器为第二光电传感器，c传感器为第三光电传感器。图5表示a传感器和b传感器并排设置(y轴坐标相同)，c传感器与a传感器x轴坐标相同。

在一个实施例中，条纹码是等间距条纹码，每条条纹的宽度为2mm；在另一个实施例中，每条条纹的宽度为2mm的倍数。每颗光电传感器由一颗红外波段高斯谱形的发射管和接收管组成。光电传感器可将不同反射强度的光信号转换为电信号，反射条纹宽度直接决定感应精度，但条纹宽度受传感器大小和分辨率限制无法小于2mm(条纹宽度需要大于等于传感器的分辨率)，因此在反射条纹宽度固定时可通过提高传感器数量来提高感应精度，感应精度可由以下公式计算d＝l÷n，其中d为感应精度、l为条纹宽度、n为传感器数量。图5所示实施例中a传感器、b传感器间距为5.12mm，传感器电信号相位差为100度，当尺面反方向移动时相位差为-100度，传感器读取条纹码感应精度为1±0.1mm。尺面相对于第一传感器组的位移在第一传感器组上产生幅度为正弦变化的电信号，信号波峰对应高反射率的间隔区，波谷对应低反射率的条纹，图6是一实施例中第一传感器组输出的传感信号的波形。

在一个实施例中，卷尺还包括信号调理电路。信号调理电路与第一、第二传感器组电性连接，用于滤除原始感应信号(即第一、第二传感器组输出的传感信号)的干扰。在一个实施例中，信号调理电路包括滞回比较器，滞回比较器用于对第一和第二传感器组输出的传感信号进行门限判决形成数字脉冲信号。控制模块还用于对脉冲信号的上升沿和下降沿进行计数，并根据计数结果得到位移测量值。

在一个实施例中，由滞回比较器门限判决后产生与第一传感器组输出的传感信号频率相同的方波信号，信号波形图如图7所示。由于条纹码与纠正码为同步出现，因此可通过条纹码同步读取纠正码信息。b相脉冲和c相脉冲相位差约为90±10°，纠正码电信号和脉冲转换后的波形图如图8所示。纠正码在目标尺带上每50mm出现一次，实时纠正产生的误差防止误差累计。

本申请还提供一种智能卷尺数据读取方法，包括如下步骤：

1.当检测到卷尺带从智能卷尺内经卷尺带出口抽出时，通过第一传感器组实时读取周期性的条纹码，第一传感器组的输出由滞回比较器门限判决后产生与源信号频率相同的脉冲信号，对脉冲信号的上升沿和下降沿进行计数，计算出卷尺被抽出的实时距离。

2.纠正码每隔50mm一组，周期性的条纹码与纠正码同步出现，因此可通过条纹码同步读取纠正码信息，将解码后的纠正码距离与条纹码实时距离对比。本申请将纠正码的编码设计为表示绝对位置，用于纠正条纹码的计算误差以及实现重新上电后尺带从任意位置被拉出后快速识别当前位置的功能。

以上以载体位移读取装置应用于卷尺为例对本申请的技术方案进行了详细介绍，但本申请的方案不仅限应用于尺带读取，也可应用于任何位移读取的场景下。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。