隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對(duì)直線大位移的測(cè)量提出了更高的要求。為此提出了一種以擺動(dòng)式機(jī)械接觸滾輪為基本原理，基于霍爾元件進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)的直線大位移測(cè)量方法。該方法是一種直接以運(yùn)動(dòng)部件自身為靜止參照物的自為基準(zhǔn)測(cè)量方式，將兩物體的相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾檢測(cè)滾動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和方向來計(jì)算位移。該方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單測(cè)量裝置體積小量程大及適應(yīng)環(huán)境廣等優(yōu)點(diǎn)，有一定的應(yīng)用價(jià)值。

現(xiàn)有的直線大位移傳感器主要以光柵磁柵電阻式電感和感應(yīng)同步器等原理為基礎(chǔ)制成，測(cè)量精度較高，但總體結(jié)構(gòu)尺寸較大測(cè)量性能易受濕度、灰塵等影響，這些傳感器測(cè)量方式有一定的相似性，基本上都是由標(biāo)尺和檢測(cè)元件兩部分組成凹使用時(shí)，標(biāo)尺和檢測(cè)元件分別固定于靜止和運(yùn)動(dòng)部件上，通過檢測(cè)靜止與運(yùn)動(dòng)部件的相對(duì)位置變化計(jì)算位移量。 測(cè)量原理
擺動(dòng)式機(jī)械接觸滾輪測(cè)量方法的測(cè)量部件結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，固定支架安裝在運(yùn)動(dòng)部件上，擺桿在彈簧張力的作用下，將滾動(dòng)輪壓靠到靜止平面上。滾動(dòng)輪可繞軸心自由轉(zhuǎn)動(dòng)，其圓周表面采用耐磨材料經(jīng)防滑處理。磁柱均布在滾動(dòng)輪上，2個(gè)開關(guān)型霍爾元件安裝在擺桿上，且位于磁柱側(cè)面并與磁柱在同一圓弧線上霍爾之間的夾角為磁柱分布夾角的1.3倍左右。當(dāng)固定支架整體隨運(yùn)動(dòng)部件左右運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)輪由于摩擦力作用來回轉(zhuǎn)動(dòng)。磁柱每經(jīng)過霍爾元件一次將產(chǎn)生一個(gè)脈沖，通過比較2個(gè)霍爾元件的脈沖波形，可測(cè)出輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，利用記錄的脈沖數(shù)和輪子直徑即可計(jì)算輪子在靜止平面上滾動(dòng)的距離，也就是運(yùn)動(dòng)物體的位移。

信號(hào)檢測(cè)處理
信號(hào)檢測(cè)處理系統(tǒng)構(gòu)成 ，如圖2所示。 開關(guān)型霍爾的輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路放大濾波處理后輸入1、2口。由于物體運(yùn)動(dòng)的速度不定，霍爾元件輸出的脈沖時(shí)間間隔可能會(huì)相差很大，故單片機(jī)的信號(hào)采集采用中斷方式。將單片機(jī)的1輸入口設(shè)為中斷口，脈沖上升沿觸發(fā)，2輸入口設(shè)為電平采樣口。當(dāng)然也可以設(shè)置成其它中斷和電平采集方式，只要保證2個(gè)通道的對(duì)比采樣關(guān)系即可，盡管脈沖信號(hào)的脈寬可能不同，但2個(gè)通道的脈沖電平對(duì)應(yīng)關(guān)系是一致的?，F(xiàn)以圖1中四磁柱輸出等脈寬信號(hào)為例，說明具體采集方法。 當(dāng)固定支架整體由右向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)2個(gè)霍爾元件與磁柱的初始相對(duì)位置不同，輪子滾動(dòng)一周時(shí)，單片機(jī)1 、2輸入口的波形呈現(xiàn)4種狀態(tài)， 其波形如圖3所示。通過比較4組波形，可以發(fā)現(xiàn)無論1 、2輸入口的初始狀態(tài)為1/0，1/1 ，0/0，0/1 ，輸入波形的對(duì)應(yīng)關(guān)系是一致的，即第2到第4組的波形可以由第1組波形按照時(shí)間序列向左平移一定的相位得到同理，可以畫出固定支架整體由左向右運(yùn)動(dòng)，即滾動(dòng)輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的波形。

可看出滾動(dòng)輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的波形與順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的波形在相位上正好相反由于1、2輸入口的波形始終保持著連續(xù)一致的對(duì)應(yīng)關(guān)系，滾動(dòng)輪來回滾動(dòng)產(chǎn)生的波形完全可以由一組波形在某一時(shí)間點(diǎn)A處，按照時(shí)間序列向左右兩邊展開得到，如圖4所示，

設(shè)滾動(dòng)輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)位移方向?yàn)檎?。單片機(jī)的1輸入口電平信號(hào)在某一時(shí)間點(diǎn)x0處由0轉(zhuǎn)變?yōu)?，脈沖上升沿觸發(fā)單片機(jī)中斷。中斷程序查詢2輸入口電平，若為0 ，則說明物體向正方向運(yùn)動(dòng)， 累計(jì)脈沖數(shù)加1。當(dāng)滾動(dòng)方向不變時(shí)，脈沖數(shù)將不斷累加。若某一時(shí)刻，滾動(dòng)輪變向?yàn)槟鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則在x1時(shí)間點(diǎn)處，1輸入口脈沖上升沿觸發(fā)單片機(jī)中斷。由2輸入口電平信號(hào)為1，可判斷滾動(dòng)輪變向?yàn)槟鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，累計(jì)脈沖數(shù)減1。單片機(jī)按一定的時(shí)間間隔把變化后的累計(jì)脈沖數(shù)和變化發(fā)生的時(shí)間保存到存儲(chǔ)器中，供計(jì)算處理。