角度傳感器及角度測(cè)量方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及角度傳感器及角度測(cè)量方法，根據(jù)本發(fā)明專利技術(shù)的所述角度傳感器，包括，齒輪結(jié)構(gòu)、電渦流探頭以及處理單元；其中，所述齒輪結(jié)構(gòu)為安裝固定于轉(zhuǎn)軸的外圓周上的齒輪或者在轉(zhuǎn)軸的外圓周上加工形成齒輪，且在齒輪結(jié)構(gòu)的外圓周側(cè)上設(shè)置用于特征角度識(shí)別的定位結(jié)構(gòu)；所述電渦流探頭定位在齒輪結(jié)構(gòu)的所述外圓周側(cè)，且探頭面對(duì)所述齒輪的輪齒和齒槽；以及所述處理單元連接于電渦流探頭，用于信號(hào)處理，并輸出角度測(cè)量信號(hào)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種角度傳感器及角度測(cè)量方法，尤其涉及一種基于電渦流的角度傳感器及角度測(cè)量方法。
技術(shù)介紹
根據(jù)傳感器與待測(cè)對(duì)象是否接觸，可以將目前市場(chǎng)上存在的測(cè)量角度的傳感器分為兩種，一種是接觸式角度傳感器，另一種是非接觸式角度傳感器。其中，接觸式角度傳感器主要依靠結(jié)構(gòu)進(jìn)行觸發(fā)。例如，中國(guó)專利技術(shù)專利第201410074133.3號(hào)申請(qǐng)公開(kāi)了一種角度傳感器，主要包括2N個(gè)滾珠開(kāi)關(guān)。通過(guò)將2N個(gè)滾珠開(kāi)關(guān)順時(shí)針依次沿圓周按照觸發(fā)端在前、穩(wěn)定端在后的方向安裝，或者是采用順時(shí)針依次沿圓周按照穩(wěn)定端在前、觸發(fā)端在后的方向安裝。在進(jìn)行角度測(cè)量時(shí)，利用觸發(fā)所述滾珠開(kāi)關(guān)，在每個(gè)滾珠開(kāi)關(guān)上設(shè)定好角度，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，觸發(fā)到哪個(gè)滾珠開(kāi)關(guān)就輸出相對(duì)應(yīng)的角度，從而得到測(cè)量結(jié)果。然而，該角度傳感器測(cè)量精度低、易損壞，體積大、維護(hù)繁瑣且只能測(cè)試低速旋轉(zhuǎn)的角度。另一方面，非接觸式角度傳感器根據(jù)測(cè)量原理不同，主要包括光電式角度傳感器和霍爾角度傳感器。其中，光電式角度傳感器利用光電效應(yīng)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)使用環(huán)境要求非常苛刻，有少許粉塵、少許振動(dòng)或者安裝稍有偏差均會(huì)導(dǎo)致傳感器不能正常工作，且需要光電發(fā)射與接收裝置，體積大、價(jià)格昂貴。電磁式角度傳感器利用霍爾元件進(jìn)行測(cè)試，主要由轉(zhuǎn)子和定子組成。在工作中，對(duì)定子與轉(zhuǎn)子安裝的同軸度要求非常高，例如，定子、轉(zhuǎn)子之間的間隙一般要求小于0.5mm。并且，轉(zhuǎn)軸稍有撓度即出現(xiàn)刮擦卡死等現(xiàn)象，無(wú)法適用于有撓度轉(zhuǎn)軸的角度測(cè)試。中國(guó)技術(shù)專利ZL201420138818.5公開(kāi)了一種基于電渦流效應(yīng)的角度傳感器。如圖6(a)、6(b)所示，該角度傳感器包括：可固定于轉(zhuǎn)軸上的金屬環(huán)51、第一勵(lì)磁線圈組52和第二勵(lì)磁線圈組53。其中，第一勵(lì)磁線圈組52和第二勵(lì)磁線圈組53分別與硬件電路54相連接。其中，第一勵(lì)磁線圈與第二勵(lì)磁線圈需通過(guò)電路板直接連接到硬件電路上，當(dāng)轉(zhuǎn)軸55旋轉(zhuǎn)時(shí)，勵(lì)磁線圈感應(yīng)到金屬環(huán)51產(chǎn)生的渦流場(chǎng)發(fā)生變化，然后利用硬件電路54等后端的處理設(shè)備對(duì)渦流場(chǎng)變化量進(jìn)行計(jì)算，得出所測(cè)量的角度。然而，該技術(shù)專利所公開(kāi)的角度傳感器存在如下問(wèn)題：第一、其需要在轉(zhuǎn)軸上固定所述金屬環(huán)，且金屬環(huán)的形狀不規(guī)則，質(zhì)量分布不均勻，容易造成轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不均勻，使轉(zhuǎn)軸出現(xiàn)撓度；第二，勵(lì)磁線圈與金屬環(huán)的相對(duì)位置有嚴(yán)格限制，金屬環(huán)固定到轉(zhuǎn)軸上，而勵(lì)磁線圈與檢測(cè)線圈固定到其它結(jié)構(gòu)上，當(dāng)轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)撓度時(shí)，則無(wú)法完成對(duì)角度的準(zhǔn)確測(cè)試；第三、需要在所述金屬環(huán)兩側(cè)布置2個(gè)勵(lì)磁線圈、2個(gè)檢測(cè)線圈，體積大、安裝繁瑣。此外，該角度傳感器在使用前需進(jìn)行角度標(biāo)定，工作量大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)是鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題而提出的，即本專利技術(shù)提供一種基于電渦流測(cè)試原理的角度傳感器，該傳感器僅包括一個(gè)感應(yīng)線圈，無(wú)需其他電子元器件，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性能良好，經(jīng)測(cè)試可用于高溫、高壓、油污等多種惡劣環(huán)境中。進(jìn)一步地，在測(cè)量過(guò)程中，該傳感器只要檢測(cè)到輪齒和齒槽即可，無(wú)需對(duì)其安裝位置進(jìn)行過(guò)多的調(diào)整，從而對(duì)檢測(cè)面與傳感器的相對(duì)位置無(wú)嚴(yán)格要求。本專利技術(shù)還提供一種角度測(cè)量方法。根據(jù)本專利技術(shù)的第一方面，提供一種角度傳感器，包括，齒輪結(jié)構(gòu)、電渦流探頭以及處理單元；其中，所述齒輪結(jié)構(gòu)為安裝固定于轉(zhuǎn)軸的外圓周上的齒輪或者在轉(zhuǎn)軸的外圓周上加工形成齒輪，且在齒輪結(jié)構(gòu)的外圓周側(cè)上設(shè)置用于特征角度識(shí)別的定位結(jié)構(gòu)；所述電渦流探頭定位在齒輪結(jié)構(gòu)的所述外圓周側(cè)，且探頭面對(duì)所述齒輪的輪齒和齒槽；以及所述處理單元連接于電渦流探頭，用于信號(hào)處理，并輸出角度測(cè)量信號(hào)。優(yōu)選地，所述定位結(jié)構(gòu)為零度定位結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述定位結(jié)構(gòu)為定位槽，更優(yōu)選地，為設(shè)置得比所述齒輪的齒槽更深的定位齒槽或尖角槽。優(yōu)選地，所述輪齒和齒槽均勻分布。優(yōu)選地，所述電渦流探頭的軸向中心線與所述轉(zhuǎn)軸的中心軸線垂直相交。進(jìn)一步優(yōu)選地，電渦流探頭的輸出信號(hào)為對(duì)應(yīng)于所述齒槽、輪齒的一系列波峰、波谷，及對(duì)應(yīng)于用于所述特征角度識(shí)別的所述定位槽，電渦流探頭輸出一個(gè)高于對(duì)應(yīng)所述齒槽的波峰的尖峰脈沖。優(yōu)選地，所述處理單元包括用于接收電渦流探頭的輸出信號(hào)的信號(hào)采集模塊，以及用于對(duì)信號(hào)采集模塊輸出的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，以輸出角度測(cè)量信號(hào)的信號(hào)處理模塊。優(yōu)選地，在進(jìn)行硬件電路封裝時(shí)，在所述處理單元封裝上設(shè)置與PC進(jìn)行通信的接口，以在PC上存儲(chǔ)和顯示所述角度測(cè)量信號(hào)。根據(jù)本專利技術(shù)的另一方面，提供一種角度測(cè)量方法，所述方法用如前所述的角度傳感器進(jìn)行角度測(cè)量，包括：S1：原始脈沖信號(hào)輸入，處理單元接收電渦流探頭的輸出信號(hào)；S2：判斷角度特征信號(hào)，處理單元識(shí)別對(duì)應(yīng)于用于所述特征角度識(shí)別的定位結(jié)構(gòu)的特征角度識(shí)別信號(hào)；S3：選取角度周期信號(hào)，處理單元選取一個(gè)或多個(gè)周期角度信號(hào)；S4：角度測(cè)量信號(hào)運(yùn)算，即，對(duì)所選取的周期角度信號(hào)進(jìn)行分段式處理，以獲得每段的角度間隔及每段角度值，并進(jìn)一步利用所述角度間隔和每段角度值獲得表征角度測(cè)量結(jié)果的角度測(cè)量信號(hào)；以及S5：輸出角度信號(hào)，輸出在步驟S4中得到的測(cè)量角度信號(hào)。優(yōu)選地，步驟S4包括：S41：分段處理角度信號(hào)，對(duì)所選取的周期角度信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行無(wú)限分割式的分段式處理，得到每段角度值；以及S42：合成各段角度信號(hào)，即利用上述每段角度值合成一周期或所有周期內(nèi)的角度值，作為測(cè)量角度信號(hào)。優(yōu)選地，在步驟S41中，定義由齒輪的每個(gè)齒槽和輪齒得到的峰谷點(diǎn)信號(hào)段為x0～xn，定義均布齒槽與輪齒兩者中心線之間的角度為K，則每段信號(hào)段的角度間隔為：Δx0=Kx1-x0,Δx1=Kx2-x1,...,Δxn-1=Kxn-xn-1;]]>且每段角度值為：1)x0～x1區(qū)間角度子數(shù)組x0,x0+Δx0,x0+2Δx0,x0+3Δx0,...,x12)x1～x2區(qū)間角度子數(shù)組x1,x1+Δx1,x1+2Δx1,x1+3Δx1,...,x2…n)xn-1～xn區(qū)間角度子數(shù)組xn-1,xn-1+Δxn-1,xn-1+2Δxn-1,xn-1+3Δxn-1,...,xn。優(yōu)選地，在步驟S42中，采用如下公式進(jìn)行角度合成：以下結(jié)合本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式和附圖對(duì)本專利技術(shù)的具體方案進(jìn)行描述，本專利技術(shù)的有益效果將進(jìn)一步明確。附圖說(shuō)明此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本專利技術(shù)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本專利技術(shù)的一部分，用于解釋本專利技術(shù)，并不構(gòu)成對(duì)本專利技術(shù)的不當(dāng)限定。圖1是本專利技術(shù)一優(yōu)選實(shí)施例的角度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是用于說(shuō)明定位結(jié)構(gòu)的本專利技術(shù)另一優(yōu)選實(shí)施本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種角度傳感器，其特征在于，包括：齒輪結(jié)構(gòu)、電渦流探頭以及處理單元；其中，所述齒輪結(jié)構(gòu)為安裝固定于轉(zhuǎn)軸的外圓周上的齒輪或者在轉(zhuǎn)軸的外圓周上加工形成齒輪，且在齒輪結(jié)構(gòu)的外圓周側(cè)上設(shè)置用于特征角度識(shí)別的定位結(jié)構(gòu)；所述電渦流探頭定位在齒輪結(jié)構(gòu)的所述外圓周側(cè)，且探頭面對(duì)所述齒輪的輪齒和齒槽；以及所述處理單元連接于電渦流探頭，用于信號(hào)處理，并輸出角度測(cè)量信號(hào)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種角度傳感器，其特征在于，包括：
齒輪結(jié)構(gòu)、電渦流探頭以及處理單元；其中，
所述齒輪結(jié)構(gòu)為安裝固定于轉(zhuǎn)軸的外圓周上的齒輪或者在轉(zhuǎn)軸的外圓周
上加工形成齒輪，且在齒輪結(jié)構(gòu)的外圓周側(cè)上設(shè)置用于特征角度識(shí)別的定位
結(jié)構(gòu)；
所述電渦流探頭定位在齒輪結(jié)構(gòu)的所述外圓周側(cè)，且探頭面對(duì)所述齒輪
的輪齒和齒槽；以及
所述處理單元連接于電渦流探頭，用于信號(hào)處理，并輸出角度測(cè)量信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的角度傳感器，其特征在于，其中，
所述定位結(jié)構(gòu)為零度定位結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的角度傳感器，其特征在于，其中，
所述定位結(jié)構(gòu)為定位槽。
4.如權(quán)利要求3所述的角度傳感器，其特征在于，其中，
所述定位槽為，設(shè)置在齒槽位置且深度比齒槽更深的定位齒槽或定位尖
角槽。
5.如權(quán)利要求1或2所述的角度傳感器，其特征在于，其中，
所述輪齒和齒槽均勻分布。
6.如權(quán)利要求1或2所述的角度傳感器，其特征在于，其中，
所述電渦流探頭的軸向中心線與所述轉(zhuǎn)軸的中心軸線垂直相交。
7.如權(quán)利要求3所述的角度傳感器，其特征在于，其中，
電渦流探頭的輸出信號(hào)為對(duì)應(yīng)于所述齒輪的所述齒槽、輪齒的一系列波
峰、波谷，及對(duì)應(yīng)于用于所述特征角度識(shí)別的所述定位槽，電渦流探頭輸出
一個(gè)高于對(duì)應(yīng)所述齒輪的齒槽的波峰的尖峰脈沖。
8.如權(quán)利要求1或2所述的角度傳感器，其特征在于，其中，
所述處理單元包括用于接收電渦流探頭的輸出信號(hào)的信號(hào)采集模塊，以
及用于對(duì)信號(hào)采集模塊輸出的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，并輸出角度測(cè)量信號(hào)的信號(hào)處
理模塊。
9.如權(quán)利要求8所述的角度傳感器，其特征在于，其中，
在進(jìn)行硬件電路封裝時(shí)，在所述處理單元封裝上設(shè)置與PC進(jìn)行通信的接
口，以在PC上存儲(chǔ)和顯示所述角度測(cè)量信號(hào)。
10.一種用如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的角度傳感器進(jìn)行角度測(cè)量的角度測(cè)
量方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：原始脈沖信號(hào)輸入步驟，接收電渦流探頭的輸出信號(hào)；
S2：判...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：耿繼青，黃偉才，殷偉豪，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：珠海格力節(jié)能環(huán)保制冷技術(shù)研究中心有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東;44