角度传感器及角度测量方法技术

本发明专利技术涉及角度传感器及角度测量方法，根据本发明专利技术的所述角度传感器，包括，齿轮结构、电涡流探头以及处理单元；其中，所述齿轮结构为安装固定于转轴的外圆周上的齿轮或者在转轴的外圆周上加工形成齿轮，且在齿轮结构的外圆周侧上设置用于特征角度识别的定位结构；所述电涡流探头定位在齿轮结构的所述外圆周侧，且探头面对所述齿轮的轮齿和齿槽；以及所述处理单元连接于电涡流探头，用于信号处理，并输出角度测量信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种角度传感器及角度测量方法，尤其涉及一种基于电涡流的角度传感器及角度测量方法。
技术介绍
根据传感器与待测对象是否接触，可以将目前市场上存在的测量角度的传感器分为两种，一种是接触式角度传感器，另一种是非接触式角度传感器。其中，接触式角度传感器主要依靠结构进行触发。例如，中国专利技术专利第201410074133.3号申请公开了一种角度传感器，主要包括2N个滚珠开关。通过将2N个滚珠开关顺时针依次沿圆周按照触发端在前、稳定端在后的方向安装，或者是采用顺时针依次沿圆周按照稳定端在前、触发端在后的方向安装。在进行角度测量时，利用触发所述滚珠开关，在每个滚珠开关上设定好角度，当旋转轴旋转时，触发到哪个滚珠开关就输出相对应的角度，从而得到测量结果。然而，该角度传感器测量精度低、易损坏，体积大、维护繁琐且只能测试低速旋转的角度。另一方面，非接触式角度传感器根据测量原理不同，主要包括光电式角度传感器和霍尔角度传感器。其中，光电式角度传感器利用光电效应进行测试，对使用环境要求非常苛刻，有少许粉尘、少许振动或者安装稍有偏差均会导致传感器不能正常工作，且需要光电发射与接收装置，体积大、价格昂贵。电磁式角度传感器利用霍尔元件进行测试，主要由转子和定子组成。在工作中，对定子与转子安装的同轴度要求非常高，例如，定子、转子之间的间隙一般要求小于0.5mm。并且，转轴稍有挠度即出现刮擦卡死等现象，无法适用于有挠度转轴的角度测试。中国技术专利ZL201420138818.5公开了一种基于电涡流效应的角度传感器。如图6(a)、6(b)所示，该角度传感器包括：可固定于转轴上的金属环51、第一励磁线圈组52和第二励磁线圈组53。其中，第一励磁线圈组52和第二励磁线圈组53分别与硬件电路54相连接。其中，第一励磁线圈与第二励磁线圈需通过电路板直接连接到硬件电路上，当转轴55旋转时，励磁线圈感应到金属环51产生的涡流场发生变化，然后利用硬件电路54等后端的处理设备对涡流场变化量进行计算，得出所测量的角度。然而，该技术专利所公开的角度传感器存在如下问题：第一、其需要在转轴上固定所述金属环，且金属环的形状不规则，质量分布不均匀，容易造成转轴的转动惯量不均匀，使转轴出现挠度；第二，励磁线圈与金属环的相对位置有严格限制，金属环固定到转轴上，而励磁线圈与检测线圈固定到其它结构上，当转轴运动出现挠度时，则无法完成对角度的准确测试；第三、需要在所述金属环两侧布置2个励磁线圈、2个检测线圈，体积大、安装繁琐。此外，该角度传感器在使用前需进行角度标定，工作量大。
技术实现思路
本专利技术是鉴于现有技术中存在的问题而提出的，即本专利技术提供一种基于电涡流测试原理的角度传感器，该传感器仅包括一个感应线圈，无需其他电子元器件，对环境的适应性能良好，经测试可用于高温、高压、油污等多种恶劣环境中。进一步地，在测量过程中，该传感器只要检测到轮齿和齿槽即可，无需对其安装位置进行过多的调整，从而对检测面与传感器的相对位置无严格要求。本专利技术还提供一种角度测量方法。根据本专利技术的第一方面，提供一种角度传感器，包括，齿轮结构、电涡流探头以及处理单元；其中，所述齿轮结构为安装固定于转轴的外圆周上的齿轮或者在转轴的外圆周上加工形成齿轮，且在齿轮结构的外圆周侧上设置用于特征角度识别的定位结构；所述电涡流探头定位在齿轮结构的所述外圆周侧，且探头面对所述齿轮的轮齿和齿槽；以及所述处理单元连接于电涡流探头，用于信号处理，并输出角度测量信号。优选地，所述定位结构为零度定位结构。优选地，所述定位结构为定位槽，更优选地，为设置得比所述齿轮的齿槽更深的定位齿槽或尖角槽。优选地，所述轮齿和齿槽均匀分布。优选地，所述电涡流探头的轴向中心线与所述转轴的中心轴线垂直相交。进一步优选地，电涡流探头的输出信号为对应于所述齿槽、轮齿的一系列波峰、波谷，及对应于用于所述特征角度识别的所述定位槽，电涡流探头输出一个高于对应所述齿槽的波峰的尖峰脉冲。优选地，所述处理单元包括用于接收电涡流探头的输出信号的信号采集模块，以及用于对信号采集模块输出的信号进行运算，以输出角度测量信号的信号处理模块。优选地，在进行硬件电路封装时，在所述处理单元封装上设置与PC进行通信的接口，以在PC上存储和显示所述角度测量信号。根据本专利技术的另一方面，提供一种角度测量方法，所述方法用如前所述的角度传感器进行角度测量，包括：S1：原始脉冲信号输入，处理单元接收电涡流探头的输出信号；S2：判断角度特征信号，处理单元识别对应于用于所述特征角度识别的定位结构的特征角度识别信号；S3：选取角度周期信号，处理单元选取一个或多个周期角度信号；S4：角度测量信号运算，即，对所选取的周期角度信号进行分段式处理，以获得每段的角度间隔及每段角度值，并进一步利用所述角度间隔和每段角度值获得表征角度测量结果的角度测量信号；以及S5：输出角度信号，输出在步骤S4中得到的测量角度信号。优选地，步骤S4包括：S41：分段处理角度信号，对所选取的周期角度信号，对其进行无限分割式的分段式处理，得到每段角度值；以及S42：合成各段角度信号，即利用上述每段角度值合成一周期或所有周期内的角度值，作为测量角度信号。优选地，在步骤S41中，定义由齿轮的每个齿槽和轮齿得到的峰谷点信号段为x0～xn，定义均布齿槽与轮齿两者中心线之间的角度为K，则每段信号段的角度间隔为：Δx0=Kx1-x0,Δx1=Kx2-x1,...,Δxn-1=Kxn-xn-1;]]>且每段角度值为：1)x0～x1区间角度子数组x0,x0+Δx0,x0+2Δx0,x0+3Δx0,...,x12)x1～x2区间角度子数组x1,x1+Δx1,x1+2Δx1,x1+3Δx1,...,x2…n)xn-1～xn区间角度子数组xn-1,xn-1+Δxn-1,xn-1+2Δxn-1,xn-1+3Δxn-1,...,xn。优选地，在步骤S42中，采用如下公式进行角度合成：以下结合本专利技术的具体实施方式和附图对本专利技术的具体方案进行描述，本专利技术的有益效果将进一步明确。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1是本专利技术一优选实施例的角度传感器的结构示意图。图2是用于说明定位结构的本专利技术另一优选实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种角度传感器，其特征在于，包括：齿轮结构、电涡流探头以及处理单元；其中，所述齿轮结构为安装固定于转轴的外圆周上的齿轮或者在转轴的外圆周上加工形成齿轮，且在齿轮结构的外圆周侧上设置用于特征角度识别的定位结构；所述电涡流探头定位在齿轮结构的所述外圆周侧，且探头面对所述齿轮的轮齿和齿槽；以及所述处理单元连接于电涡流探头，用于信号处理，并输出角度测量信号。

【技术特征摘要】
1.一种角度传感器，其特征在于，包括：
齿轮结构、电涡流探头以及处理单元；其中，
所述齿轮结构为安装固定于转轴的外圆周上的齿轮或者在转轴的外圆周
上加工形成齿轮，且在齿轮结构的外圆周侧上设置用于特征角度识别的定位
结构；
所述电涡流探头定位在齿轮结构的所述外圆周侧，且探头面对所述齿轮
的轮齿和齿槽；以及
所述处理单元连接于电涡流探头，用于信号处理，并输出角度测量信号。
2.如权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，其中，
所述定位结构为零度定位结构。
3.如权利要求1或2所述的角度传感器，其特征在于，其中，
所述定位结构为定位槽。
4.如权利要求3所述的角度传感器，其特征在于，其中，
所述定位槽为，设置在齿槽位置且深度比齿槽更深的定位齿槽或定位尖
角槽。
5.如权利要求1或2所述的角度传感器，其特征在于，其中，
所述轮齿和齿槽均匀分布。
6.如权利要求1或2所述的角度传感器，其特征在于，其中，
所述电涡流探头的轴向中心线与所述转轴的中心轴线垂直相交。
7.如权利要求3所述的角度传感器，其特征在于，其中，
电涡流探头的输出信号为对应于所述齿轮的所述齿槽、轮齿的一系列波
峰、波谷，及对应于用于所述特征角度识别的所述定位槽，电涡流探头输出
一个高于对应所述齿轮的齿槽的波峰的尖峰脉冲。
8.如权利要求1或2所述的角度传感器，其特征在于，其中，
所述处理单元包括用于接收电涡流探头的输出信号的信号采集模块，以
及用于对信号采集模块输出的信号进行运算，并输出角度测量信号的信号处
理模块。
9.如权利要求8所述的角度传感器，其特征在于，其中，
在进行硬件电路封装时，在所述处理单元封装上设置与PC进行通信的接
口，以在PC上存储和显示所述角度测量信号。
10.一种用如权利要求1-9任一项所述的角度传感器进行角度测量的角度测
量方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：原始脉冲信号输入步骤，接收电涡流探头的输出信号；
S2：判...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿继青，黄伟才，殷伟豪，
申请(专利权)人：珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44