一种齿轮的测速系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种齿轮的测速系统及方法，系统包括：设置在静止的待测齿轮的轮齿的上方或下方的第一光电探头及设置在齿槽上方或下方的第二光电探头，两个光电探头分别向待测齿轮发射光束后，对接收的待测齿轮漫反射光束进行光电转换生成第一交变电信号以及第二交变电信号；两个交变电信号的频率相同，相位相反；控制主机，用于根据两个交变电信号计算待测齿轮当前的啮合半周期，并计算待测齿轮的实时转速和/或实时角速度。通过实施本发明专利技术，基于红外漫反射原理得到的电信号进行齿轮测距，在对齿距较大、转速较慢的大模数齿轮的转速进行测量和控制时，能够对所测齿轮的转动做出快速的测速响应，提高测量结果准确性和反馈控制的实时性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种齿轮的测速系统及方法


[0001]本专利技术涉及速度测试
，尤其涉及一种齿轮的测速系统及方法。

技术介绍

[0002]转速测量在工程实践的各个领域都有着广泛且重要的应用。例如，在工业和农业生产中，需要监控机床主轴、输送主轴等作旋转运动部件的转速，以便对机械设备进行故障预防，从而防止零件的损坏，取得更好的效益，尤其在工业测试系统中，需要实时准确测量设备的转速或旋转角度，以确保加工质量和精度；在交通运输上，转速传感器主要用于测量汽车发动机主轴、动力输出轴、车轴等旋转部件的转速以及车辆的行驶速度；在电机马达行业，为了得到稳定转速的工作状态，通常需要对设备转速进行实时监测，并借助特定的反馈系统得到稳定的转速输出。此外，转速测量还广泛地应用于军工、冶金、石油、化工等领域。
[0003]按测量原理划分，转速传感器主要有机械转速计、磁电转速传感器、霍尔转速传感器、光电编码器等。机械转速计采用的是接触式的测量方法，其借助离心力实现齿轮转速的机械式测量，使用过程比较繁琐，人为误差较大；磁电转速传感器基于法拉第电磁感应原理，与机械测速计不同的是，其实现了齿轮转速的非接触式测量，但抗电磁干扰能力差，且输出信号的幅值取决于信号转子的转速，因此低转速下的测量性能较差；霍尔转速传感器利用霍尔效应原理研制而成，采用非接触式测量，相比于磁电转速传感器，霍尔转速传感器可以在任意慢速下进行测量，信号幅值不受转速影响，且具有较强的抗电磁干扰能力，但霍尔元件本身的灵敏度相对较低，需要保持较近的检测距离，容易与齿轮碰撞造成传感器损坏，同时霍尔元件温度稳定性较差；光电编码器利用光电效应原理实现，线性度好，测量范围大，分辨率高，但测试时需要安装在待测旋转部件主轴上，因此在实际应用中往往受到齿轮作业工况的限制。
[0004]在对大模数齿轮的转速进行实时检测和反馈控制时，需要转速传感器对所测齿轮的转动做出快速、准确且显著的响应，才能够实现及时、精确的齿轮转速测量和控制。而大模数齿轮的齿距较宽，使用一般的转速传感器在低转速下往往难以满足上述要求，比如：机械转速传感器误差较大，且难以实现反馈控制；磁电转速传感器在低转速下输出信号幅值低，信噪比差；霍尔转速传感器灵敏度较低，需要保持较近的检测距离，容易与齿轮碰撞造成损伤，同时温度稳定性较差；光电编码器测量转速时需要安装在待测部件的主轴上并与主轴同步，受齿轮作业工况限制，实际安装往往比较困难。因此，现有技术缺少合适的能够对所测齿轮的转动做出快速响应，及时测量出齿轮转速的方案。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种齿轮的测速系统及方法，能够解决现有技术中齿轮测速响应慢的问题。
[0006]本专利技术提出的技术方案如下：
[0007]本专利技术实施例第一方面提供一种齿轮的测速系统，包括：
[0008]第一光电探头，设置在静止的待测齿轮的轮齿的上方或下方，用于向待测齿轮发射光束后，对接收的待测齿轮漫反射光束进行光电转换生成第一交变电信号；
[0009]第二光电探头，设置在静止的待测齿轮的齿槽上方或下方，用于向待测齿轮发射光束后，对接收的待测齿轮漫反射光束进行光电转换生成第二交变电信号，所述第一交变电信号和所述第二交变电信号的频率相同，相位相反；
[0010]控制主机，分别和所述第一光电探头和第二光电探头连接，用于根据所述第一交变电信号和所述第二交变电信号计算待测齿轮当前的啮合半周期，并基于当前的啮合半周期计算待测齿轮的实时转速和/或实时角速度。
[0011]可选地，所述控制主机包括：
[0012]第一触发器和第二触发器，分别用于将所述第一交变电信号和所述第二交变电信号整形为第一矩形波信号和第二矩形波信号；
[0013]单片机，包括第一中断接口、第二中断接口和中断计时器，所述单片机通过所述第一中断接口和所述第二中断接口分别和所述第一触发器和所述第二触发器连接；
[0014]所述第一中断接口和所述第二中断接口，分别用于实时获取所述第一矩形波信号和第二矩形波信号产生上升沿或下降沿的中断时间；
[0015]所述中断计时器，用于计算当前相邻的两个所述中断时间的时间间隔，得到待测齿轮当前的啮合半周期。
[0016]可选地，所述控制主机还包括：
[0017]第一计算单元，用于根据当前的啮合半周期计算待测齿轮的实时转速，所述实时转速的计算公式为：
[0018][0019]和/或，第二计算单元，用于根据当前的啮合半周期计算待测齿轮的实时角速度，所述实时角速度的计算公式为：
[0020][0021]其中，n为实时转速，ω为实时角速度，N为待测齿轮的齿数，t为啮合半周期。
[0022]可选地，还包括显示屏和供电模块；
[0023]所述显示屏和所述控制主机连接，用于接收所述实时转速和/或实时角速度，进行数据更新并显示；
[0024]所述供电模块分别和所述显示屏、控制主机、第一光电探头和第二光电探头连接，用于为所述显示屏、控制主机、第一光电探头和第二光电探头供电。
[0025]可选地，所述第一光电探头和/或所述第二光电探头包括红外发射模块和探测接收模块，所述显示屏、控制主机和供电模块集成在手持终端上。
[0026]可选地，还包括安装结构，所述安装结构包括安装台、底座、滑轨、丝杆、翼形螺母和套筒，所述底座设置在所述安装台上，所述滑轨设置在所述底座上，所述丝杆穿过所述滑轨的长孔并通过所述翼形螺母固定，所述丝杆上安装有套筒，所述第一光电探头或所述第二光电探头安装在所述套筒内，以使所述第一光电探头或所述第二光电探头固定在所述待测齿轮的正上方或正下方，且所述第一光电探头或所述第二光电探头的发射光束和所述待
测齿轮的端面垂直。
[0027]本专利技术实施例第二方面提供一种齿轮的测速方法，包括：
[0028]接收第一交变电信号和第二交变电信号，所述第一交变电信号和所述第二交变电信号分别通过向待测齿轮的轮齿或齿槽发射光束，并对接收的待测齿轮漫反射光束分别进行光电转换生成，其中，当所述第一交变电信号对应的发射光束照射待测齿轮的轮齿时，所述第二交变电信号对应的发射光束照射待测齿轮的齿槽，所述第一交变电信号和所述第二交变电信号的频率相同，相位相反；
[0029]根据所述第一交变电信号和所述第二交变电信号计算待测齿轮当前的啮合半周期；
[0030]基于当前的啮合半周期计算待测齿轮的实时转速和/或实时角速度。
[0031]可选地，根据所述第一交变电信号和所述第二交变电信号计算待测齿轮当前的啮合半周期，包括：
[0032]将所述第一交变电信号和所述第二交变电信号分别整形为第一矩形波信号和第二矩形波信号；
[0033]实时获取所述第一矩形波信号和第二矩形波信号产生上升沿或下降沿的中断时间；
[0034]计算当前相邻的两个所述中断时间的时间间隔，得到待测齿轮当前的啮合半周期。
[0035]可选地，所述实时转速的计算公式为：
[0036]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种齿轮的测速系统，其特征在于，包括：第一光电探头，设置在静止的待测齿轮的轮齿的上方或下方，用于向待测齿轮发射光束后，对接收的待测齿轮漫反射光束进行光电转换生成第一交变电信号；第二光电探头，设置在静止的待测齿轮的齿槽上方或下方，用于向待测齿轮发射光束后，对接收的待测齿轮漫反射光束进行光电转换生成第二交变电信号，所述第一交变电信号和所述第二交变电信号的频率相同，相位相反；控制主机，分别和所述第一光电探头和第二光电探头连接，用于根据所述第一交变电信号和所述第二交变电信号计算待测齿轮当前的啮合半周期，并基于当前的啮合半周期计算待测齿轮的实时转速和/或实时角速度。2.根据权利要求1所述的齿轮的测速系统，其特征在于，所述控制主机包括：第一触发器和第二触发器，分别用于将所述第一交变电信号和所述第二交变电信号整形为第一矩形波信号和第二矩形波信号；单片机，包括第一中断接口、第二中断接口和中断计时器，所述单片机通过所述第一中断接口和所述第二中断接口分别和所述第一触发器和所述第二触发器连接；所述第一中断接口和所述第二中断接口，分别用于实时获取所述第一矩形波信号和第二矩形波信号产生上升沿或下降沿的中断时间；所述中断计时器，用于计算当前相邻的两个所述中断时间的时间间隔，得到待测齿轮当前的啮合半周期。3.根据权利要求1或2所述的齿轮的测速系统，其特征在于，所述控制主机还包括：第一计算单元，用于根据当前的啮合半周期计算待测齿轮的实时转速，所述实时转速的计算公式为：和/或，第二计算单元，用于根据当前的啮合半周期计算待测齿轮的实时角速度，所述实时角速度的计算公式为：其中，n为实时转速，ω为实时角速度，N为待测齿轮的齿数，t为啮合半周期。4.根据权利要求1所述的齿轮的测速系统，其特征在于，还包括显示屏和供电模块；所述显示屏和所述控制主机连接，用于接收所述实时转速和/或实时角速度，进行数据更新并显示；所述供电模块分别和所述显示屏、控制主机、第一光电探头和第二光电探头连接，用于为所述显示屏、控制主机、第一光电探头和第二光电探头供电。5.根据权利要求4所述的齿轮的测速系统，其特征在于，所述第一光电探头和/或所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王炅，徐伟东，李涛，王珏，成文凭，徐蓉，曹逸婷，严萍，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：