CN102645158A - 转速传感器与信号轮配合进行信号轮旋转角度测量的方法 - Google Patents

转速传感器与信号轮配合进行信号轮旋转角度测量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种转速传感器与信号轮配合进行信号轮旋转角度测量的方法，在齿数为z的信号轮圆周上间隔设置序号为1到n的n个转速传感器，n为大于1的整数，所述信号轮轮齿的周期
Figure DDA0000158028970000011
每个周期包括2n个旋转角度区间；当信号轮轮齿的齿顶从转速传感器下经过时，转速传感器输出高电平，当轮齿的齿底从转速传感器下经过时，转速传感器输出低电平，通过n个转速传感器在单个周期T的每个旋转角度区间内输出的不同信号可判断信号轮旋转的角度。本发明在信号轮圆周上设置多个转速传感器，并按照特定角度设置传感器，从而在不提高转速传感器和信号轮系统整体安装尺寸的情况下，有效地提高了旋转角度的测量精度。

Description

转速传感器与信号轮配合进行信号轮旋转角度测量的方法
技术领域
本发明涉及一种提高旋转角度测量精度的方法，具体属于一种转速传感器与信号轮配合使用进行信号轮旋转角度测量的方法。
背景技术
转速传感器(可为霍尔式转速传感器或其它原理的与信号轮配合使用的转速传感器，下文或简称传感器)与信号轮配合使用可以用来测量信号轮的旋转角度，如图1所示为目前常用的单个传感器与信号轮配合的测量示意图，当信号轮轮齿的齿顶从传感器下经过时，传感器输出高电平；当齿底从传感器下经过时，传感器输出低电平。控制系统通过传感器读取和计算信号轮转过的轮齿齿顶和齿底的数目，实现旋转角度的测量。图1所示系统的测量精度为
Figure BDA0000158028950000011
式中T为信号轮轮齿的周期，z为信号轮齿数。
此时，传统的提高测量精度的主要方法是提高信号轮的齿数。由于单齿弧长过小会造成传感器读齿时发生丢齿，所以提高信号轮齿数带来的直接后果就是信号轮的直径变大，这样导致整体安装尺寸的变大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种转速传感器与信号轮配合进行信号轮旋转角度测量的方法，在不增大转速传感器和信号轮整体安装尺寸的前提下，有效提高旋转角度的测量精度。
为解决上述技术问题，本发明提供的转速传感器与信号轮配合进行信号轮旋转角度测量的方法的技术方案是：
在齿数为z的信号轮圆周上间隔设置序号为1到n的n个转速传感器，n为大于1的整数，所述信号轮轮齿的周期
Figure BDA0000158028950000021
每个周期包括2n个旋转角度区间；
当信号轮轮齿的齿顶从转速传感器下经过时，转速传感器输出高电平，当轮齿的齿底从转速传感器下经过时，转速传感器输出低电平，通过n个转速传感器在单个周期T的每个旋转角度区间内输出的不同信号可判断信号轮旋转的角度；
其中，转速传感器的设置方法如下：
1)当n为大于1的奇数时，采用周期均布法设置，第i个转速传感器与第i-1个转速传感器之间的间隔角度
Figure BDA0000158028950000022
且所有间隔角度之和小于360°，i为正整数且1＜i≤n，j为大于等于0的整数；
2)当n为大于1的整数时，可采用半周期均布法设置，第i个转速传感器与第i-1个转速传感器之间的间隔角度
Figure BDA0000158028950000023
且所有间隔角度之和小于360°，i为正整数且1＜i≤n，j为大于等于0的整数。
其中，转速传感器为霍尔式转速传感器，或者其它原理的与信号轮配合使用的转速传感器。
在上述方法中，所述信号轮旋转角度测量精度pm的计算公式为
Figure BDA0000158028950000024
本发明在信号轮圆周上设置多个转速传感器，并按照特定角度设置传感器，从而在不提高转速传感器和信号轮系统整体安装尺寸的情况下，有效地提高了旋转角度的测量精度。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有的单个转速传感器与信号轮配合测量旋转角度的示意图；
图2a是本发明第一实施例采用半周期均布法的示意图；
图2b是图2a中转速传感器输出信号示意图；
图3a是本发明第一实施例采用周期均布法的示意图；
图3b是图3a中转速传感器输出信号示意图；
图4a是本发明第二实施例采用半周期均布法的示意图；
图4b是图4a中转速传感器输出信号示意图；
图5a是本发明第二实施例采用周期均布法的示意图；
图5b是图5a中转速传感器输出信号示意图；
图6a是本发明第三实施例采用半周期均布法的示意图；
图6b是图6a中转速传感器输出信号示意图
图7a是本发明第三实施例采用周期均布法的示意图；
图7b是图7a中转速传感器输出信号示意图。
具体实施方式
本发明提供的转速传感器与信号轮配合进行信号轮旋转角度测量的方法是：在齿数为z的信号轮圆周上间隔设置序号为1到n的n个转速传感器，n为大于1的整数，信号轮轮齿的周期
Figure BDA0000158028950000041
每个周期包括2n个旋转角度区间；当信号轮轮齿的齿顶从转速传感器下经过时，转速传感器输出高电平，当轮齿的齿底从转速传感器下经过时，转速传感器输出低电平，通过n个转速传感器在单个周期T的每个旋转角度区间内输出的不同信号可判断信号轮旋转的角度；
其中，转速传感器的设置方法如下：
1)当n为大于1的奇数时，采用周期均布法设置，第i个转速传感器与第i-1个转速传感器之间的间隔角度
Figure BDA0000158028950000042
且所有间隔角度之和小于360°，i为正整数且1＜i≤n，j为大于等于0的整数；
2)当n为大于1的整数时，可采用半周期均布法设置，第i个转速传感器与第i-1个转速传感器之间的间隔角度
Figure BDA0000158028950000043
且所有间隔角度之和小于360°，i为正整数且1＜i≤n，j为大于等于0的整数。
其中，转速传感器可为霍尔式转速传感器或其它类型的转速传感器。
在上述方法中，所述信号轮旋转角度测量精度pm的计算公式为
Figure BDA0000158028950000044
本发明第一实施例以3个转速传感器和一个齿数为12的信号轮为例，信号轮的周期
Figure BDA0000158028950000045
若采用单传感器，信号轮旋转角度的测量精度为
Figure BDA0000158028950000046
而此实施例可将信号轮旋转角度的测量精度提高至
Figure BDA0000158028950000047
如图2a所示，3个转速传感器采用半周期均布法设置，转速传感器间夹角
Figure BDA0000158028950000051
其中j为大于等于0的整数，本例取65°。信号轮按图示方向顺时针转动，当信号轮轮齿的齿顶从转速传感器下经过时，转速传感器输出高电平，当轮齿的齿底从转速传感器下经过时，转速传感器输出低电平，如图2b所示，3个转速传感器在一个周期内输出信号如表1所示。
表1采用半周期均布法时3个传感器和12齿信号轮系统的输出信号
Figure BDA0000158028950000052
注：表中1表示高电平，0表示低电平。
如图3a所示，3个转速传感器采用周期均布法设置，转速传感器间夹角
Figure BDA0000158028950000053
其中j为大于等于0的整数，本例取40°。3个转速传感器在一个周期内输出信号如图3b和表2所示。
表2采用周期均布法时3个传感器和12齿信号轮系统的输出信号
Figure BDA0000158028950000054
Figure BDA0000158028950000061
注：表中1表示高电平，0表示低电平。
由表1和表2可知，无论3个转速传感器采用半周期均布法还是周期均布法，单周期内每个5°区间，3个传感器的信号都不尽相同，控制系统通过比对可以将测量精度提高到5°。
本发明第二实施例以5个转速传感器和一个齿数为8的信号轮为例，信号轮的周期
Figure BDA0000158028950000062
若采用单传感器，信号轮旋转角度的测量精度为而此实施例可将信号轮旋转角度的测量精度提高至
Figure BDA0000158028950000064
如图4a所示，5个转速传感器采用半周期均布法设置，转速传感器间夹角
Figure BDA0000158028950000065
其中j为大于等于0的整数，本例取49.5°和94.5°。信号轮按图示方向逆时针转动，当信号轮轮齿的齿顶从转速传感器下经过时，转速传感器输出高电平，当轮齿的齿底从转速传感器下经过时，转速传感器输出低电平，如图4b所示，5个转速传感器在一个周期内输出信号如表3所示。
表3采用半周期均布法时5个传感器和8齿信号轮系统的输出信号
Figure BDA0000158028950000071
注：表中1表示高电平，0表示低电平。
如图5a所示，5个转速传感器采用周期均布法设置，转速传感器间夹角
Figure BDA0000158028950000072
其中j为大于等于0的整数，本例取54°。5个转速传感器在一个周期内输出信号如图5b和表4所示。
表4采用周期均布法时5个传感器和8齿信号轮系统的输出信号
Figure BDA0000158028950000073
Figure BDA0000158028950000081
注：表中1表示高电平，0表示低电平。
由表3和表4可知，无论5个转速传感器采用半周期均布法还是周期均布法，单周期内每个4.5°区间，5个传感器的信号都不尽相同，控制系统通过比对可以将测量精度提高到4.5°。
本发明第三实施例以2个转速传感器和一个齿数为9的信号轮为例，信号轮的周期若采用单传感器，信号轮旋转角度的测量精度为
Figure BDA0000158028950000083
而此实施例可将信号轮旋转角度的测量精度提高至
Figure BDA0000158028950000084
此时转速传感器的数量n为偶数，只能采用半周期均布法。本实施例也将尝试使用周期均布法，以说明不适用周期均布法的原因。
如图6a所示，2个转速传感器采用半周期均布法设置，转速传感器间夹角
Figure BDA0000158028950000085
其中j为大于等于0的整数，本例取50°。信号轮按图示方向顺时针转动，当信号轮轮齿的齿顶从转速传感器下经过时，转速传感器输出高电平，当轮齿的齿底从转速传感器下经过时，转速传感器输出低电平，如图6b所示，2个转速传感器在一个周期内输出信号如表5所示。
表5采用半周期均布法时2个传感器和9齿信号轮系统的输出信号
Figure BDA0000158028950000091
注：表中1表示高电平，0表示低电平。
如图7a所示，2个转速传感器采用周期均布法设置，转速传感器间夹角
Figure BDA0000158028950000092
其中j为大于等于0的整数，本例取60°。2个转速传感器在一个周期内输出信号如图7b和表6所示。
表6采用周期均布法时2个传感器和9齿信号轮系统的输出信号
Figure BDA0000158028950000093
注：表中1表示高电平，0表示低电平。
由表5可知，2个转速传感器采用半周期均布法时，单周期内每个10°区间，2个传感器的信号都不尽相同，控制系统通过比对可以将测量精度提高到10°。
由表6可知，2个转速传感器采用周期均布法时，单周期内每个20°区间，2个传感器的信号才不尽相同，控制系统通过比对可以将测量精度提高到20°，并没有提高到预期的10°。此时传感器2的信号正好与传感器1相反，所以传感器2并没有帮助提高测量精度，只是传感器1的重复信号。由此可以类推，当转速传感器n为正偶数并采用周期均布法时，转速传感器
Figure BDA0000158028950000101
(
Figure BDA0000158028950000102
且k为整数)与转速传感器k的信号正好相反，其是转速传感器k的重复信号，不能帮助提高测量精度。因此，在这n(n为正偶数)个转速传感器中有个转速传感器对提高测量精度而言是不起作用的。若将不起作用的
Figure BDA0000158028950000104
个转速传感器去掉，可以发现n(n为正偶数)个转速传感器采用周期均布法的效果实际等同于
Figure BDA0000158028950000105
个转速传感器采用半周期均布法的效果。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，该实施例仅仅是本发明的较佳实施例，其并非对本发明进行限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员对测量方法等做出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。

Claims (3)

1.一种转速传感器与信号轮配合进行信号轮旋转角度测量的方法，其特征在于，
在齿数为z的信号轮圆周上间隔设置序号为1到n的n个转速传感器，n为大于1的整数，所述信号轮轮齿的周期
Figure FDA0000158028940000011
每个周期包括2n个旋转角度区间；
当信号轮轮齿的齿顶从转速传感器下经过时，转速传感器输出高电平，当轮齿的齿底从转速传感器下经过时，转速传感器输出低电平，通过n个转速传感器在单个周期T的每个旋转角度区间内输出的不同信号可判断信号轮旋转的角度；
其中，转速传感器的设置方法如下：
1)当n为大于1的奇数时，采用周期均布法设置，第i个转速传感器与第i-1个转速传感器之间的间隔角度
Figure FDA0000158028940000012
且所有间隔角度之和小于360°，i为正整数且1＜i≤n，j为大于等于0的整数；
2)当n为大于1的整数时，可采用半周期均布法设置，第i个转速传感器与第i-1个转速传感器之间的间隔角度
Figure FDA0000158028940000013
且所有间隔角度之和小于360°，i为正整数且1＜i≤n，j为大于等于0的整数。
2.根据权利要求1所述的转速传感器与信号轮配合进行信号轮旋转角度测量的方法，其特征在于，所述转速传感器为霍尔式转速传感器。
3.根据权利要求1所述的转速传感器与信号轮配合进行信号轮旋转角度测量的方法，其特征在于，所述信号轮旋转角度测量精度pm的计算公式为
Figure FDA0000158028940000021
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