CN103438795A - 长度检测装置、长度检测方法及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长度检测装置、长度检测方法及工程机械，包括壳体、测长线、绕线总成、永磁元件、霍尔器件、计数单元和信号处理单元；绕线总成设置于壳体上；永磁元件与绕线总成的转轴连接；霍尔器件用于根据磁场信息实时获取永磁元件每次旋转动作所旋转的角度α_n；计数单元用于记录永磁元件每次旋转动作所旋转的圈数N_n；信号处理单元用于根据每次旋转动作所旋转的角度α_n和圈数N_n获得当前状态下的总圈数N和最终角度α，并根据总圈数N和最终角度α计算绕线总成在当前状态下所输出的测长线的长度L。与现有技术相比，该长度检测装置的准确度更高，使用寿命更长。

Description

长度检测装置、长度检测方法及工程机械

技术领域

本发明涉及工程检测技术，具体涉及一种长度检测装置及检测方法；另外，本发明还涉及一种具有上述长度检测装置的工程机械。

背景技术

目前，在工程实践中，经常需要获取某些特定对象的长度信息，比如，起重机、正面吊和高空作业车等工程机械在作业过程中，需要实时获取伸缩臂的长度，以获知这些工程机械当前所处的状态。为测量伸缩臂的长度，有人提出一种长度检测装置，该长度检测装置具体包括测长线、绕线总成、电位器和电位器齿轮，电位器齿轮套设于电位器的主轴上。该长度检测装置的工作原理是：当测长线拉出或收回时，绕线总成转动，然后带动电位器齿轮转动，进而带动电位器的电刷沿其主轴滑动，从而根据电位器阻值计算得到长度信号。

虽然该长度检测装置能够检测长度信息，但是它在长期使用过程中，电位器因磨损或腐蚀易于出现电阻丝断开问题（即电刷和主轴接触不良、电阻丝失效），进而造成对应电压值跳变，即长度信号跳变，最终影响长度检测装置的准确度和使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种长度检测装置，与现有技术相比，该长度检测装置的使用寿命更长，检测结果更准确。

一方面，本发明提供了一种长度检测装置，包括壳体、测长线及绕线总成，所述绕线总成设置于壳体上，还包括：

永磁元件，与所述绕线总成的转轴连接，用于产生磁场信息；

霍尔器件，与所述永磁元件相对设置，用于根据所述磁场信息实时获取所述永磁元件每次旋转动作所旋转的角度α_n，且所述角度α_n不超过360度；

计数单元，与所述霍尔器件电连接，用于记录所述永磁元件每次旋转动作所旋转的圈数N_n；

信号处理单元，用于根据每次旋转动作所旋转的角度α_n和圈数N_n获得当前状态下的总圈数N和最终角度α，并根据总圈数N和最终角度α计算所述绕线总成在当前状态下所输出的测长线的长度L。

优选地，所述霍尔器件可以在永磁元件旋转动作过程中实时获取角度α_n，所述信号处理单元可以根据实时获取的角度α_n判断永磁元件当次旋转动作的旋转方向。

优选地，当所述永磁元件正转的角度α_n达到360度时，所述计数单元将所述圈数N_n增加；当所述永磁元件反转的角度α_n达到360度时，所述计数单元将所述圈数N_n减去。

优选地，当所述永磁元件正转时，所述信号处理单元加上当次旋转动作所旋转的圈数N_n和角度α_n；当所述永磁元件反转时，所述信号处理单元减去当次旋转动作所旋转的圈数N_n和角度α_n。

优选地，所述信号处理单元设置于电路板上，所述电路板固定设置于所述壳体内。

优选地，所述信号处理单元根据公式L=（N+α/360）×Lc获得长度L，其中，Lc为永磁元件旋转一周时绕线总成输出的测长线的长度。

本发明提出的长度检测装置通过设置永磁元件、霍尔器件及信号处理单元，并将永磁元件与绕线总成的转轴连接，使得绕线总成的转动情况可以根据永磁元件的磁场信息获知。与现有技术相比，该长度检测装置在获取绕线总成的旋转情况时，通过永磁元件的磁场信息来传递绕线总成的旋转信息，不需要依赖永磁元件与霍尔器件之间的物理接触，所以，它不存在因磨损或腐蚀导致长度信号跳变的问题。因此，该长度检测装置的准确度更高，使用寿命更长。

另一方面，本发明还提出一种工程机械，包括上述任一项所述的长度检测装置。

优选地，所述工程机械包括多节伸缩臂，所述长度检测装置的测长线与所述多节伸缩臂的末端连接。

优选地，所述工程机械为起重机。

利用上述长度检测装置进行长度检测，使本发明提出的工程机械能够更准确地获取到工程机械所需的参数信息，进而操作人员可以根据这些参数信息准确的操作该工程机械。

又一方面，本发明还提出一种长度检测方法，包括以下步骤：

永磁元件产生磁场信息，所述磁场信息反映绕线总成的旋转信息；

霍尔器件根据所述磁场信息实时获取所述绕线总成每次旋转动作所旋转的圈数N_n和角度α_n，其中，所述角度α_n不超过360度；

根据每次旋转动作所旋转的角度α_n和圈数N_n获得当前状态下的总圈数N和最终角度α，并根据总圈数N和最终角度α计算所述绕线总成在当前状态下所输出的测长线的长度L。

通过永磁元件和霍尔器件，上述长度检测方法可以在非物理接触的情况下获取绕线总成的旋转情况，进而实现检测长度的功能，并且避免了通过物理接触来检测长度所存在的弊端。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例提供的长度检测装置的结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的长度检测装置的部分结构的框图；

图3为信号处理单元及计数单元在电路板上的设置示意图；

图4为本发明具体实施例提供的长度检测装置的工作流程图。

附图说明：

1—霍尔器件    2—永磁元件      3—电路板    4—壳体    5—转轴

6—绕线总成    7—信号处理单元  8—测长线    9—计数单元

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图1至3对本发明的具体实施例进行详细说明。

为方便表述，本文中采用的参数定义如下：

N—当前状态下（永磁元件当次旋转后）的总圈数；

α—当前状态下的最终角度；

N'—永磁元件上一次旋转动作后的总圈数；

α'—永磁元件上一次旋转动作后的最终角度

N_n—永磁元件每次旋转动作所旋转的圈数；

α_n—永磁元件每次旋转动作所旋转的角度；

L—当前状态下测长线的长度L；

Lc—永磁元件旋转一周时绕线总成输出的测长线的长度。

如图1和图2所示，本发明具体实施例提出一种长度检测装置，包括霍尔器件1、永磁元件2、电路板3、壳体4、绕线总成6、信号处理单元7、测长线8、和计数单元9；绕线总成6设置于壳体4上；永磁元件2与绕线总成6的转轴5连接，用于产生磁场信息；霍尔器件1与永磁元件2相对设置，用于根据磁场信息实时获取永磁元件2每次旋转动作所旋转的角度α_n，且角度α_n不超过360度；计数单元9与霍尔器件1电连接，用于记录永磁元件2每次旋转动作所旋转的圈数N_n；信号处理单元7用于根据每次旋转动作所旋转的角度α_n和圈数N_n获得当前状态下的总圈数N和最终角度α，并根据总圈数N和最终角度α计算绕线总成6在当前状态下所输出的测长线8的长度L；在具体设置时，如图3所示，可将信号处理单元7和计数单元9设置于电路板3上，电路板3固定设置于壳体4内，这样可方便长度检测装置的安装和运输。

具体应用时，为方便计算可设置初始状态作为最终角度α和总圈数N计算的基准，比如：可以将绕线总成6输出的测长线8的长度为零时，永磁元件2所处的位置为起始位置，此时总圈数N和最终角度α均为零，那么总圈数N和最终角度α就是指永磁元件2在起始位置基础上所转过的圈数和角度，这里最终角度α介于0到360度。

根据霍尔效应：当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的作用力，从而在导体的两端产生电势差，该电势差称为霍尔电压。本发明具体实施例提出的长度检测装置通过设置永磁元件2、霍尔器件1、计数单元及信号处理单元7，并将永磁元件2与绕线总成6的转轴5连接，当永磁元件2转动时，其产生的磁场信息也会发生变化，进而引起霍尔电压发生变化，霍尔器件1根据磁场信息产生霍尔电压，并根据霍尔电压的变化情况获得永磁元件2的旋转情况，从而获得绕线总成6的转动信息，而绕线总成每转一周时输出的测长线的长度是可以预先获知的。这里以多节伸缩臂为例说明该长度检测装置的工作原理，首先，将测长线8与多节伸缩臂的末端连接，当多节伸缩臂伸出时，测长线8拉动绕线总成6转动，进而带动永磁元件2旋转，永磁元件2产生的磁场随之发生变化，霍尔器件1根据永磁元件2产生的磁场信息的变化规律获得角度α_n，且霍尔器件1可以在0到360度之间周而复始的获取角度α_n；当α_n达到360度意味着永磁元件转动了一圈，计数单元根据α_n的变化规律可获知永磁元件1当次旋转动作所旋转的圈数N_n，最后，信号处理单元7根据历次旋转动作所旋转的角度α_n和圈数N_n获得当前状态下的总圈数N和最终角度α，并根据总圈数N和最终角度α获得长度L。与现有技术相比，该长度检测装置在获取绕线总成6的旋转情况时，通过永磁元件1的磁场信息来传递绕线总成的旋转信息，不需要依赖永磁元件与霍尔器件之间的物理接触，所以，它不存在因磨损或腐蚀导致长度信号跳变的问题。因此，该长度检测装置的准确度更高，使用寿命更长。另外，通过永磁元件2、霍尔器件1、计数单元9和信号处理单元7的配合可准确地、自动地对测长线8的输出长度进行检测。

为方便永磁元件2多次旋转动作后的总圈数N和最终角度α的计算，在具体应用时，可使霍尔器件1实时检测永磁元件2旋转的角度α_n，信号处理单元7可以根据实时获取的角度α_n判断永磁元件2当次旋转动作的旋转方向；当永磁元件2正转的角度α_n达到360度时，计数单元9将所述圈数N_n增加1；当永磁元件2反转的角度α_n达到360度时，所述计数单元9将所述圈数N_n减去1；并且，在计算总圈数N和最终角度α时，当永磁元件2反转，总圈数N和最终角度α在之前的基础（上一次旋转动作后的总圈数N'和最终角度α'）上减去当次旋转动作所对应的N_n和α_n，即N=N'-N_n，α=α'-α_n；当永磁元件2正转，总圈数N和最终角度α在之前的基础（上一次旋转动作后的总圈数N'和最终角度α'）上加上当次旋转动作所对应的N_n和α_n，即N=N'+N_n，α=α'+α_n；需要说明的是，上述计算过程中，圈数和角度的关系为：当α≥360度时，α=α-360，N=N+1，当α<0度时，α=α+360，N=N-1。例如：1）反转时：N'=6,α'=90，N_n=3，α_n=120，当前状态下，N=2，α=330度；2）正转时，N'=6,α'=90，N_n=1，α_n=270，当前状态下，N=8，α=0度。

在具体设置时，信号处理单元7可以根据公式L=（N+α/360）×Lc获得长度L，其中，Lc为永磁元件2旋转一周时绕线总成6输出的测长线8的长度。

如图4所示，该长度检测装置的作业流程为：

S0：永磁元件2开始转动；

S1：霍尔器件1实时获取角度α_n；

S2：判断永磁元件的旋转方向，具体可以根据α_n从小至大还是从大至小来确定，当正转时，进入S3，当反转时，进入S5；

正转时：

S3:根据α_n变化规律计算圈数N_n；

S4：根据N=N'+N_n获得总圈数，根据α=α'+α_n获得最终角度；

S7：根据L=（N+α/360）×Lc获得长度L；

S8：结束。

反转时：

S5：根据α_n变化规律计算圈数N_n；

S6：根据N=N'-N_n获得总圈数，根据α=α'-α_n获得最终角度；

S7：根据L=（N+α/360）×Lc获得长度L；

S8：结束。

本发明具体实施例还提出一种工程机械，包括上述的长度检测装置。利用上述长度检测装置进行长度检测，使本发明提出的工程机械能够更准确地获取到工程机械所需的参数信息，进而操作人员可以根据这些参数信息准确的操作该工程机械。

上述的工程机械可以包括多节伸缩臂，长度检测装置的测长线8与多节伸缩臂的末端连接。具体地，该工程机械可以为起重机、正面吊或高空作业车。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种长度检测装置，包括壳体（4）、测长线（8）及绕线总成（6），所述绕线总成（6）设置于壳体（4）上，其特征在于，还包括：

永磁元件（2），与所述绕线总成（6）的转轴（5）连接，用于产生磁场信息；

霍尔器件（1），与所述永磁元件（2）相对设置，用于根据所述磁场信息实时获取所述永磁元件（2）每次旋转动作所旋转的角度αn，且所述角度αn不超过360度；

计数单元（9），与所述霍尔器件（1）电连接，用于记录所述永磁元件（2）每次旋转动作所旋转的圈数Nn；

信号处理单元（7），用于根据每次旋转动作所旋转的角度α_n和圈数N_n获得当前状态下的总圈数N和最终角度α，并根据总圈数N和最终角度α计算所述绕线总成（6）在当前状态下所输出的测长线（8）的长度L。

2.根据权利要求1所述的长度检测装置，其特征在于，所述霍尔器件（1）在永磁元件（2）旋转动作过程中实时获取角度α_n，所述信号处理单元（7）根据实时获取的角度α_n判断永磁元件（2）当次旋转动作的旋转方向。

3.根据权利要求2所述的长度检测装置，其特征在于，当所述永磁元件（2）正转的角度α_n达到360度时，所述计数单元（9）将所述圈数N_n增加1；当所述永磁元件（2）反转的角度α_n达到360度时，所述计数单元（9）将所述圈数N_n减去1。

4.根据权利要求3所述的长度检测装置，其特征在于，当所述永磁元件（2）正转时，所述信号处理单元（7）加上当次旋转动作所旋转的圈数N_n和角度α_n；当所述永磁元件（2）反转时，所述信号处理单元减去当次旋转动作所旋转的圈数N_n和角度α_n。

5.根据权利要求1所述的长度检测装置，其特征在于，所述信号处理单元（7）设置于电路板（3）上，所述电路板（3）固定设置于所述壳体（4）内。

6.根据权利要求1至5任一项所述的长度检测装置，其特征在于，所述信号处理单元（7）根据公式L=（N+α/360）×Lc获得长度L，其中，Lc为永磁元件（2）旋转一周时绕线总成（6）输出的测长线（8）的长度。

7.一种工程机械，其特征在于，设置有权利要求1至6任一项所述的长度检测装置。

8.根据权利要求7所述的工程机械，其特征在于，包括多节伸缩臂，所述长度检测装置的测长线（8）与所述多节伸缩臂的末端连接。

9.根据权利要求8所述的工程机械，其特征在于，所述工程机械为起重机。

10.一种长度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

永磁元件（2）产生磁场信息，所述磁场信息反映绕线总成（6）的旋转信息；

霍尔器件（1）根据所述磁场信息实时获取所述绕线总成（6）每次旋转动作所旋转的圈数N_n和角度α_n，其中，所述角度α_n不超过360度；

根据每次旋转动作所旋转的角度α_n和圈数N_n获得当前状态下的总圈数N和最终角度α，并根据总圈数N和最终角度α计算所述绕线总成（6）在当前状态下所输出的测长线的长度L。

Images