CN105387885A - 转速检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转速检测装置及方法，该速度检测装置设置有数据处理单元、感应开关和感应齿轮，感应齿轮设置有旋转轮盘和多个感应轮齿，多个感应轮齿整体呈圆形间隔分布于旋转轮盘上，且多个感应轮齿的宽度沿该圆形的圆周顺序增大；感应开关在检测到不同宽度的感应轮齿时，向数据处理单元发送不同的感应信号；当感应齿轮顺时针转动时，数据处理单元根据感应信号所获得的时序图与感应齿轮逆时针转动时是不同的，由此，数据处理单元可以根据感应信号的时序图来判断感应齿轮的转动方向，进而得到转动物体的转动方向。因此，与现有技术相比，该转速检测装置还可以检测转动物体的转动方向。

Description

转速检测装置及方法

技术领域

本发明涉及速度检测技术，具体涉及一种转速检测装置及方法。

背景技术

在工程实践中，很多场合需要获取特定对象的转速，通过转速获得其它参数，比如通过检测轮胎的转速来获取汽车的行驶速度。

如图1所示，比较常见的转速检测装置通常设置有数据处理单元3、感应开关1和感应齿轮2，感应齿轮2包括旋转轮盘21和感应轮齿，感应轮齿设置于旋转轮盘21上且多个感应轮齿沿旋转轮盘21的外圆周均匀分布，感应开关1与数据处理单元3连接；应用时，旋转轮盘21与转动物体同轴连接，使旋转轮盘21可以随转动物体同步转动；感应开关1固定于适当位置，当感应轮齿转动至与感应开关1相对应的位置，感应开关1检测到感应轮齿并向数据处理单元3发送感应信号，数据处理单元3根据感应开关1反馈的感应信号的时序图，数据处理单元3根据该时序图可以计算出感应齿轮2的转速大小，进而获得转动物体的转速大小。

无疑上述的转速检测装置可以检测转动物体的转速大小，然而，利用该转速检测装置无法检测转动物体的转动方向，由此限制了该转速检测装置的使用场合。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种转速检测装置及方法，利用该转速检测装置可以检测转动物体的转速大小和转动方向。

作为第一方面，本发明提出了一种转速检测装置，设置有数据处理单元、感应开关和感应齿轮，所述感应齿轮设置有旋转轮盘和多个感应轮齿，所述多个感应轮齿整体呈圆形间隔分布于所述旋转轮盘上，且所述多个感应轮齿的宽度沿该圆形的圆周顺序增大；所述感应开关与数据处理单元连接，所述感应开关在检测到不同宽度的感应轮齿时，向数据处理单元发送不同的感应信号，所述数据处理单元根据所述感应信号获得感应齿轮的转速大小和转动方向。

在优选地技术方案中，所述多个感应轮齿分布于所述旋转轮盘的外圆周上。

在优选地技术方案中，所述多个感应轮齿的宽度沿所述旋转轮盘的外圆周呈线性增大。

在优选地技术方案中，所述感应轮齿的数量为7个，且宽度最小的感应轮齿占据旋转轮盘外圆周周长的1/56，宽度最大的感应轮齿占据旋转轮盘外圆周周长的1/8，相邻感应轮齿的起始位置之间的圆弧长度为旋转轮盘外圆周周长的1/7。

本发明提出的速度检测装置设置有数据处理单元、感应开关和感应齿轮，所述感应齿轮设置有旋转轮盘和多个感应轮齿，所述多个感应轮齿整体呈圆形间隔分布于所述旋转轮盘上，且所述多个感应轮齿的宽度沿该圆形的圆周顺序增大；所述感应开关与数据处理单元连接，所述感应开关在检测到不同宽度的感应轮齿时，向数据处理单元发送不同的感应信号，所述数据处理单元根据所述感应信号获得感应齿轮的转速大小和转动方向。鉴于感应齿轮上的感应轮齿沿圆周方向顺序增大，感应开关检测到不同宽度的感应轮齿时感应信号的强度或持续时间是不同的，因此，当感应齿轮顺时针转动时，数据处理单元根据感应信号所获得的时序图与感应齿轮逆时针转动时是不同的，由此，数据处理单元可以根据感应信号的时序图来判断感应齿轮的转动方向，进而得到转动物体的转动方向。至于转动物体的转速大小，根据时序图也可以轻而易举的得到，比如根据感应齿轮转动一周时序图上所对应的时间即可获得转速。

因此，与现有技术相比，本发明提出的转速检测装置可以同时检测转动物体的转速大小和转动方向。

作为第二方面，本发明提出了一种转速检测方法，包括以下步骤：

利用上述任一项的转速检测装置进行转速检测；

将感应齿轮与转动物体连接，并使感应齿轮与转动物体同轴转动。

在优选地技术方案中，所述多个感应轮齿的宽度依顺时针方向呈线性增大，并且，当所述感应齿轮顺时针转动一周时，所述数据处理单元根据所述感应信号获得7个周期的矩形波，相邻两个矩形波的上升沿相隔的时间为T1，所述相邻两个矩形波的下降沿相隔的时间为T2，所述数据处理单元根据T1和T2的关系判断感应齿轮的转动方向。

在优选地技术方案中，所述感应齿轮的瞬时角速度Vs＝d/(∣T1-T2∣×r)，其中，d为旋转轮盘外圆周周长的1/56，r为旋转轮盘的半径。

在优选地技术方案中，所述数据处理单元根据至少5个连续获得的瞬时速度Vs计算所述感应齿轮的平均角速度。

在优选地技术方案中，所述数据处理单元根据αn＝72d/(T1×T2×r)计算所述感应齿轮的瞬时角加速度αn。

与现有技术相比，显然，通过该转速检测方法，可以同时检测到转动物体的转速大小和转动方向，进而可以更全面地掌握转动物体的转动参数。

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为相关技术中转速检测装置的结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的转速检测装置的结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的感应齿轮的结构示意图；

图4为图2所示转速检测装置在感应齿轮沿顺时针方向旋转一周时感应信号的时序图；

图5为图2所示转速检测装置在感应齿轮沿逆时针方向旋转一周时感应信号的时序图。

附图标记说明

1—感应开关2—感应齿轮3—数据处理单元21—旋转轮盘

22—第一感应轮齿23—第二感应轮齿24—第三感应轮齿

25—第四感应轮齿26—第五感应轮齿27—第六感应轮齿

28—第七感应轮齿S1—第一上升沿S2—第二上升沿

S3—第三上升沿X1—第一下降沿X2—第二下降沿

X3—第三下降沿B1—第一矩形波B2—第二矩形波

B3—第三矩形波B4—第四矩形波B5—第五矩形波

B6—第六矩形波B7—第七矩形波

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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明具体实施例的第一方面提出了一种转速检测装置，如图2所示，该转速检测装置包括感应开关1、感应齿轮2和数据处理单元3，其中，感应齿轮2设置有旋转轮盘21和七个齿宽不等的感应轮齿，这七个感应轮齿为第一感应轮齿22、第二感应轮齿齿23、第三感应轮齿24、第四感应轮齿25、第五感应轮齿26、第六感应轮齿27和第七感应轮齿28，从第一感应轮齿22至第七感应轮齿28沿逆时针顺序分布在旋转轮盘21的外圆周，上述七个感应轮齿的具体设置方式如下：

从图3中可以看出，整个旋转轮盘21被均分为7块，每块占据的角度为A，上述七个感应轮齿分别占据其中的一个块，且所有的感应轮齿的起始位置或结束位置均位于块的同一侧，比如，当感应齿轮2顺时针旋转时，第一感应轮齿22的右边缘、第二感应轮齿齿23的上边缘、第三感应轮齿24的上边缘、第四感应轮齿25的左边缘、第五感应轮齿26的左边缘、第六感应轮齿27的下边缘和第七感应轮齿28的右边缘均为起始位置，且它们均与每个块的起始位置重合(从图3中可以看出，每个感应轮齿和块均从等分线的位置起始)；再比如，当感应齿轮2逆时针旋转时，第一感应轮齿22的右边缘、第二感应轮齿齿23的上边缘、第三感应轮齿24的上边缘、第四感应轮齿25的左边缘、第五感应轮齿26的左边缘、第六感应轮齿27的下边缘和第七感应轮齿28的右边缘均为结束位置，且它们均与每个块的结束位置重合(从图3中可以看出，每个感应轮齿和块均从等分线的位置结束)。如图3所示，从第一感应轮齿22到第七感应轮齿28这七个感应轮齿的宽度呈线性增大，且第七感应轮齿28的宽度是第一感应轮齿22的7倍；在旋转轮盘21的外圆周上，上述每个块所对应的圆弧均分为8个等份，其中第一感应轮齿22所占据的圆弧为其中的一个等份，也就是说，第一感应轮齿22占据了旋转轮盘21外圆周的1/56，第七感应轮齿28占据了旋转轮盘21外圆周的1/8。

具体应用时，将感应齿轮2与转动物体连接，使感应齿轮2随转动物体同轴转动，对应的，感应开关1设置在适当的位置使其能够检测到感应轮齿；当感应齿轮2顺时针转动时，感应开关1在检测到感应轮齿后产生感应信号，数据处理单元3根据感应信号生成时序图，如图4所示，对应于第一感应轮齿22至第七感应轮齿28这7个感应轮齿，时序图上顺序出现了7个周期不同的矩形波，即第一矩形波B1、第二矩形波B2、第三矩形波B3、第四矩形波B4、第五矩形波B5、第六矩形波B6和第七矩形波B7，这七个矩形波与第一感应轮齿22、第二感应轮齿齿23、第三感应轮齿24、第四感应轮齿25、第五感应轮齿26、第六感应轮齿27和第七感应轮齿28一一对应；当感应齿轮2逆时针旋转时，数据处理单元3生成的时序图如图5所示，其中，图5中的B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7分别与第七感应轮齿28、第六感应轮齿27、第五感应轮齿26、第四感应轮齿25、第三感应轮齿24、第二感应轮齿齿23和第一感应轮齿22一一对应。

数据处理单元3判断转动方向的具体方式是：计算相邻两个矩形波的上升沿之间的时间差并计为T1，计算相邻邻两个矩形波的下降沿之间的时间差并计为T2，根据T1和T2的关系来判断感应齿轮2的转动方向；具体地，第一矩形波B1的上升沿为第一上升沿S1，下降沿为第一下降沿X1；第二矩形波B2的上升沿为第二上升沿S2，下降沿为第二下降沿X2；第三矩形波B3的上升沿为第三上升沿S3，下降沿为第三下降沿X3；如图4所示，第一上升沿S1与第二上升沿S2之间的时间为旋转齿轮转过8个等份所需的时间，第一下降沿X1和第二下降沿X2之间的时间为旋转齿轮转过9个等份所需的时间；第二上升沿S2与第三上升沿S3之间的时间为旋转齿轮转过8个等份所需的时间，第二下降沿X2和第三下降沿X3之间的时间为旋转齿轮转过9个等份所需的时间；依次类推。。。。。；显然，感应齿轮2顺时针转动时，T1小于T2，且相差感应齿轮2转动一个等份所需的时间。当感应齿轮2逆时针转动时，如图5所示，第一上升沿S1与第二上升沿S2之间的时间为旋转齿轮转过9个等份所需的时间，第一下降沿X1和第二下降沿X2之间的时间为旋转齿轮转过8个等份所需的时间；第二上升沿S2与第三上升沿S3之间的时间为旋转齿轮转过9个等份所需的时间，第二下降沿X2和第三下降沿X3之间的时间为旋转齿轮转过8个等份所需的时间；依次类推。。。。。。显然，感应齿轮2逆时针转动时，T1大于T2，且相差感应齿轮2转动一个等份所需的时间。因此，在应用过程中，如果T1大于T2，则转动物体逆时针转动，反之，顺时针转动。

根据图4可以知道，顺时针转动时，T1时间内感应齿轮2转动了8个等份，T2时间内感应齿轮2转动了9个等份，根据图5可以知道，逆时针转动时，T1时间内感应齿轮2转动了9个等份，T2时间内感应齿轮2转动了8个等份，基于此，该转速检测装置计算转速的方式可以有以下几种：

1)当顺时针转动时，感应齿轮2的瞬时角速度Vs＝8d/(T1×r)，当逆时针转动时，感应齿轮2的瞬时角速度Vs＝9d/(T1×r)；其中，d为旋转轮盘21外圆周周长的1/56，r为旋转轮盘21的半径。

2)当顺时针转动时，感应齿轮2的瞬时角速度Vs＝9d/(T2×r)，当逆时针转动时，感应齿轮2的瞬时角速度Vs＝8d/(T2×r)；其中，d为旋转轮盘21外圆周周长的1/56，r为旋转轮盘21的半径。

3)感应齿轮2的瞬时角速度Vs＝d/(∣T1-T2∣×r)，其中，d为旋转轮盘21外圆周周长的1/56，r为旋转轮盘21的半径。

在计算感应齿轮2的平均角速度时，可以根据一个时间段内连续得到的多个瞬时角速度计算它们的算术平均值，将该算术平均值作为平均角速度，优选采用5个以上连续获得的瞬时角速度来计算平均角速度。鉴于感应齿轮2随转动物体同轴转动，通过感应齿轮2的瞬时角速度和平均角速度即可获知转动物体的瞬时角速度和平均角速度。

如果需要获得转动物体的瞬时角加速度αn，数据处理单元3可以根据公式αn＝72d/(T1×T2×r)来计算；如果需要获得平均角加速度，可以根据一个时间段内连续得到的多个瞬时角加速度计算它们的算术平均值，将该算术平均值作为平均角加速度，优选采用5个以上连续获得的瞬时角加速度来计算平均角加速度。

需要说明的是，在其它实施例中，感应轮齿可以采用其它布置方式，只要在感应齿轮2顺时针和逆时针转动过程中，产生的感应信号时序图存在不同，且数据处理单元3可以根据感应信号的时序图判断出转速大小和转动方向即可。

值得注意的是，感应轮齿的数量并不是一成不变的，比如可以在其他实施例中将旋转轮盘21均分为10个块，每个块划分为11个等份，最小宽度的感应轮齿占据一个等份所对应的旋转轮盘21的外圆周周长，最大宽度的感应轮齿占据10个等份所对应的旋转轮盘21的外圆周周长；通常而言，感应轮齿的数量越多，每个块划分的等份越多，检测精度越高。

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)

1.一种转速检测装置，其特征在于，设置有数据处理单元(3)、感应开关(1)和感应齿轮(2)，所述感应齿轮(2)设置有旋转轮盘(21)和多个感应轮齿，所述多个感应轮齿整体呈圆形间隔分布于所述旋转轮盘(21)上，且所述多个感应轮齿的宽度沿该圆形的圆周顺序增大；所述感应开关(1)与数据处理单元(3)连接，所述感应开关(1)在检测到不同宽度的感应轮齿时，向数据处理单元(3)发送不同的感应信号，所述数据处理单元(3)根据所述感应信号获得感应齿轮(2)的转速大小和转动方向。

2.根据权利要求1所述的转速检测装置，其特征在于，所述多个感应轮齿分布于所述旋转轮盘(21)的外圆周上。

3.根据权利要求2所述的转速检测装置，其特征在于，所述多个感应轮齿的宽度沿所述旋转轮盘(21)的外圆周呈线性增大。

4.根据权利要求3所述的转速检测装置，其特征在于，所述感应轮齿的数量为7个，且宽度最小的感应轮齿占据旋转轮盘(21)外圆周周长的1/56，宽度最大的感应轮齿占据旋转轮盘(21)外圆周周长的1/8，相邻感应轮齿的起始位置之间的圆弧长度为旋转轮盘(21)外圆周周长的1/7。

5.一种转速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用权利要求1至4任一项所述的转速检测装置进行转速检测；

将感应齿轮(2)与转动物体连接，并使感应齿轮(2)与转动物体同轴转动。

6.根据权利要求5所述的转速检测方法，其特征在于，利用权利要求4所述的转速检测装置进行转速检测，所述多个感应轮齿的宽度依顺时针方向呈线性增大，并且，当所述感应齿轮(2)转动一周时，所述数据处理单元(3)根据所述感应信号获得7个周期的矩形波，相邻两个矩形波的上升沿相隔的时间为T1，所述相邻两个矩形波的下降沿相隔的时间为T2，所述数据处理单元(3)根据T1和T2的关系判断感应齿轮(2)的转动方向。

7.根据权利要求6所述的转速检测方法，其特征在于，所述感应齿轮(2)的瞬时角速度Vs＝d/(∣T1-T2∣×r)，其中，d为旋转轮盘(21)外圆周周长的1/56，r为旋转轮盘(21)的半径。

8.根据权利要求7所述的转速检测方法，其特征在于，所述数据处理单元(3)根据至少5个连续获得的瞬时速度Vs计算所述感应齿轮(2)的平均角速度。

9.根据权利要求7所述的转速检测方法，其特征在于，所述数据处理单元(3)根据αn＝72d/(T1×T2×r)计算所述感应齿轮(2)的瞬时角加速度αn。

10.根据权利要求9所述的转速检测方法，其特征在于，所述数据处理单元(3)根据至少5个连续获得的瞬时角加速度αn计算所述感应齿轮(2)的平均角加速度。