CN105627903B - 位移/角度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种位移/角度测量装置及方法。该位移/角度测量装置包括：传动部、第一变阻器和测量单元；传动部连接在第一变阻器与位移/旋转主体之间；第一变阻器的阻值随位移/旋转主体动作而变化；测量单元与第一变阻器的调节端连接，用于测量第一变阻器的阻值变化量，并根据阻值变化量计算位移/旋转主体的位移量/转动角度。该位移/角度测量装置成本低、精度高。

Description

位移/角度测量装置及方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种位移/角度测量装置及方法。

背景技术

在风力发电机组中，变桨系统起着实现最大功率跟踪和气动刹车的重要功能，其可靠性直接关系到风力发电机组的安全。对于叶片角度的保护，使用单一编码器容易出现编码器故障后而变桨系统检测不到、影响机组安全的隐患。所以风力发电机组中一般使用两个编码器同时对角度进行检测。一个编码器位于变桨电机尾部，作为主旋编计算叶片角度，另一个编码器位于变桨轴承内齿上，作为辅旋编检测叶片角度。当两个编码器检测到的角度差值过大时，变桨系统触发故障并收桨停机，以保护机组的安全。

目前变桨叶片角度的测量，使用的是绝对值编码器，且使用编码器的话必须使用SSI信号测量模块，因此成本很高。由于变桨轴承内齿上的编码器的传动比参数中没有减速机减速比，所以计算得出的角度值与主旋编计算的角度值相比，实际精度并不是很高，在一定程度上造成了高成本、低效益的浪费。

另外一种测量叶片角度的方式是使用两个霍尔接近开关进行角度测量，优点是结构简单，成本低，缺点是精度不高，检测最高精度约为360/140/4＝0.64度，且对叶片位置的检测具有跳变性。且接近开关故障或松动后，系统不能检测出来。

还有一种测量叶片角度的方式是使用一个光电开关进行角度测量，检测精度不高，最高精度约为360/140＝2.57度，对叶片位置的检测具有跳变性。且光电开关故障或松动后，系统不能检测出来。

还有一种测量叶片角度的方式是使用磁栅齿磁条进行角度测量，优点是测量精度高，缺点是测量范围受限(-5度～95度)，且某一处磁条故障或掉落后，系统不能检测出来。此外，叶片轴承上本身就有许多叶片安装孔，再在上面开孔安装磁条的话，会对叶片轴承的受力程度造成一定的影响。

发明内容

本发明的实施例提供一种位移/角度测量装置及方法，以解决位移/或旋转主体的位移量/角度变化量测量成本高的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例提供一种位移/角度测量装置，其包括：传动部、第一变阻器和测量单元；传动部连接在第一变阻器与位移/旋转主体之间；第一变阻器的阻值随位移/旋转主体动作而变化；测量单元与第一变阻器的调节端连接，用于测量第一变阻器的阻值变化量，并根据阻值变化量计算位移/旋转主体的位移量/转动角度。

进一步地，位移/角度测量装置还包括第二变阻器；传动部还连接在第二变阻器与位移/旋转主体之间；第二变阻器的阻值随位移/旋转主体动作而变化；测量单元还与第二变阻器的调节端连接，用于测量第二变阻器的阻值变化量，并根据阻值变化量计算位移/旋转主体的位移量/转动角度。

进一步地，测量单元包括串联有保险电阻和分压电阻的供电测量回路；第一变阻器的进线端和出线端串联接入供电测量回路中；或者/并且，第二变阻器的进线端和出线端串联接入供电测量回路中。

进一步地，测量单元还包括：故障检测模块，用于在第一变阻器的阻值变化量与第二变阻器的阻值变化量的比值不为第一预设阈值时确定供电测量回路、第一变阻器及第二变阻器的连接支路发生电气故障；或者/并且，故障诊断模块，根据第一变阻器的阻值变化量、第二变阻器的阻值变化量以及第一变阻器与第二变阻器的旋转方向判断供电测量回路、第一变阻器及第二变阻器的连接支路中的故障位置。

进一步地，第一变阻器和/或第二变阻器为无极旋转变阻器；传动部包括：旋钮齿轮、旋转齿盘和动力齿轮；旋转齿盘与位移/旋转主体啮合；动力齿轮与旋转齿盘同轴设置且与旋钮齿轮啮合；旋钮齿轮固定设置在无极旋转变阻器的旋钮上，且与位移/旋转主体之间具有预定的传动比。

进一步地，位移/旋转主体为叶片变桨轴承。

根据本发明的另一方面，提供一种位移/角度测量方法，该方法使用上述的位移/角度测量装置测量位移/旋转主体的位移量/转动角度，位移/角度测量方法包括如下步骤：检测步骤：测量位移/角度测量装置的第一变阻器的调节端上的第一时刻和第二时刻的电压值，并根据第一时刻和第二时刻的电压值差值计算第一变阻器的阻值变化量；或者/并且；计算步骤：位移/角度测量装置的第一变阻器为无极旋转变阻器，第一变阻器与位移/旋转主体之间具有预定的传动比，根据位移/角度测量装置的第一变阻器的阻值变化量计算第一变阻器的调节端的转动角度，并根据转动角度和传动比计算位移/旋转主体的位移量/转动角度。

进一步地，方法还包括：根据校准公式确定所述第一时刻到所述第二时刻所述位移/旋转主体的转动角度B，校准公式为： 其中，M为所述第一时刻的第一变阻器的调节端的当前电压值；N为所述第二时刻的第一变阻器的调节端的当前电压值；B为所述位移/旋转主体从所述第一时刻到所述第二时刻的转动角度；V1为所述第一变阻器的进线端与出线端之间的电压差值；A为所述位移/旋转主体与所述传动部的旋钮齿轮之间的传动比；V0为所述第一变阻器的进线端处的电压值。

根据本发明的另一方面，提供一种位移/角度测量方法，该方法使用上述的位移/角度测量装置测量位移/旋转主体的位移量/转动角度，位移/角度测量装置的第一变阻器和第二变阻器为无极旋转变阻器，位移/角度测量方法还包括如下步骤：故障检测步骤：检测第一变阻器的调节端的电压值和第二变阻器的调节端的电压值，并判断两个电压值的差值是否为第二预设阈值，若不为第二预设阈值，则确定位移/角度测量装置的供电测量回路、第一变阻器及第二变阻器的连接支路中发生电气故障。

进一步地，方法在故障检测步骤之后还包括：故障诊断步骤：若第一变阻器的调节端的电压值和第二变阻器的调节端的电压值的差值大于第二预设阈值且第一变阻器和第二变阻器的调节片的转动方向为正向，则第一变阻器和所述第二变阻器中出线端的电压值较低的变阻器故障；若差值小于第二预设阈值且第一变阻器和第二变阻器的转动方向为正向，则第一变阻器和所述第二变阻器中出线端电压较高的变阻器故障；断路检测步骤：若测量单元检测第一变阻器的调节端的电压值为测量单元的量程，则第一变阻器的调节端与电源的低电位之间断路；若测量单元检测第一变阻器的调节端的电压值为0，且第二变阻器的调节端的电压值为测量单元的量程，则第一变阻器的调节端与第二变阻器的调节端之间断路；若测量单元检测第一变阻器的调节端的电压值为0，且第二变阻器的调节端的电压值为0，则第二变阻器的调节端与电源的高电位之间断路；或者/并且，短路检测步骤：测量单元测量第一变阻器的调节端上的电压值和第二变阻器的调节端上的电压值，且测量单元的检测量程大于第一变阻器和第二变阻器中任一个上加载的最大电压值，若测量单元检测第一变阻器的调节端的电压值为0，且第二变阻器的调节端的电压值大于0，则第一变阻器的调节端与电源的低电位之间短路；若测量单元检测第一变阻器的调节端及第二变阻器的调节端的电压值相等且大于0，则第二变阻器的调节端与第一变阻器的调节端之间短路；若测量单元检测第一变阻器的调节端的电压值大于0，且第二变阻器的调节端的电压值为测量单元的量程，则第二变阻器的调节端与电源的高电位之间短路。

本发明的实施例的位移/角度测量装置利用变阻器进行实时、连续地位移/角度测量，提高测量准确度和精度，同时由于变阻器成本低，测量简单方便，因而可以降低位移/角度测量装置的成本，且更便于维护。

附图说明

图1为本发明的实施例的位移/角度测量装置的结构框图；

图2为本发明的实施例的位移/角度测量装置的结构示意图；

图3为本发明的实施例的位移/角度测量装置的测量单元、第一变阻器和第二变阻器的结构示意图。

附图标记说明：

1、传动部；11、旋钮齿轮；12、动力齿轮；13、旋转齿盘；2、第一变阻器；24、第一调节片；3、测量单元；311、保险电阻；312、分压电阻；32、主控制器；4、叶片变桨轴承；5、第二变阻器；54、第二调节片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例的位移/角度测量装置及方法进行详细描述。

在本实施例中，位移/角度测量装置及方法可用于对风力发电机组的叶片的角度进行测量。当然，其也可以用于其他需要测量旋转件的角度或位移件的位移量的使用环境中。如：测量齿条的移动量、测量丝杠带动的部件的移动量等。

以下各实施例以位移/旋转主体为叶片变桨轴承进行解释说明，可以理解的是，依据上述解释，本发明中的位移/旋转主体并不限于叶片变桨轴承。本发明中的“位移/角度测量装置”理解为位移测量装置或角度测量装置，“位移/旋转主体”可理解为测量位移主体或旋转主体，“位移量/转动角度”可理解为位移量或转动角度，位移测量装置与位移主体及位移量对应，角度测量装置与旋转主体及转动角度对应。

如图1所示，根据本发明的实施例，位移/角度测量装置包括传动部1、第一变阻器2和测量单元3。传动部1连接在第一变阻器2与位移/旋转主体(本实施例中为叶片变桨轴承4)之间，并将位移/旋转主体运动的机械能传递至第一变阻器2，以使得第一变阻器2的阻值按位移/旋转主体的位移量/转动角度变化，测量单元3与第一变阻器2的调节端连接，以测量第一变阻器2的阻值变化量，并根据阻值变化量计算位移/旋转主体的位移量或转动角度。

通过在位移/旋转主体与第一变阻器2之间设置传动部1，使检测位移/旋转主体的位移量/转动角度转化为检测第一变阻器2的阻值变化量，再利用测量单元3根据第一变阻器2的阻值变化量计算位移/旋转主体的位移量或转动角度。应用在对叶片的变桨角度测量中时，计算出叶片变桨轴承4的转动角度即可得出叶片的变桨角度。由于第一变阻器2的阻值是连续变化的，因而该位移/角度测量装置可以实时地、连续地测量位移/旋转主体的位移量或转动角度(也即叶片变桨轴承4的转动角度)，实现无级测量，测量精度更高。

如图2和图3所示，在本实施例中，叶片变桨轴承4具有内齿。第一变阻器2为无极旋转变阻器。其具有进线端、出线端、调节端、旋钮和第一调节片24等。其中，第一调节片24上固定设置有旋钮，调节端与第一调节片24连接。

传动部1包括旋钮齿轮11以及同轴设置的旋转齿盘13和动力齿轮12。其中，旋转齿盘13与叶片变桨轴承4的内齿啮合(其可以对应不同的位移/旋转主体采用不同的结构，例如，若位移/旋转主体为滑块，则可以将旋转齿盘13替换为齿条和齿轮的组合，齿条固定在滑块上与其一起运动，齿轮与齿条啮合实现位移到角度的转换)。旋钮齿轮11固定设置在无极旋转变阻器的旋钮上，用于驱动第一变阻器2的第一调节片24转动。动力齿轮12与旋钮齿轮11啮合。当叶片变桨时，叶片变桨轴承4转动并驱动与之啮合的旋转齿盘13转动，与旋转齿盘13同轴的动力齿轮12随之转动，并使旋钮齿轮11转动，带动第一变阻器2的第一调节片24转动，第一变阻器2的进线端与调节端之间的阻值改变，进而可以获取其阻值变化量。无极旋转变阻器的调节片可以进行360度无限制的转动。

优选地，为了提高位移/角度测量装置的可靠性，位移/角度测量装置还包括一个第二变阻器5，该第二变阻器5可以单独测量叶片角度，也可以将第一变阻器2和第二变阻器5结合判断两个变阻器是否发生故障。

该第二变阻器5与第一变阻器2的结构及功能基本一致，其也通过传动部1与叶片变桨轴承4连接，第二变阻器5的阻值也按叶片变桨轴承4的转动角度等比例变化，测量单元3也与第二变阻器5的调节端连接，并测量第二变阻器5的阻值，并根据阻值变化量计算叶片变桨轴承4的转动角度。

在本实施例中，第二变阻器5也为无极旋转变阻器。其旋钮上也连接有一个旋钮齿轮11，第一变阻器2和第二变阻器5上的旋钮齿轮11均与动力齿轮12啮合，因此第一变阻器2的第一调节片24和第二变阻器5的第二调节片54同步旋转。

具体地，在本实施例中，动力齿轮12、两个旋钮齿轮11安装在一个齿轮盒中。连接在动力齿轮12上的传动轴从齿轮盒伸出，并通过支撑轴承被支撑。旋转齿盘13连接在传动轴上。

需要说明的是，第一变阻器2和第二变阻器5可为相同的电阻，两个旋钮齿轮11的齿数和模数等均一致，当然，在其他实施例中，可以选用阻值不同的变阻器。

叶片变桨轴承4与旋钮齿轮11之间具有传动比。若叶片变桨轴承4的齿数为n4，旋转齿盘13的齿数为n13，动力齿轮12的齿数为n12，旋钮齿轮11的齿数为n11。则由此可得知，第一变阻器2和第二变阻器5每转动1度，则对应的叶片变桨轴承4的转动角度即为传动比。因此，在计算叶片变桨轴承4的转动角度时只需得到第一变阻器2和第二变阻器5的转动角度即可。

在本实施例中，通过分压法测量计算得出第一变阻器2和第二变阻器5的转动角度。

具体地，测量单元3包括供电测量回路和主控制器32。

其中，供电测量回路用于为第一变阻器2和第二变阻器5施加电压，主控制器32用于测量第一变阻器2的第一调节片24和第二变阻器5的第二调节片54上的电压值，并根据该电压值计算得出第一变阻器2和第二变阻器5的阻值变化量。

第一变阻器2的进线端与低电位(电压为0V的电位)连接，第一变阻器2的出线端通过导线与第二变阻器5的进线端连接，第二变阻器5的出线端与高电位(在本实施例中电压为24V的电位，其他实施例中可以根据需要选定为任何值)连接。

优选地，如图3所示，为了保证位移/角度测量装置的安全性，测量单元3还包括保险电阻311和分压电阻312。保险电阻311串联在低电位与第一变阻器2的进线端之间，用于保护整个供电测量回路。分压电阻312串联在第二变阻器5和高电位之间，用于分压。

主控制器32与第一变阻器2的调节端连接形成第一测量通道，以测量其上电压值，主控制器32与第二变阻器5的调节端连接形成第二测量通道，以测量其上的电压值，并根据该电压值计算出第一变阻器2和第二变阻器5的阻值。

为了提高可靠性，主控制器32上还集成有故障检测模块和故障诊断模块。

其中，故障检测模块用于在第一变阻器2的阻值变化量与第二变阻器5的阻值变化量的比值不为第一预设阈值判断时确定供电测量回路、第一变阻器2及第二变阻器5的连接支路发生电气故障。

故障诊断模块与故障检测模块连接，用于在故障检测模块判断发生故障后，根据第一变阻器2的阻值变化量和第二变阻器5的阻值变化量以及第一变阻器2与第二变阻器5的旋转方向判断供电测量回路、第一变阻器2及第二变阻器5的连接支路中的故障位置。

根据本发明的另一方面，提供一种位移/角度测量方法，该方法使用上述的位移/角度测量装置测量叶片的变桨角度，位移/角度测量方法包括如下步骤：

检测步骤：测量位移/角度测量装置的第一变阻器2的调节端上的第一时刻和第二时刻的电压值，并根据第一时刻和第二时刻的电压值差值计算第一变阻器2的阻值变化量；或者/并且；

计算步骤：第一变阻器2为无极旋转变阻器，第一变阻器2与位移/旋转主体之间具有传动比，根据位移/角度测量装置的第一变阻器2的阻值变化量计算第一变阻器2的调节端的转动角度，并根据转动角度和传动比计算位移/旋转主体的位移量/转动角度。具体地，主控制器32测量第一变阻器2的调节端(和/或第二变阻器5的调节端)上的第一时刻和第二时刻的电压值，并根据第一时刻和第二时刻的电压值计算第一变阻器2(和/或第二变阻器5)的阻值变化量。在本实施例中，主控制器32同时检测第一变阻器2和第二变阻器5。

根据欧姆定律，在供电检测回路中，电压与电阻成正比，阻值变化，电压就会变化。当两个旋钮齿轮11带动第一变阻器2的第一调节片24和第二变阻器5的第二调节片54转动时，第一测量通道和第二测量通道上的电压会分别发生变化，主控制器32检测此电压值，就能计算得出第一变阻器2和第二变阻器5的阻值变化量，进而得出第一调节片24和第二调节片54转过的第一角度值。

得出第一调节片24和第二调节片54转过的第一角度值后，根据转动角度和传动比就可以计算叶片变桨轴承4的转动角度。

根据本发明的另一方面，提供一种位移/角度测量方法，该方法使用上述的位移/角度测量装置测量叶片的变桨角度。优选地，为了提高工作的可靠性，在本实施例中，第一变阻器2和第二变阻器5的阻值相等，分压电阻312的阻值是第一变阻器2和第二变阻器5的阻值的3.33倍。保险电阻311上无压降。由于供电检测回路的电压为24V，因此，在第一变阻器2的两端的电压差为4.5V，第二变阻器5的两端的电压差也为4.5V，第二变阻器5的出线端的电压为9V。

若第一调节片24从电阻为0的点开始转动，设第一调节片24上的电压为V24，其转过的角度为x1，其转动一周对应的角度为360度，则第一测量通道计算角度的公式为：对应的叶片变桨轴承4转动角度(也即叶片转动角度)为(-1)*x1*A；负号表示经过齿轮换向后，无极旋转变阻器的旋转方向与叶片转动方向相反，A表示无极旋转变阻器与叶片变桨轴承4之间的传动比。

同理，设第二调节片54上的电压为V54，转过的角度为x2，其旋转一周对应的角度为360度，则第二测量通道计算角度的公式为：对应的叶片变桨轴承4转动角度(也即叶片转动角度)为(-1)*x2*A；负号表示经过齿轮换向后，无极旋转变阻器的旋转方向与叶片转动方向相反。

优选地，由于位移/角度测量装置使用了两个变阻器，因而其可以进行冗余测量和纠错。位移/角度测量方法还包括故障检测步骤：检测第一变阻器2的调节端的电压值和第二变阻器5的调节端的电压值，并判断两个电压值的差值是否为第二预设阈值，若不为第二预设阈值，则确定位移/角度测量装置的供电测量回路、第一变阻器2及第二变阻器5的连接支路中发生电气故障。。

其原理是：第一变阻器2和第二变阻器5的阻值相等，且第一变阻器2的第一调节片24和第二变阻器5的第二调节片54的初始位置相同，转动速度也相同，所以第一测量通道和第二测量通道的电压的差值是固定的，如4.5V左右。如果此电压差值发生异常，可判断是其中一个无极旋转变阻器发生机械故障。

需要说明的是，该故障检测步骤的原理依然是判断第一变阻器2和第二变阻器5的阻值变化量的比值是否固定，只不过在本实施例中，采用测量电压的方式得到第一变阻器2和第二变阻器5的阻值变化量，因此可以将第一变阻器2和第二变阻器5的阻值变化量转换为第一变阻器2和第二变阻器5的调节端上的电压值。

在判断是否有故障之后，位移/角度测量方法还包括故障诊断步骤：计算第一变阻器2的调节端的电压值和第二变阻器5的调节端的电压值的差值，将差值与第二预设阈值(如上述的电压差值，即4.5V)比较，若差值大于第二预设阈值且第一变阻器2和第二变阻器5的调节片的转动方向为正向(即阻值逐渐增大的方向)，则靠近电源的低电位的变阻器(即出线端的电压值较低的第一变阻器2)故障，则可将第二测量通道测到的角度值作为叶片实际角度值。

若差值小于第二预设阈值且第一变阻器2和第二变阻器5的转动方向为正向，则靠近电源的高电位的变阻器(即出线端的电压较高的第二变阻器5)故障，则可将第一测量通道测到的角度值作为叶片实际角度值。通常在风力发电机组中，两个变阻器之间的电压差值变化的原因是其中一个变阻器停止转动，因此在知道差值变化和转动方向的情况下可以判断出故障变阻器的位置。

优选地，该位移/角度测量方法还包括断路检测步骤，该断路检测步骤可以检测断路位置，帮助工作人员快速排除故障，提高工作和检修效率。具体地，测量单元3的检测量程(主控制器32的检测量程，本实施例中为10V)大于第一变阻器2和第二变阻中的最大电压值(如9V)。

若测量单元3检测第一变阻器2的调节端的电压值为测量单元3的量程，则第一变阻器2的调节端与电源的低电位之间断路；

若测量单元3检测第一变阻器2的调节端的电压值为0，测量单元3检测第二变阻器5的调节端的电压值为测量单元3的量程，则第一变阻器2的调节端与第二变阻器5的调节端之间断路；

若测量单元3检测第一变阻器2的调节端的电压值为0，测量单元3检测第二变阻器5的调节端的电压值为0，则第二变阻器5的调节端与电源的高电位之间断路。

同理，该位移/角度测量方法还包括短路检测步骤，其可以帮助工作人员快速定位短路位置。具体地，测量单元3的检测量程大于第一变阻器2和第二变阻器5中的最大电压值。

若测量单元3检测第一变阻器2的调节端的电压值为0，测量单元3检测第二变阻器5的调节端的电压值大于0，则第一变阻器2的调节端与低电位之间短路；

若测量单元3检测第一变阻器2的调节端的电压值大于0，测量单元3检测第二变阻器5的调节端的电压值大于0，且两个调节端上的电压值相等，则第二变阻器5的调节端与第一变阻器2的调节端之间短路；

若测量单元3检测第一变阻器2的调节端的电压值大于0，测量单元3检测第二变阻器5的调节端的电压值为测量单元3的量程，则第二变阻器5的调节端与电源的高电位之间短路。

需要说明的是，第二预设阈值和第一预设阈值具有对应关系，其具体对应关系由供电测量回路的结构、第一变阻器2和第二变阻器5决定。

利用该位移/角度测量装置可以对任意叶片位置进行校准，校准后，主控制器32记录此时的电压值，之后角度变化后，都以此电压值为参考点，计算转过的相对角度。相应地，位移/角度测量方法包括校准步骤：

根据校准公式确定第一时刻到第二时刻叶片变桨轴承4的转动角度B，校准公式为：

其中，

M为第一时刻的各变阻器的调节端的当前电压值；

N为第二时刻的各变阻器的调节端的当前电压值；

B为第一时刻到第二时刻叶片变桨轴承4的转动角度；

V1为各变阻器的进线端与出线端之间的电压差值；

A为叶片变桨轴承4与变阻器的旋钮齿轮11之间的传动比；

V0为各变阻器的进线端处的电压值。

根据该校准公式可以知道第一时刻和第二时刻的电压变化值，进而确定变阻器的阻值变化量，以确定变阻器的转动角度，从而确定叶片第二时刻相对第一时刻的转动的角度值。叶片第二时刻相对第一时刻转动的方向可以很容易地确定，例如根据电压的增大或减小即可判断。

也就是说，若变阻器正向转动，则第一测量通道的校准公式为：第一时刻的第一变阻器2的调节端的电压值＝第二时刻的第一变阻器2的调节端的电压值+(-1*校验角度/4.5*传动比A/360)。

第二测量通道的校准公式为：第一时刻的第二变阻器5的调节端的电压值＝第二时刻的第二变阻器5的调节端的电压值+(-1*校验角度/4.5*传动比A/360)+4.5。

位移/角度测量装置精度很高。如果主控制器32的模拟量采集的分辨率为13位，供电电源为24V，则其能采集的最小电压值为此电压值对应的电阻比例为0.0029/4.5＝0.000644，再换算成无极旋转变阻器的角度为0.000644*360＝0.232度，再按传动比计算得出对应的叶片角度为0.232*(n13*n11)/(n4*n12)，设n4取常用值153，n13取常用值10，n11和n12取相同值20，计算结果为0.015，即本发明测量叶片角度的精度为0.015度。

在本实施例中，位移/角度测量装置的传动比约为15.3:1，即叶片角度转动一周，无极旋转变阻器会转动15.3周，所以需要在主控制器32中，进行满周处理，累计角度为当时角度计算值加上(360*整圈数)。

a)主控制器32检测到第一测量通道电压值达到4.5V随后变为0V，或第二测量通道电压值达到9V随后变为4.5V，则认为无极旋转变阻器正向转动了一周，转过的整圈数加1。

b)主控制器32检测到第一测量通道电压值达到0V随后变为4.5V，或第二测量通道电压值达到4.5V随后变为9V，则认为无极旋转变阻器反向转动了一周，转过的整圈数减1。

本发明的位移/角度测量装置和方法具有如下效果：

由于使用了无极旋转变阻器，且旋转范围不受限制，使得位移/角度测量装置成本低，精度高，便于维护。

由于使用了两个无极旋转变阻器，具有检错功能及冗余功能。在一个无极旋转变阻器发生机械故障后，也可以测量叶片角度，提高了变桨系统的运行性能。

可以实现任意位置的角度校准功能，即可在任意位置将叶片角度校验为任意角度值，然后依此为基准值，计算叶片转过的角度值。

测量装置的转速较低，损耗小，齿轮齿数较少，模数和齿轮直径都比较好选择。

测量装置中添加了保险电阻，可以保证系统24V电源的安全。

可以进行系统断路和短路检测功能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种位移/角度测量装置，其特征在于，包括：传动部(1)、第一变阻器(2)、第二变阻器(5)和测量单元(3)；所述传动部(1)连接在所述第一变阻器(2)与位移/旋转主体之间，并且连接在所述第二变阻器(5)与所述位移/旋转主体之间；

所述第一变阻器(2)的阻值和所述第二变阻器(5)的阻值同步地随所述位移/旋转主体动作而变化；

所述测量单元(3)分别与所述第一变阻器(2)的调节端以及所述第二变阻器(5)的调节端连接，用于测量所述第一变阻器(2)的调节端的电压值和所述第二变阻器(5)的调节端的电压值，所述第一变阻器(2)的第一阻值变化量和第二变阻器(5)的第二阻值变化量，并根据所述第一阻值变化量或者所述第二阻值变化量计算所述位移/旋转主体的位移量/转动角度，

所述第一变阻器(2)的进线端和出线端串联接入供电测量回路中，并且所述第二变阻器(5)的进线端和出线端串联接入所述供电测量回路中，

所述测量单元(3)包括故障检测模块，用于在所述第一变阻器(2)的阻值变化量与所述第二变阻器(5)的阻值变化量的比值不为第一预设阈值时，且第一变阻器(2)的调节端的电压值和所述第二变阻器(5)的调节端的电压值的差值不为第二预设阈值时，确定所述供电测量回路、所述第一变阻器(2)及所述第二变阻器(5)的连接支路发生电气故障，

所述测量单元(3)还包括故障诊断模块，所述故障诊断模块在所述第一变阻器(2)的调节端的电压值和所述第二变阻器(5)的调节端的电压值的差值大于所述第二预设阈值且所述第一变阻器(2)和所述第二变阻器(5)的调节片的转动方向为正向时，确定所述第一变阻器(2)和所述第二变阻器(5)中出线端的电压值较低的变阻器故障；在所述差值小于所述第二预设阈值且所述第一变阻器(2)和所述第二变阻器(5)的转动方向为正向时，确定所述第一变阻器(2)和所述第二变阻器(5)中出线端电压较高的变阻器故障。

2.根据权利要求1所述的位移/角度测量装置，其特征在于，所述测量单元(3)包括串联有保险电阻(311)和分压电阻(312)的供电测量回路。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的位移/角度测量装置，其特征在于，所述第一变阻器(2)和/或所述第二变阻器(5)为无极旋转变阻器；所述传动部(1)包括：旋钮齿轮(11)、旋转齿盘(13)和动力齿轮(12)；所述旋转齿盘(13)与所述位移/旋转主体啮合；所述动力齿轮(12)与所述旋转齿盘(13)同轴设置且与所述旋钮齿轮(11)啮合；所述旋钮齿轮(11)固定设置在所述无极旋转变阻器的旋钮上，且与所述位移/旋转主体之间具有预定的传动比。

4.根据权利要求1所述的位移/角度测量装置，其特征在于，所述位移/旋转主体为叶片变桨轴承(4)，所述测量单元通过计算出叶片变桨轴承(4)的转动角度得出叶片的变桨角度。

5.一种位移/角度测量方法，其特征在于，该方法使用权利要求1至4中任一项所述的位移/角度测量装置测量所述位移/旋转主体的位移量/转动角度，所述位移/角度测量方法包括如下步骤：

检测步骤：测量所述位移/角度测量装置的第一变阻器(2)的调节端上的第一时刻和第二时刻的电压值，并根据第一时刻和第二时刻的电压值差值计算所述第一变阻器(2)的阻值变化量；

计算步骤：所述位移/角度测量装置的第一变阻器(2)为无极旋转变阻器，所述第一变阻器(2)与位移/旋转主体之间具有预定的传动比，根据所述位移/角度测量装置的第一变阻器(2)的阻值变化量计算所述第一变阻器(2)的调节端的转动角度，并根据所述转动角度和所述传动比计算所述位移/旋转主体的位移量/转动角度。

6.根据权利要求5所述的位移/角度测量方法，其特征在于，所述第一变阻器(2)和/或所述第二变阻器(5)为无极旋转变阻器；所述传动部(1)包括：旋钮齿轮(11)、旋转齿盘(13)和动力齿轮(12)；所述旋转齿盘(13)与所述位移/旋转主体啮合；所述动力齿轮(12)与所述旋转齿盘(13)同轴设置且与所述旋钮齿轮(11)啮合；所述旋钮齿轮(11)固定设置在所述无极旋转变阻器的旋钮上，且与所述位移/旋转主体之间具有预定的传动比，所述方法还包括校准步骤：根据校准公式确定所述第一时刻到所述第二时刻所述位移/旋转主体的转动角度B，校准公式为：

其中，

M为所述第一时刻的第一变阻器的调节端的当前电压值；

N为所述第二时刻的第一变阻器的调节端的当前电压值；

B为所述位移/旋转主体从所述第一时刻到所述第二时刻的转动角度；

V1为所述第一变阻器的进线端与出线端之间的电压差值；

A为所述位移/旋转主体与所述传动部(1)的旋钮齿轮(11)之间的传动比；

V0为所述第一变阻器的进线端处的电压值。

7.一种位移/角度测量方法，其特征在于，该方法使用权利要求2至4中任一项所述的位移/角度测量装置测量所述位移/旋转主体的位移量/转动角度，所述位移/角度测量装置的第一变阻器(2)和第二变阻器(5)为无极旋转变阻器，所述位移/角度测量方法还包括如下步骤：

故障检测步骤：检测所述第一变阻器(2)的调节端的电压值和所述第二变阻器(5)的调节端的电压值，并判断两个电压值的差值是否为第二预设阈值，若不为所述第二预设阈值，则确定所述位移/角度测量装置的供电测量回路、第一变阻器(2)及第二变阻器(5)的连接支路中发生电气故障。

8.根据权利要求7所述的位移/角度测量方法，其特征在于，所述方法在故障检测步骤之后还包括：

故障诊断步骤：若所述第一变阻器(2)的调节端的电压值和所述第二变阻器(5)的调节端的电压值的差值大于所述第二预设阈值且所述第一变阻器(2)和所述第二变阻器(5)的调节片的转动方向为正向，则所述第一变阻器(2)和所述第二变阻器(5)中出线端的电压值较低的变阻器故障；若所述差值小于所述第二预设阈值且所述第一变阻器(2)和所述第二变阻器(5)的转动方向为正向，则所述第一变阻器(2)和所述第二变阻器(5)中出线端电压较高的变阻器故障；

断路检测步骤：若所述测量单元(3)检测所述第一变阻器(2)的调节端的电压值为所述测量单元(3)的量程，则所述第一变阻器(2)的调节端与电源的低电位之间断路；若所述测量单元(3)检测所述第一变阻器(2)的调节端的电压值为0，且所述第二变阻器(5)的调节端的电压值为所述测量单元(3)的量程，则所述第一变阻器(2)的调节端与所述第二变阻器(5)的调节端之间断路；若所述测量单元(3)检测所述第一变阻器(2)的调节端的电压值为0，且所述第二变阻器(5)的调节端的电压值为0，则所述第二变阻器(5)的调节端与电源的高电位之间断路；或者/并且，

短路检测步骤：所述测量单元(3)用于测量所述第一变阻器(2)的调节端上的电压值和所述第二变阻器(5)的调节端上的电压值，且所述测量单元(3)的检测量程大于所述第一变阻器(2)和所述第二变阻器(5)中任一个上加载的最大电压值，若所述测量单元(3)检测所述第一变阻器(2)的调节端的电压值为0，且所述第二变阻器(5)的调节端的电压值大于0，则所述第一变阻器(2)的调节端与电源的低电位之间短路；若所述测量单元(3)检测所述第一变阻器(2)的调节端及所述第二变阻器(5)的调节端的电压值相等且大于0，则所述第二变阻器(5)的调节端与所述第一变阻器(2)的调节端之间短路；若所述测量单元(3)检测所述第一变阻器(2)的调节端的电压值大于0，且所述第二变阻器(5)的调节端的电压值为测量单元(3)的量程，则所述第二变阻器(5)的调节端与所述电源的高电位之间短路。