CN105737731A - 一种手持式角位移测头 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种手持式角位移测头，属于测量仪器技术领域。它包括外壳、高精度霍尔线位移传感器、单片机、显示屏、手柄，其特征在于，所述外壳呈圆弧形。所述高精度霍尔线位移传感器设有3个，三者对称安装在外壳前侧面。所述单片机安装在外壳上方。所述显示屏安装在外壳上方。所述手柄安装在外壳后侧面中心线处。本发明手持式角位移测头测量灵敏度高，具有角秒级的测量灵敏度。本发明的手持式角位移测头用于测量齿轮、蜗轮、蜗杆等回转体转角，属于非接触式测量，具有良好的性能稳定性。

Description

一种手持式角位移测头

技术领域

本发明涉及测量仪器技术领域，具体是一种手持式角位移测头。

背景技术

尽管近年来电、液传动取得长足发展，但机械传动在许多领域仍然保持不可取代的优势。而机械传动大都是采用独立的位移传感器与被测部件相联接，同步运动，同步检测。这种独立安装传感器的测量方式存在一定的局限性，以风电行业中的风力发电为例，其最末端驱动装置的大型涡轮副往往无法安装传统的传感器，因而无法直接精确地测量出蜗轮的实际转角。在精密机械测量系统中常见的角位移传感器大都离不开精密的沿空间等分刻划分度，这也就决定了这些传感器既不能做得非常小，又不能找到具有替代功能的特种材料。这类角度传感器往往精度越高，价格也越高。

末端无法安装传统的传感器使得蜗轮等末端回转件转角测量变的十分困难。在整个机械系统中,末端回转件转角精密测量一直是难以解决的技术难题和空白.由于机械系统一般工作环境恶劣,信号干扰大,自身结构紧凑,导致一般位移传感器都无法直接嵌入到产品内部进行测量,尤其是精密和超精密的测量,这就严重制约了机械系统真正和全面实现“智能化”的进度。

传统的角位移传感器如光栅、磁栅、容栅、球栅、电栅等，都是基于空间精密刻划技术，传感器的测量精度主要通过机械加工的精度来保证的，所以要想提高测量精度，就必须依靠增加栅格密度和提高栅格加工精度。这些方式的工艺都比较复杂，成本也较高。在传感器的生产过程中，容易受到现场微小粉尘、油污和水气的干扰，这就难以保证传感器的可靠性和抗干扰能力。尤其是光栅和磁栅都是依靠国外技术，受国外技术的限制，价格昂贵，交货周期长，这就迫切地需要研究新的角度传感器，进而摆脱国外的技术封锁。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种手持式角位移测头。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种手持式角位移测头，包括外壳、高精度霍尔线位移传感器、单片机、显示屏、手柄，其特征在于，所述外壳呈圆弧形。所述高精度霍尔线位移传感器设有3个，三者对称安装在外壳前侧面。所述单片机安装在外壳上方。所述显示屏安装在外壳上方。所述手柄安装在外壳后侧面中心线处。

作为优选，外壳在测量时与被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)存在偏心。

作为优选，3个高精度霍尔线位移传感器与外壳的连接方式为螺纹连接，传感器2安装在外壳中心线处，传感器1和3以中心线对称安装，3个高精度霍尔线位移传感器分别测量所处位置处测头与被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的间隙。

作为优选，单片机接收来自三个高精度传感器的线位移信号并通过测头工作原理将测量的线位移转换为被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的角位移，被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的外径为r，被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的齿高为h，测头内径为R，传感器1所测间隙为s₁，传感器2所测间隙最大值为s_2max，最小值为s_2min，传感器3所测间隙为s₃，传感器1、传感器3距离传感器2的横向距离为l，纵向距离为m，经过计算，最后得到被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的角位移θ。结构参数与传感器所测间隙s及被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的角位移θ之间的关系为：

$\begin{array}{c}\mathrm{\θ}=\frac{1}{2}\[\arcsin \left(\frac{{(R-s_1-l)}^2+{\left(\right(s_{2\max }-s_{2\min })/2-h)}^2-r^2}{2\left(\right(s_{2\max }-s_{2\min })/2-h)\sqrt{{(R-s_1-l)}^2+m^2}}\right)-\arccos \frac{m}{\sqrt{{(R-s_1-l)}^2+m^2}}\\ +\arccos \frac{m}{\sqrt{{(R-s_3-l)}^2+m^2}}-\arcsin \left(\frac{{(R-s_3-l)}^2+{\left(\right(s_{2\max }-s_{2\min })/2-h)}^2-r^2}{2\left(\right(s_{2\max }-s_{2\min })/2-h)\sqrt{{(R-s_3-l)}^2+m^2}}\right)\]\end{array}$

作为优选，显示屏由于显示单片机计算出的被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的角位移。

本发明的有益效果：

1、本发明的测量方式属于非接触式测量，操作简单、灵活，结构简单，受外界环境影响小。适用于由于采用蜗轮等末端回转件转角测量。

2、本发明手持式角位移测头测量灵敏度高，具有角秒级的测量精度。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明剖视图。

图中：1、被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)，2、高精度霍尔线位移传感器1，3、单片机，4、显示屏，5、手柄，6、高精度霍尔线位移传感器2，7、高精度霍尔线位移传感器3，8、外壳。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1和图2所示，一种手持式角位移测头，包括外壳、高精度霍尔线位移传感器、单片机、显示屏、手柄，其特征在于，所述外壳呈圆弧形。所述高精度霍尔线位移传感器设有3个，三者对称安装在外壳前侧面。所述单片机安装在外壳上方。所述显示屏安装在外壳上方。所述手柄安装在外壳后侧面中心线处。

如图1所示，外壳在测量时与被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)存在偏心。

如图1所示，3个高精度霍尔线位移传感器与外壳的连接方式为螺纹连接，传感器2安装在外壳中心线处，传感器1和3以中心线对称安装，3个高精度霍尔线位移传感器分别测量所处位置处测头与被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的间隙。

如图1所示，单片机接收来自三个高精度传感器的线位移信号并通过测头工作原理将测量的线位移转换为被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的角位移，被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的外径为r，被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的齿高为h，测头内径为R，传感器1所测间隙为s₁，传感器2所测间隙最大值为s_2max，最小值为s_2min，传感器3所测间隙为s₃，传感器1、传感器3距离传感器2的横向距离为l，纵向距离为m，经过计算，最后得到被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的角位移θ。结构参数与传感器所测间隙s及被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的角位移θ之间的关系为：

$\begin{array}{c}\mathrm{\θ}=\frac{1}{2}\[\arcsin \left(\frac{{(R-s_1-l)}^2+{\left(\right(s_{2\max }-s_{2\min })/2-h)}^2-r^2}{2\left(\right(s_{2\max }-s_{2\min })/2-h)\sqrt{{(R-s_1-l)}^2+m^2}}\right)-\arccos \frac{m}{\sqrt{{(R-s_1-l)}^2+m^2}}\\ +\arccos \frac{m}{\sqrt{{(R-s_3-l)}^2+m^2}}-\arcsin \left(\frac{{(R-s_3-l)}^2+{\left(\right(s_{2\max }-s_{2\min })/2-h)}^2-r^2}{2\left(\right(s_{2\max }-s_{2\min })/2-h)\sqrt{{(R-s_3-l)}^2+m^2}}\right)\]\end{array}$

如图1所示，显示屏由于显示单片机计算出的被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的角位移。

Claims (5)

1.一种手持式角位移测头，包括外壳、高精度霍尔线位移传感器、单片机、显示屏、手柄，其特征在于，所述外壳呈圆弧形。所述高精度霍尔线位移传感器设有3个，三者对称安装在外壳前侧面。所述单片机安装在外壳上方。所述显示屏安装在外壳上方。所述手柄安装在外壳后侧面中心线处。

2.根据权利要求1所述的手持式角位移测头，其特征在于，所述外壳在测量时与被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)存在偏心。

3.根据权利要求1所述的手持式角位移测头，其特征在于，所述3个高精度霍尔线位移传感器与外壳的连接方式为螺纹连接，传感器2安装在外壳中心线处，传感器1和3以中心线对称安装，3个高精度霍尔线位移传感器分别测量所处位置处测头与被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的间隙。

4.根据权利要求1所述的手持式角位移测头，其特征在于，所述单片机接收来自三个高精度传感器的线位移信号并通过测头工作原理将测量的线位移转换为被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的角位移，被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的外径为r，被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的齿高为h，测头内径为R，传感器1所测间隙为s₁，传感器2所测间隙最大值为s_2max，最小值为s_2min，传感器3所测间隙为s₃，传感器1、传感器3距离传感器2的横向距离为l，纵向距离为m，经过计算，最后得到被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的角位移θ。结构参数与传感器所测间隙s及被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的角位移θ之间的关系为：

$\begin{array}{c}\mathrm{\θ}=\frac{1}{2}\[\arcsin \left(\frac{{(R-s_1-l)}^2+{\left(\right(s_{2\max }-s_{2\min })/2-h)}^2-r^2}{2\left(\right(s_{2\max }-s_{2\min })/2-h)\sqrt{{(R-s_1-l)}^2+m^2}}\right)-\arccos \frac{m}{\sqrt{{(R-s_1-l)}^2+m^2}}\\ +\arccos \frac{m}{\sqrt{{(R-s_1-l)}^2+m^2}}-\arcsin \left(\frac{{(R-s_3-l)}^2+{\left(\right(s_{2\max }-s_{2\min })/2-h)}^2-r^2}{2\left(\right(s_{2\max }-s_{2\min })/2-h)\sqrt{{(R-s_1-l)}^2+m^2}}\right)\]\end{array}$

5.根据权利要求1所述的手持式角位移测头，其特征在于，所述显示屏由于显示单片机计算出的被测齿轮(蜗轮、蜗杆等)的角位移。