CN106643818A - 多角度位置指示传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及角度传感器技术领域，尤其是涉及一种多角度位置指示传感器，包括法兰端盖、中间壳体、转轴、旋转变压器和控制端板；法兰端盖和控制端板分别安装在中间壳体的两端；旋转变压器包括旋变器转子和旋转器定子；旋变器定子固定在中间壳体的内壁上，旋变器定子固定在转轴上，转轴设置在中间壳体的内腔中，且转轴的一端伸出法兰端盖；旋变器转子和旋转器定子分别与控制端板电连接。本发明实现了任意角度位置的到位指示，且输出多个角度位置的到位指示时，位置调整便捷、耗费时间短，在有明显震动、冲击、灰尘等恶劣环境以及空间要求严格的场合，该多角度位置指示传感器具有较强的抗震能力、抗冲击能力，抗灰尘能力。

Description

多角度位置指示传感器

技术领域

本发明涉及角度传感器技术领域，尤其是涉及一种多角度位置指示传感器。

背景技术

现有技术中，要在旋转机构自由旋转一周的过程中输出多个角度位置的到位信号，只需要在旋转机构的圆周轨迹上的对应角度的位置布置接近传感器即可，但是这种设置方式会产生有很多弊端，一方面，接近传感器的位置一旦固定就不再方便进行调整，另一方面，当需要输出多个角度位置的到位指示的时候，接近传感器的数量的增加也会耗费大量的位置调整时间以及引线数量的增多和混乱，特别是对于有明显震动、冲击、灰尘等恶劣环境以及空间要求严格的场合，这种设置方式适应能力差，其抗震能力、抗冲击能力，抗灰尘能力将大大降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多角度位置指示传感器，以解决现有技术中存在的在旋转机构的圆周轨迹上的对应角度的位置布置接近传感器以输出对应角度的到位指示的方式中，接近传感器的位置固定不方便调整，接近传感器的数量的增加会耗费大量的位置调整时间以及引线数量的增多和混乱，在有明显震动、冲击、灰尘等恶劣环境以及空间要求严格的场合中适应能力差的技术问题。

本发明提供了一种多角度位置指示传感器，包括法兰端盖、中间壳体、转轴、旋转变压器和控制端板；所述法兰端盖和所述控制端板分别安装在所述中间壳体的两端；所述旋转变压器包括旋变器转子和旋转器定子；所述旋变器定子固定在所述中间壳体的内壁上，所述旋变器定子固定在所述转轴上，所述转轴设置在所述中间壳体的内腔中，且所述转轴的一端伸出所述法兰端盖；所述旋变器转子和所述旋转器定子分别与所述控制端板电连接。

进一步地，所述控制端板包括指示面板和电路板；所述电路板设置在所述中间壳体与所述指示面板之间；所述旋变器转子和所述旋转器定子分别与所述电路板电连接。

进一步地，所述旋变器转子设置有一个初级绕组，所述旋变器定子设置有两个空间正交耦合的次级绕组。

进一步地，所述转轴上设置有上端轴承和下端轴承，所述上端轴承的外圈固定在所述法兰端盖上，所述下端轴承的外圈固定在所述中间壳体上。

进一步地，所述上端轴承和所述下端轴承均为滚珠轴承。

进一步地，所述转轴上还套设有套筒，所述套筒位于所述上端轴承和所述旋变器转子之间。

进一步地，还包括插座，所述插座安装在所述中间壳体上，且所述插座与所述电路板电连接。

进一步地，所述指示面板上设置有操作按键和到位指示灯，所述操作按键和所述到位指示灯分别与所述电路板电连接。

进一步地，所述电路板上集成有微控制器和旋变数字转换器。

进一步地，所述电路板上还可以集成有无线发射接收器。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的多角度位置指示传感器包括法兰端盖、中间壳体、转轴、旋转变压器和控制端板；法兰端盖和控制端板分别安装在中间壳体的两端；旋转变压器包括旋变器转子和旋转器定子；旋变器定子固定在中间壳体的内壁上，旋变器定子固定在转轴上，转轴设置在中间壳体的内腔中，且转轴的一端伸出法兰端盖；旋变器转子和旋转器定子分别与控制端板电连接。通过控制端板给旋变器转子的线圈绕组以正弦激励电压后，控制端板解析旋变器定子的线圈绕组的感应电压后，获得角度位置并输出到位指示信号，另外，用户可以自定义设定多个角度位置；本发明提供的多角度位置指示传感器具有小型化、简洁化、适应能力强的特点，实现了任意角度位置的到位指示，且输出多个角度位置的到位指示时，位置调整便捷、耗费时间短，在有明显震动、冲击、灰尘等恶劣环境以及空间要求严格的场合，该多角度位置指示传感器具有较强的抗震能力、抗冲击能力，抗灰尘能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的多角度位置指示传感器的爆炸图；

图2为本发明实施例提供的多角度位置指示传感器的主视图；

图3为图2中沿A-A线的剖视图；

图4为本发明实施例中旋转变压器的工作原理示意图。

附图标记：

101-法兰端盖；102-中间壳体；103-转轴；104-旋变器转子；

105-旋变器定子；106-平键；107-指示面板；108-电路板；

109-上端轴承；110-下端轴承；111-套筒；112-插座；113-镙钉。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参见图1至图4所示，本发明实施例提供了一种多角度位置指示传感器，包括法兰端盖101、中间壳体102、转轴103、旋转变压器和控制端板；法兰端盖101和控制端板分别安装在中间壳体102的两端，具体而言，中间壳体102具有内腔，法兰端盖101和控制端板分别设置于中间壳体102的内腔的两个开口处，并通过螺钉113固定；旋转变压器包括旋变器转子104和旋转器定子，旋转器定子与旋变器转子104相配合；旋变器定子105固定在中间壳体102的内壁上，旋变器定子105固定在转轴103上，转轴103设置在中间壳体102的内腔中，且转轴103的一端伸出法兰端盖101，也就是说，旋变器转子104和旋转器定子均设置于中间壳体102的内腔中；旋变器转子104和旋转器定子分别与控制端板电连接；转轴103的伸出法兰端盖101的一端开设有键槽，键槽中安装有平键106，这样便于转轴103与旋转机构固定连接。

本发明实施例提供的多角度位置指示传感器通过控制端板给旋变器转子104的线圈绕组以正弦激励电压后，控制端板解析旋变器定子105的线圈绕组的感应电压后，获得角度位置并输出到位指示信号，另外，用户可以自定义设定多个角度位置；本发明提供的多角度位置指示传感器具有小型化、简洁化、适应能力强的特点，实现了任意角度位置的到位指示，且输出多个角度位置的到位指示时，位置调整便捷、耗费时间短，在有明显震动、冲击、灰尘等恶劣环境以及空间要求严格的场合，该多角度位置指示传感器具有较强的抗震能力、抗冲击能力，抗灰尘能力。

参见图3所示，本实施例中，控制端板包括指示面板107和电路板108；电路板108设置在中间壳体102与指示面板107之间，这样便于保护电路板108，以防受到损坏；旋变器转子104和旋转器定子分别与电路板108电连接。

本实施例中，旋变器转子104设置有一个初级绕组，旋变器定子105设置有两个空间正交耦合的次级绕组。

参见图1所示，本实施例中，转轴103上设置有上端轴承109和下端轴承110，上端轴承109的外圈固定在法兰端盖101上，下端轴承110的外圈固定在中间壳体102上。具体而言，上端轴承109与下端轴承110相配合，以使保证转轴103绕自身轴线旋转过程中的稳定性，避免转轴103旋转过程中发生径向的晃动；上端轴承109和下端轴承110均为滚珠轴承。优选地，滚动轴承为深沟球轴承。深沟球轴承具有摩擦系数小，极限转速高、结构简单和制造成本低的特点，这样可以降低多角度位置指示传感器的制造成本。

参见图3所示，本实施例中，转轴103上还套设有套筒111，套筒111位于上端轴承109和旋变器转子104之间，套筒111固定在中轴承端盖上。通过设置套筒111可以进一步减小转轴103的径向晃动。

参见图1所示，本实施例中，多角度位置指示传感器还包括插座112，插座112安装在中间壳体102上，且插座112与电路板108电连接。通过插座112实现通电和串口通信。优选地，插座112为圆形连接器，这样实现了电气接口的标准化、保证了电气连接的可靠性以及更好的提高了多角度位置指示传感器整体的封装性。

本实施例中，指示面板107上设置有操作按键和到位指示灯，操作按键和到位指示灯分别与电路板电连接。具体的操作按键为两个，一个为SC键，一个为Ctrl键，通过这两个操作按键的组合，实现用户手动设置角度位置的功能，到位指示灯则在转轴旋转到用户设定的角度位置时点亮。也就是说，通过SC键与Ctrl按键的操作并结合到位指示灯的指示，用户可实现删除己有的待指示的角度位置、增加新的待指示的角度位置等功能，本实施例中提供的多角度位置指示传感器可以设置15个待指示的角度位置。

具体而言，SC键、Ctrl键和到位指示灯的操作方式为：在到位指示灯灭的情况下，单独按一下SC键，多角度位置指示传感器将把当前转轴的角度位置记录为新的待指示的角度位置，到位指示灯亮则表示记录成功；在到位指示灯亮的情况下，单独按一下SC键，系统将把当前待指示的角度位置删除，指示灯灭则表示删除成功。若在按下SC键之前，先按住Ctrl键不放，然后再按一下SC键，同时保持按住Ctrl键2秒以上，多角度位置指示传感器将一次性将所有记录的待指示的角度位置数据删除，到位指示灯连续闪烁3次表示这一操作成功，通过这种操作方式可完全避免重复角度位置的出现。

本实施例中，电路板上集成有微控制器和旋变数字转换器。需要说明的是，本实施例中，电路板上还可以集成有无线发射接收器，这样用户可以通过无线终端来实现手动设置角度位置的功能。

具体而言，微控制器的型号为Atmega16，旋变数字转换器的型号为AD2S1200；旋转变压器的型号为日本多摩川精机公司的TS2620N21E11。微控制器用于将旋变数字转换器解码的位置信号与预先存储的角度位置进行比较，完成用户逻辑的全部功能。待指示的角度位置信息要求在多角度位置指示传感器掉电后不丢失，同时为了尽量减少元件数量，带有片内集成的掉电非易失性存储器EEPROM的微控制器成为优先选择项。ATmegal6微控制器是Atmel公司的一款广泛应用的基于精简指令集架构的微控制器，最高16MHz的主频可满足大部分中低端场合的应用，片内集成512字节的EEPROM非常适合角位置指示传感器开发的应用需求，兼顾工作电压与外设资源等因素的考虑，因此，本实施例中选用ATmegal6微控制器作为角度位置指示传感器的微控制器。AD2S1200旋变数字转换器是一款12位分辨率的完整单片旋变数字转换器，集成片上可编程正弦波振荡器，为旋变器提供正弦波激励。它的部分基本参数如下：

单电源+5V供电，最大跟踪速率为1000rpm，精度＝±11’；

绝对位置与速度输出；

工作温度为-40℃～125℃；

正余弦输入端电压的峰峰值为3.6V，频率10～20kHz；

正弦激励电压的峰峰值为3.6V，可选频率：10kHz、12kHz、15kHz或20kHz。

需要说明的是，本实施例中，微控制器、旋变数字转换器和旋转变压器不仅局限于以上型号，也可以根据实际情况选用其它的型号，以满足上述要求，对于其他的型号本实施例不再一一具体赘述。

参见图4所示，本实施例中，多角度位置指示传感器的工作原理为：电路板108提供旋变器转子104上的初级绕组上的正弦激励电压并采集旋变器定子105上的两个次级绕组上的感应电压，由电路板108上的微控制器、旋变数字转换器完成计算和输出到位指示，具体而言，旋转转轴103，固定连接在转轴103上的旋变器转子104跟着一起旋转，在旋变器转子104上的初级绕组的R1-R2两端输入一个正弦激励电压：U_R1-R2＝E·sin(ωt) (a)

则当旋变器转子104的转角为θ时，该正弦激励电压在两个次级绕组产生的感应电压分别为：

其中E为正弦激励信号的幅值，ω为正弦激励信号的频率，K为旋转变压器的变压比，对公式(b)进行解算，即可获得旋变器转子104的转角θ。

综上所述，本发明实施例提供的多角度位置指示传感器，具有如下优点：

(1)具有可360°连续旋转，绝对式角度位置检测的特性；

(2)允许用户手动设定多个角度位置；

(3)到位指示信号为开关量信号，高电平有效，信号幅值为12V，且有到位指示灯点亮；

(4)适用于具有明显震动、冲击、潮湿、灰尘等恶劣场合，不受温度影响，工作温度范围宽。

(5)体积小巧、结构简单、坚固耐用，具有高可靠性，除高精度的应用场合外，还广泛应用于军事、航空、航天、航海等领域。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种多角度位置指示传感器，其特征在于，包括法兰端盖、中间壳体、转轴、旋转变压器和控制端板；所述法兰端盖和所述控制端板分别安装在所述中间壳体的两端；所述旋转变压器包括旋变器转子和旋转器定子；所述旋变器定子固定在所述中间壳体的内壁上，所述旋变器定子固定在所述转轴上，所述转轴设置在所述中间壳体的内腔中，且所述转轴的一端伸出所述法兰端盖；所述旋变器转子和所述旋转器定子分别与所述控制端板电连接。

2.根据权利要求1所述的多角度位置指示传感器，其特征在于，所述控制端板包括指示面板和电路板；所述电路板设置在所述中间壳体与所述指示面板之间；所述旋变器转子和所述旋转器定子分别与所述电路板电连接。

3.根据权利要求1所述的多角度位置指示传感器，其特征在于，所述旋变器转子设置有一个初级绕组，所述旋变器定子设置有两个空间正交耦合的次级绕组。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的多角度位置指示传感器，其特征在于，所述转轴上设置有上端轴承和下端轴承，所述上端轴承的外圈固定在所述法兰端盖上，所述下端轴承的外圈固定在所述中间壳体上。

5.根据权利要求4所述的多角度位置指示传感器，其特征在于，所述上端轴承和所述下端轴承均为滚珠轴承。

6.根据权利要求4所述的多角度位置指示传感器，其特征在于，所述转轴上还套设有套筒，所述套筒位于所述上端轴承和所述旋变器转子之间。

7.根据权利要求2所述的多角度位置指示传感器，其特征在于，还包括插座，所述插座安装在所述中间壳体上，且所述插座与所述电路板电连接。

8.根据权利要求2所述的多角度位置指示传感器，其特征在于，所述指示面板上设置有操作按键和到位指示灯，所述操作按键和所述到位指示灯分别与所述电路板电连接。

9.根据权利要求2所述的多角度位置指示传感器，其特征在于，所述电路板上集成有微控制器和旋变数字转换器。

10.根据权利要求9所述的多角度位置指示传感器，其特征在于，所述电路板上还可以集成有无线发射接收器。