CN107389104A - 一种多圈磁绝对角度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多圈磁绝对角度传感器，属于传感器装置技术领域，解决现有技术中工况适应性差、依赖于前次历史读数的技术问题。解决方案为：转轴设于壳体内且其左端延伸至法兰连接面的外部，其右端端部设置有磁体安装槽，磁体安装槽内设有柱状磁体；转轴上安装有主动轮，主动轮外安装有轴承c，轴承c外安装有从动轮，从动轮外设有固定轮；与从动轮上的齿相啮合地设置有输出轮，输出轮的右端安装有环形磁体，环形磁体的右端面处安装有检测板；所述检测板上与柱状磁体位置对应处设置有通孔，在检测板上环绕通孔位置处设有环形HALL阵列。本发明能够在数百圈的测量范围内不依赖于前次历史直接读数、安装简单、环境适应性好、抗冲击、振动性能优异。
Description
技术领域
本发明属于传感器装置技术领域，特别涉及一种多圈磁绝对角度传感器。
背景技术
角度传感器是一种将回转物体运动状态转换为电信号的器件，常用的角度传感器主要有旋转电位计、旋转变压器、光电编码器、磁绝对角度传感器等几种类型。根据测量方式的不同，角度传感器分为增量式角度传感器和绝对式角度传感器两种，绝对角度传感器是将物体运动的绝对角度转换为电信号输出的传感器件，绝对角度传感器具有能随时检测绝对位置、抗干扰能力强、无累积误差等有点，尤其是多圈绝对角度传感器，测量范围宽，即使停电也能准确记录被测轴的转动，是现代自动控制系统的重要组成部件，在自动控制系统中被广泛应用。
目前的多圈绝对角度传感器多为光电式编码器，其中一种是在单圈光电编码器的基础上，利用钟表齿轮机械原理结构制作，在中心光栅码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘或多组齿轮、多组码盘，在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围；另有一种是采用电子增量记圈，停电时通过电池记忆圈数。不论是那种类型，光电式编码器都有着共同的先天性不足，对潮湿气体和污染敏感，对安装工艺有严格的要求，在冲击、振动环境中应用时可靠性差，很难满足实际工况的应用要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，解决现有技术中多圈磁绝对角度传感器环境适应性、抗冲击、振动以及电磁兼容性差、依赖于前次历史读数的技术问题，提供一种能够在数百圈的测量范围内不依赖于前次历史直接读数、安装简单、环境适应性好、抗冲击、振动性能优异的多圈磁绝对角度传感器。
本发明通过以下技术方案予以实现。
一种多圈磁绝对角度传感器，它包括壳体、转轴、检测板和控制板，其中：所述壳体的左端面设置有法兰连接面，壳体的右侧端面设置有端盖，所述转轴设置于壳体内并且转轴的左端延伸至法兰连接面的外部，转轴的右端端部设置有磁体安装槽，磁体安装槽内固定设有柱状磁体，在壳体内与转轴的两端位置对应处分别设置有轴承座，靠近法兰连接面一侧的轴承座内安装有轴承a，远离法兰连接面一侧的轴承座内安装有轴承b，轴承b右侧端面安装有圆环形状的卡簧a，卡簧a固定在壳体的内部；
所述转轴上通过键安装有主动轮，主动轮外安装有轴承c，轴承c外安装有从动轮，从动轮外设置有固定轮，固定轮固定于壳体的内侧壁上；所述从动轮右端面上设置有齿，与从动轮上的齿相啮合地设置有输出轮，输出轮外安装有轴承d，壳体的内部与轴承d位置对应处亦设置有轴承座，输出轮的右端面固定设置有磁体安装架，磁体安装架上固定安装有环形磁体，环形磁体的右端面处设置有检测板基座，柱状磁体的右端面与检测板基座之间设置有卡簧b，检测板基座固定于壳体的内部，检测板基座的右侧面上固定安装有检测板；
所述检测板上与柱状磁体位置对应处设置有通孔，在检测板上环绕通孔位置处设置有用于信号检测的环形HALL阵列，所述检测板上还安装有用于内部电气元件连接的排母；所述控制板安装于检测板的右侧，控制板上装有电压电源模块，用于输入信号采集、转换的信号处理芯片，用于输出信号控制及核心算法实现的CPU芯片，用于总线输出的通信芯片，用于内部电气元件连接的排针，用于输出电气连接的排座和用于提高电气兼容性的电子元件，以及电气保护和指示电子元件；所述检测板与所述控制板通过装于所述检测板上的排母和装于所述控制板上的对应排针电气连接在一起；
所述壳体的外侧壁设置有电气接口，所述电气接口通过装于所述控制板上的排座与所述控制板电气连接。
进一步地，所述壳体为一体式壳体，其外形为立方体或者为定制异形壳体。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
与现有技术相比，本发明有如下显著的优点：
1、采用固态磁技术构建环形HALL阵列实现绝对角度测量，具有直接读数、不依赖前次历史数据、停电后运动无影响的特点，环境适应性好，对潮湿、污染、高寒、高热等不敏感，能在冲击、振动等恶劣环境中可靠工作等优点；
2、采用同轴差齿传动结构构建的主、副测量基体，结构简单、紧凑，工作稳定、可靠，测量范围只与减速比相关，扩展容易；
3、一体式壳体，防护性好，结构形式多样，使用安装简单，可维护性好；
4、本发明满足GJB150A-2009军用设备环境试验要求；
5、本发明满足GJB151B-013军用设备电磁兼容性试验要求。
附图说明
图1为本发明整体立体爆炸结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明：本实施例是以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下面的实施例。
如图1所示，本实施例中的一种多圈磁绝对角度传感器，它包括壳体1、转轴3、检测板20和控制板24，其中：所述壳体1的左端面设置有法兰连接面，壳体1的右侧端面设置有端盖16，所述转轴3设置于壳体1内并且转轴3的左端延伸至法兰连接面的外部，转轴3的右端端部设置有磁体安装槽，磁体安装槽内固定设有柱状磁体6，在壳体1内与转轴3的两端位置对应处分别设置有轴承座，靠近法兰连接面一侧的轴承座内安装有轴承a2，远离法兰连接面一侧的轴承座内安装有轴承b5，轴承b5右侧端面安装有圆环形状的卡簧a7，卡簧a7固定在壳体1的内部；
所述转轴3上通过键安装有主动轮12，主动轮12外安装有轴承c11，轴承c11外安装有从动轮10，从动轮10外设置有固定轮8，固定轮8固定于壳体1的内侧壁上；所述从动轮10右端面上设置有齿，与从动轮10上的齿相啮合地设置有输出轮14，输出轮14外安装有轴承d13，壳体1的内部与轴承d13位置对应处亦设置有轴承座，输出轮14的右端面固定设置有磁体安装架15，磁体安装架15上固定安装有环形磁体17，环形磁体17的右端面处设置有检测板基座18，柱状磁体6的右端面与检测板基座18之间设置有卡簧b19，检测板基座18固定于壳体1的内部，检测板基座18的右侧面上固定安装有检测板20；
所述检测板20上与柱状磁体6位置对应处设置有通孔，在检测板20上环绕通孔位置处设置有用于信号检测的环形HALL阵列22，所述检测板20上还安装有用于内部电气元件连接的排母23；所述控制板24安装于检测板20的右侧，控制板24上装有电压电源模块29，用于输入信号采集、转换的信号处理芯片26，用于输出信号控制及核心算法实现的CPU芯片9，用于总线输出的通信芯片23，用于内部电气元件连接的排针21，用于输出电气连接的排座25和用于提高电气兼容性的电子元件，以及电气保护和指示电子元件；所述检测板20与所述控制板24通过装于所述检测板20上的排母23和装于所述控制板24上的对应排针21电气连接在一起；
所述壳体1的外侧壁设置有电气接口4，所述电气接口4通过装于所述控制板20上的排座25与所述控制板20电气连接。
进一步地，所述壳体1为铝质一体式壳体，其外形为立方体或者为定制异形壳体。
本发明基于霍尔效应原理，利用差齿传动原理构建。本发明采用主、副双检测器结构实现多圈绝对角度测量，主检测器测量旋转整圈数，测量范围数百圈，分辨率14位，绝度精度0.1度，副检测器测量余数旋转角度，测量范围0-360度，分辨率18位，绝对精度0.01度，多圈绝对角度＝[主检测器读数]×圆周角+副检测器读数，在整个量程内，每一个位置都有唯一的角度值，是一种真正的磁绝对角度传感器。本发明采用环形性HALL阵列22构建主、副核心检测器，利用差齿传动原理构建主、副旋转基体。
工作时，通过转轴3转动，带动主动轮12转动，主动轮12转动导致装在其上的轴承c11、从动轮10不断地改变形变，使得从动轮10与固定轮8不断进行齿入-齿合-齿出-脱齿循环，从而形成错齿运动，正是这一错齿运动使得从动轮10以及安装在从动轮10上与从动轮10进行同齿传动的输出轮14产生反向的减速运动，从而构成以输出轮14为主、主动轮12为副的主、副旋转基体，旋转的主、副基体带动安装其上的圆形磁体6及环形磁体17旋转，产生两个相互独立的旋转磁场，从而在安装有环形HALL阵列22的检测板20上获得两组数量上与环形HALL阵列22构成元素数量相当的周期性电压曲线，这两组电压经专用的信号处理芯片26解析与转换后再通过数字信号算法解算，可提供一个高分辨率、高精确度的绝对角度位置信息。本发明采用固态磁技术实现角度信号的检测，对潮湿、污染、振动、冲击等不敏感，能在及其恶劣的环境中可靠工作。
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，可轻易想到的变化或替换，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 (2)
1.一种多圈磁绝对角度传感器，它包括壳体(1)、转轴(3)、检测板(20)和控制板(24)，其特征在于：所述壳体(1)的左端面设置有法兰连接面，壳体(1)的右侧端面设置有端盖(16)，所述转轴(3)设置于壳体(1)内并且转轴(3)的左端延伸至法兰连接面的外部，转轴(3)的右端端部设置有磁体安装槽，磁体安装槽内固定设有柱状磁体(6)，在壳体(1)内与转轴(3)的两端位置对应处分别设置有轴承座，靠近法兰连接面一侧的轴承座内安装有轴承a(2)，远离法兰连接面一侧的轴承座内安装有轴承b(5)，轴承b(5)右侧端面安装有圆环形状的卡簧a(7)，卡簧a(7)固定在壳体(1)的内部；
所述转轴(3)上通过键安装有主动轮(12)，主动轮(12)外安装有轴承c(11)，轴承c(11)外安装有从动轮(10)，从动轮(10)外设置有固定轮(8)，固定轮(8)固定于壳体(1)的内侧壁上；所述从动轮(10)右端面上设置有齿，与从动轮(10)上的齿相啮合地设置有输出轮(14)，输出轮(14)外安装有轴承d(13)，壳体(1)的内部与轴承d(13)位置对应处亦设置有轴承座，输出轮(14)的右端面固定设置有磁体安装架(15)，磁体安装架(15)上固定安装有环形磁体(17)，环形磁体(17)的右端面处设置有检测板基座(18)，柱状磁体(6)的右端面与检测板基座(18)之间设置有卡簧b(19)，检测板基座(18)固定于壳体(1)的内部，检测板基座(18)的右侧面上固定安装有检测板(20)；
所述检测板(20)上与柱状磁体(6)位置对应处设置有通孔，在检测板(20)上环绕通孔位置处设置有用于信号检测的环形HALL阵列(22)，所述检测板(20)上还安装有用于内部电气元件连接的排母(23)；所述控制板(24)安装于检测板(20)的右侧，控制板(24)上装有电压电源模块(29)，用于输入信号采集、转换的信号处理芯片(26)，用于输出信号控制及核心算法实现的CPU芯片(9)，用于总线输出的通信芯片(23)，用于内部电气元件连接的排针(21)，用于输出电气连接的排座(25)和用于提高电气兼容性的电子元件，以及电气保护和指示电子元件；所述检测板(20)与所述控制板(24)通过装于所述检测板(20)上的排母(23)和装于所述控制板(24)上的对应排针(21)电气连接在一起；
所述壳体(1)的外侧壁设置有电气接口(4)，所述电气接口(4)通过装于所述控制板(20)上的排座(25)与所述控制板(20)电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种多圈磁绝对角度传感器，其特征在于：所述壳体(1)为一体式壳体，其外形为立方体或者为定制异形壳体。
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