CN109238688B - 一种旋转检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转检测装置及其检测方法，属于信号检测技术领域。n个圆形检测孔在转动盘上，与转动盘间隔设置的4个传感器沿转动盘的周向均布。由于相邻的传感器间的传感器夹角为相邻的检测孔间的检测孔夹角的(m+0.125)倍，4个传感器在检测转动盘时得到的4个输出方波在一个周期内有8种电平组合状态。电平组合状态每变化一次转动盘均转过1/8的检测孔夹角，根据一定时间内电平组合状态的变化次数，计算转动盘的角速度和转过的角度。即使一个传感器的输出方波受到干扰脉冲的影响，也可根据电平组合状态变化规律推导得到受到干扰的传感器的电平状态，进而准确得到旋转机械的角速度与转过的角度。

Description

一种旋转检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及信号检测技术领域，特别涉及一种旋转检测装置及其检测方法。

背景技术

旋转机械是指主要依靠旋转动作完成特定功能的机械，典型的旋转机械包括汽轮机、燃气轮机等。在这些旋转机械的使用过程中，通常需要使用检测装置来检测旋转机械的角速度及转过的角度以确认该旋转机械是否工作正常。

当前一些旋转机械的角速度与转过的角度，是通过在检测装置中的转动盘的表面开设一个检测孔，一个位置固定的传感器进行检测的。在转动盘转动时，该传感器会对转动盘的表面进行检测，当传感器检测到检测孔时，传感器输出高电平，当传感器检测到转动盘的表面时，传感器输出低电平，或相反，因此，每当旋转盘旋转一圈，就会产生一个高电平和一个低电平的周期，即方波。那么通过处理器对周期数量进行统计，即可得到转动盘转过的圈数，对周期产生的速率进行统计，即可得到转动盘的角速度。

但是这种检测装置的抗干扰能力较低，在传感器的输出方波中出现干扰脉冲(例如干扰脉冲在方波的低电平处形成了一个高电平)时，处理器对方波进行处理时会认为干扰脉冲的高电平与干扰脉冲旁的低电平也构成了一个周期，在计算时会认为转动盘多转动了一圈，进而导致最终得到的旋转机械的角速度与转过的角度不准确。

发明内容

本发明实施例提供了一种旋转检测装置及其检测方法，这种旋转检测装置的抗干扰能力较强，且得到的旋转机械的角速度与转过的角度的结果也较为准确。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种旋转检测装置，所述旋转检测装置适用于旋转机械，所述旋转检测装置包括转动盘、n个圆形检测孔、4个传感器，其中n≥4，且n为整数，所述转动盘与所述旋转机械同步转动，所述n个圆形检测孔沿所述转动盘的周向均布在所述转动盘的表面上，每两个相邻的所述检测孔的中心与所述转动盘的转动中心的连线之间的检测孔夹角均相等，

所述4个传感器与所述转动盘的表面间隔设置，所述4个传感器沿所述转动盘的周向均布，两个相邻的所述传感器之间的传感器夹角均相等，所述传感器夹角为所述检测孔夹角的(m+0.125)倍，其中，m为自然数。

其中，4×m≤n。

可选地，所述旋转检测装置还包括零位传感器与零位圆形检测孔，所述零位圆形检测孔设置在所述转动盘的表面上，所述零位圆形检测孔不在所述圆周上，所述零位传感器与所述转动盘的表面间隔设置，所述零位传感器在所述转动盘的表面上的投影在以所述零位圆形检测孔的圆心与所述转动盘的转动中心的连线为半径的圆周上。

可选地，所述传感器为接近开关。

可选地，所述接近开关为电感式接近开关或电容式接近开关。

本发明实施例提供了一种旋转检测方法，所述方法适用于权利要求1所述的旋转检测装置，所述旋转检测方法包括：

获取所述旋转检测装置中的4个所述传感器的输出方波，每个输出方波的电平状态均包括高电平状态和低电平状态，将所述输出方波的一次高电平状态和低电平状态之间的变化设为所述方波的一个周期；

获取所述4个传感器输出方波的电平状态，得到所述4个输出方波的8种电平组合状态；

根据一定时间内所述4个传感器输出方波电平组合状态的变化情况，计算所述转动盘的角速度和转过的角度。

可选地，所述转动盘转过的角度通过以下方式得到：

θ＝(α×p)/8，

其中，θ为转动盘转过的角度，α为两个相邻的所述检测孔的中心与所述转动盘的转动中心的连线之间的检测孔夹角，p为4个传感器的输出方波的电平组合状态变化的次数。

可选地，所述旋转检测方法还包括：

获取所述旋转检测装置中的零位传感器的输出方波；

在所述零位传感器的输出方波中最后一个周期后的时间内，对所述4个传感器的输出方波的电平组合状态的变化次数进行统计；

根据所述4个传感器的输出方波的电平组合状态的变化次数得到所述转动盘相对所述零位传感器转过的绝对位置。

可选地，所述转动盘的角速度通过以下公式得到：

ω＝(αp)/(8t)，

其中，ω为转动盘的角速度，α为两个相邻的所述检测孔的中心与所述转动盘的转动中心的连线之间的检测孔夹角，t为时间，p为4个传感器的输出方波的电平组合状态变化的次数。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：n个圆形检测孔沿转动盘的周向均布在转动盘的表面上，与转动盘的表面间隔设置的4个传感器沿转动盘的周向均布。由于两个相邻的传感器间的传感器夹角为两个相邻的检测孔间的检测孔夹角的(m+0.125)倍，这种设置使得传感器在检测转动的转动盘上的检测孔时，可得到4个传感器的输出方波，4个传感器输出方波在一个周期内有8种电平组合状态。由于每次电平组合状态变化时转动盘均转过1/8的检测孔夹角，因此可根据一定时间内电平组合状态的变化次数，计算转动盘的角速度和转过的角度。这种条件下，即使其中一个传感器的输出方波受到干扰脉冲的影响，处理器也可根据电平组合状态的变化规律得到受到干扰的传感器的电平状态，进而准确得到旋转机械的角速度与转过的角度。该检测装置的抗干扰能力较强，得到的旋转机械的角速度与转过的角度较为准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，

图1是本发明实施例提供的一种旋转检测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种旋转检测装置的侧视图；

图3是本发明实施例提供的4个传感器的输出波形状态示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种旋转检测装置的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种旋转检测方法的流程图；

图6是本发明实施例提供的另一种旋转检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步的详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种旋转检测装置的结构示意图，图2是本发明实施例提供的一种旋转检测装置的侧视图。结合图1与图2，该旋转检测装置包括n个圆形检测孔2、4个传感器3，其中n≥4，且n为整数，转动盘1可与旋转机械同步转动，n个圆形检测孔2沿转动盘1的周向均布在转动盘1的表面上，每两个相邻的圆形检测孔2的中心与转动盘1的转动中心A的连线之间的检测孔夹角α均相等。

4个传感器3与转动盘1的表面间隔设置，4个传感器3沿转动盘1的周向均布，两个相邻的传感器3之间的传感器夹角β均相等，传感器夹角β为检测孔夹角α的(m+0.125)倍，其中，m为自然数。

处理器根据4个传感器3检测得到的输出方波的高低电平组合状态变化次数计算得到旋转机械的角速度与转过的角度。

n个圆形检测孔2沿转动盘1的周向均布在转动盘1的表面上，与转动盘1的表面间隔设置的4个传感器3沿转动盘1的周向均布。由于两个相邻的传感器3间的传感器夹角β为两个相邻的检测孔间的检测孔夹角α的(m+0.125)倍，这种设置使得传感器3在检测转动的转动盘1上的检测孔时，可得到4个传感器3的输出方波，4个输出方波在一个周期内有8种电平组合状态。由于每次4个输出方波的电平组合状态变化时转动盘1均转过1/8的检测孔夹角，因此可根据一定时间内4个输出方波电平组合状态的变化次数，计算转动盘1的角速度和转过的角度。这种条件下，即使其中一个传感器3的输出方波受到干扰脉冲的影响，也可根据4个方波电平组合状态的变化规律得到受到干扰的传感器3的电平状态，进而准确得到转动盘的角速度与转过的角度，由于转动盘1与旋转机械同步转动，因此可准确得到旋转机械的角速度与转过的角度。该检测装置的抗干扰能力较强，得到的旋转机械的角速度与转过的角度较为准确。

示例性地，对4个传感器的信号进行处理并得到旋转机械的角速度与转过的角度这一过程可通过处理器实现。

可选地，转动盘1可同轴安装在旋转机械的转动轴上，以实现转动盘1与旋转机械的同步转动。

其中，传感器夹角β可为两个相邻的传感器3上位置相同的一点与转动盘1的转动中心A的连线之间的夹角。两个相邻的传感器3上位置相同的一点可选为传感器3的探头中心。

且圆形检测孔2一方面更容易加工，另一方面，在圆形检测孔2为圆形时，4个传感器的输出方波的高电平或者低电平占输出方波的周期的35％～65％。优选地，可通过调整圆形孔半径使得旋转机械的角速度较高时，4个传感器的输出方波的高电平或者低电平占输出方波的周期的35％～65％，当旋转机械的角速度较低时时，4个传感器的输出方波的高电平或者低电平占输出方波的周期的45％～55％，得到旋转机械的更为准确的角速度与转过的角度。

为便于理解本发明，以下结合图3对本发明进行说明，图3是本发明实施例提供的4个传感器的输出波形状态示意图，如图3所示，传感器31至传感器34之间的高电平与低电平的电平组合状态共有8种，为便于理解，认为传感器31至传感器34的输出方波中的高电平的状态为1，低电平的状态为0，则传感器31至传感器34之间的高电平与低电平在一个周期内共有8种电平组合状态，分别为S1(1000)、S2(1100)、S3(1110)、S4(1111)、S5(0111)、S6(0011)、S7(0001)、S8(0000)。

对应图3，4个传感器的输出方波的一周期可分为8个时间段，每一个时间段内的4个传感器的输出方波的高电平与低电平的电平组合状态共有8种。

并且在旋转机械的转动过程中，传感器31至传感器34的输出方波的高电平与低电平的电平组合状态会不断重复以上8组状态。且在本实施例中，旋转机械顺时针转动时，传感器31至传感器34的输出方波的高电平与低电平的电平组合状态会由状态S1依次变化至状态S8。而旋转机械逆时针转动时，传感器31至传感器34的输出方波的高电平与低电平的电平组合状态会由状态S8依次变化至状态S1。由此也容易判断旋转机械的转动方向。

其中，4×m≤n。这种设置可使得传感器3在旋转机械的转动盘1的表面便于布置。

可选地，旋转机械转过的角度，处理器可通过以下方式得到：

θ＝(α×p)/8(1)，

其中，θ为旋转机械在一定时间内转过的角度，α为两个相邻的圆形检测孔2的中心与转动盘1的转动中心A的连线之间的检测孔夹角α，p为4个传感器的输出方波的电平组合状态变化的次数。通过公式(1)能够较为准确地得到旋转机械在一定时间内转过的角度。

在本实施例中，圆周1a的半径、圆形检测孔2的深度、圆形检测孔的半径以及传感器与转动盘1的表面间隔的距离均可根据实际情况进行调整，目的是使旋转机械的角速度较高时，4个传感器的输出方波的高电平或者低电平占输出方波的周期的35％～65％，旋转机械的角速度较低时时，4个传感器的输出方波的高电平或者低电平占输出方波的周期的45％～55％，本发明对此不做限制。

图4是本发明实施例提供的另一种旋转检测装置的结构示意图，如图4所示旋转检测装置还可包括零位传感器5与零位圆形检测孔6，零位圆形检测孔6设置在转动盘1的表面上，零位圆形检测孔6不在圆周1a上，零位传感器5与转动盘1的表面间隔设置，零位传感器5在转动盘1的表面上的投影在以零位圆形检测孔6的圆心与转动盘1的转动中心A的连线为半径的圆周上。零位传感器5与零位圆形检测孔6可用于确定旋转机械的绝对位置。零位传感器检测到零位圆形检测孔输出电平发生变化后，传感器输出电平组合状态变化次数置零后重新计数，可以得到转动盘相对零位传感器的绝对位置。

示例性地，旋转机械的角速度包括转动盘的角速度，转动盘的角速度通过以下公式得到：

ω＝(αp)/(8t)(2)，

其中，ω为转动盘的角速度，α为两个相邻的所述检测孔的中心与所述转动盘的转动中心的连线之间的检测孔夹角，t为时间，p为4个传感器的输出方波的电平组合状态变化的次数。通过以上方式可得到较为准确的转动盘的角速度。

示例性地，传感器3可为接近开关。接近开关较容易设置，可降低本装置的整体成本。

进一步地，接近开关的探头中心在转动盘1的表面的投影在圆周1a上。接近开关的探头中心在转动盘1的表面的投影在圆周1a上可保证接近开关检测的结果较为准确，提高旋转机械的角速度及转过的角度的准确性。

其中，当转动盘的材料为铁、铝、不锈钢、铜等金属材质时，可选择电感式接近开关，当转动盘的材料为陶瓷、玻璃、PVC等非金属材质时，可选择电容式接近开关。

图5是本发明实施例提供的一种旋转检测方法的流程图，如图5所示，该方法包括：

S11：获取旋转检测装置中的4个传感器的输出方波，每个输出方波的电平状态均包括高电平状态和低电平状态。

输出方波的一次高电平状态和低电平状态之间的变化设为方波的一个周期。

S12：获取4个传感器输出方波的电平状态，得到4个输出方波的高电平与低电平的8种电平组合状态。

S13：根据一定时间内4个传感器的输出方波的电平组合状态的变化情况，计算所述转动盘的角速度和转过的角度。

n个圆形检测孔2沿转动盘1的周向均布在转动盘1的表面上，与转动盘1的表面间隔设置的4个传感器3沿转动盘1的周向均布。由于两个相邻的传感器3间的传感器夹角β为两个相邻的检测孔间的检测孔夹角的(m+0.125)倍，这种设置使得传感器3在检测转动的转动盘1上的检测孔时，可得到4个传感器3的输出方波，4个输出方波在一个周期内有8种电平组合状态。由于每次4个输出方波的电平组合状态变化时转动盘1均转过1/8的检测孔夹角，因此可根据一定时间内4个传感器输出方波电平组合状态的变化次数，计算转动盘1的角速度和转过的角度。这种条件下，即使其中一个传感器3的输出方波受到干扰脉冲的影响，也可根据4个传感器输出电平组合状态的变化规律得到受到干扰的传感器3的电平状态，进而准确得到转动盘的角速度与转过的角度，由于转动盘1与旋转机械同步转动，因此可准确得到旋转机械的角速度与转过的角度。该检测装置的抗干扰能力较强，得到的旋转机械的角速度与转过的角度较为准确。图6是本发明实施例提供的另一种旋转检测方法的流程图，该方法包括：

S21：获取旋转检测装置中的4个传感器的输出方波，每个输出方波的电平状态均包括高电平状态和低电平状态。

输出方波的一次高电平状态和低电平状态之间的变化设为方波的一个周期。

可选地，在旋转机械的角速度较低时，4个传感器3的输出方波的高电平或者低电平均输出方波的周期的45％～55％。在这种条件的设置下，能够得到较为准确的旋转机械的角速度与转过的角度值。

S22：获取4个传感器输出方波的电平状态，得到4个输出方波的高电平与低电平的8种电平组合状态。

S23：根据一定时间内4个传感器的输出方波的电平组合状态的变化情况，计算转动盘的角速度和转过的角度步骤S23中，一定时间为转动盘转过的角度对应的时间。

步骤S23中，旋转机械在一定时间内转过的角度，可通过公式(1)得到，通过公式(1)能够较为准确地得到旋转机械在一定时间内转过的角度。

示例性地，转动盘的角速度通过公式(2)得到，通过公式(2)可得到较为准确的转动盘的角速度。

可选地，在能够获知转动盘的初始位置的情况下，还可得到转动盘的的绝对位置。

该过程可包括：获取旋转检测装置中的零位传感器的输出方波。

在零位传感器的输出方波中最后一个周期后的时间内，对4个传感器的输出方波的电平组合状态的变化次数进行统计。

根据4个传感器的输出方波的电平组合状态的变化次数得到转动盘相对零位传感器转过的绝对位置。

计算公式可为：θ_j＝(α×p_j)/8(3)，其中θ_j为转动盘相对零位传感器转过的绝对角度，p_j为在零位传感器的输出方波中最后一个周期后的时间内4个传感器的输出方波的电平组合状态的变化次数，α为两个相邻的所述检测孔的中心与所述转动盘的转动中心的连线之间的检测孔夹角。

以上仅为本发明的较佳实施例，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 (6)

1.一种旋转检测装置，其特征在于，所述旋转检测装置适用于旋转机械，所述旋转检测装置包括转动盘、n个圆形检测孔、4个传感器，其中n≥4，且n为整数，所述转动盘与所述旋转机械同步转动，所述n个圆形检测孔沿所述转动盘的周向均布在所述转动盘的表面上，每两个相邻的所述检测孔的中心与所述转动盘的转动中心的连线之间的检测孔夹角均相等，

所述4个传感器与所述转动盘的表面间隔设置，所述4个传感器沿所述转动盘的周向均布，两个相邻的所述传感器之间的传感器夹角均相等，所述传感器夹角为所述检测孔夹角的(m+0.125)倍，其中，m为自然数，4×m≤n，根据所述4个传感器输出方波的电平状态，得到所述4个传感器输出方波的高电平与低电平的8种电平组合状态，所述8种电平组合状态分别为S1(1000)、S2(1100)、S3(1110)、S4(1111)、S5(0111)、S6(0011)、S7(0001)、S8(0000)，根据一定时间内所述4个传感器输出方波的电平组合状态的变化情况，计算所述转动盘的角速度和转过的角度，

若转动盘的材料为金属材质，所述传感器为电感式接近开关，若所述转动盘的材料为非金属材质，所述传感器为电容式接近开关。

2.根据权利要求1所述的旋转检测装置，其特征在于，所述旋转检测装置还包括零位传感器与零位圆形检测孔，所述零位圆形检测孔设置在所述转动盘的表面上，所述n为10时，所述n个圆形检测孔均分布在同一圆周上，所述零位圆形检测孔不在所述圆周上，所述零位传感器与所述转动盘的表面间隔设置，所述零位传感器在所述转动盘的表面上的投影在以所述零位圆形检测孔的圆心与所述转动盘的转动中心的连线为半径的圆周上。

3.一种旋转检测方法，其特征在于，所述方法适用于权利要求1所述的旋转检测装置，所述检测方法包括：

获取所述旋转检测装置中的4个所述传感器的输出方波，每个输出方波的电平状态均包括高电平状态和低电平状态，将所述输出方波的一次高电平状态和低电平状态之间的变化设为所述方波的一个周期；

获取所述4个传感器输出方波的电平状态，得到所述4个输出方波的高电平与低电平的8种电平组合状态，所述8种电平组合状态分别为S1(1000)、S2(1100)、S3(1110)、S4(1111)、S5(0111)、S6(0011)、S7(0001)、S8(0000)；

根据一定时间内所述4个传感器的输出方波的电平组合状态的变化情况，计算所述转动盘的角速度和转过的角度。

4.根据权利要求3所述的旋转检测方法，其特征在于，所述转动盘转过的角度通过以下方式得到：

θ＝(α×p)/8，

其中，θ为转动盘转过的角度，α为两个相邻的所述检测孔的中心与所述转动盘的转动中心的连线之间的检测孔夹角，p为4个传感器的输出方波的电平组合状态变化的次数。

5.根据权利要求4所述的旋转检测方法，其特征在于，所述旋转检测方法还包括：

获取所述旋转检测装置中的零位传感器的输出方波；

在所述零位传感器的输出方波中最后一个周期后的时间内，对所述4个传感器的输出方波的电平组合状态的变化次数进行统计；

根据所述4个传感器的输出方波的电平组合状态的变化次数得到所述转动盘相对所述零位传感器转过的绝对位置。

6.根据权利要求3～5任一项所述的旋转检测方法，其特征在于，所述转动盘的角速度通过以下公式得到：

ω＝(αp)/(8t)，

其中，ω为转动盘的角速度，α为两个相邻的所述检测孔的中心与所述转动盘的转动中心的连线之间的检测孔夹角，t为时间，p为4个传感器的输出方波的电平组合状态变化的次数。

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