CN110146719A - 一种齿盘测速系统和齿盘测速方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开的齿盘测速系统，与现有技术相比，包括：单齿盘；与单齿盘同轴固定的多齿盘；第一接近开关，与单齿盘相对设置；第二接近开关，与多齿盘相对设置；测速信号处理装置，用于接收第一接近开关、第二接近开关输出的脉冲信号并处理计算出旋转体的转速值。在本申请涉及的齿盘测速系统中，单齿盘可为多齿盘各齿角度的存储依据，测速信号处理装置检测到单齿盘的脉冲信号上升沿之后，开始检测多齿盘两相邻脉冲信号上升沿之间的时间，并取出事先存储的多齿盘角度数据，代入转速公式计算，便可以精确地计算出当前的发电机转速，相较于现有技术而言，能够显著提高旋转体转速测量的精确性。本申请还涉及一种齿盘测速方法，同样具有上述有益效果。

Description

一种齿盘测速系统和齿盘测速方法

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，更具体地说，尤其涉及一种齿盘测速系统，本申请还涉及一种齿盘测速方法。

背景技术

目前，转速的计算可通过单位时间t内旋转体的转轴旋转的圈数N而得知，n＝N/t，单位为转/秒或r/s。

现有技术中，旋转体测速的常用方法为采用接近开关加金属齿盘的方式组成分立式编码器，金属齿盘安装在旋转体的转轴上，齿均匀分布，接近开关则固定在齿盘附近，接近开关产生的方波信号送测速装置处理。

然而，在实际使用当中，不同行业有不同的转速计算的响应时间要求，转速计算的响应时间越短越好，如果转速计算响应时间要求小于25ms，并且希望转速响应时间越短越好。在实际工作当中由于加工精度的局限性，齿盘上齿与齿之间的距离不可能完全相等，如此在时间精准的前提下，齿与齿之间的距离可能存在不等的原因，会导致转速的测量误差。

因此，如何提供一种齿盘测速系统与方法，其能够提高旋转体转速测量的精确性，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种齿盘测速系统，其能够提高旋转体转速测量的精确性，本申请还涉及一种齿盘测速方法，同样具有上述有益效果。

本申请提供的技术方案如下：

本申请提供一种齿盘测速系统，其特征在于，包括：单齿盘；与所述单齿盘同轴固定的多齿盘；

第一接近开关，与所述单齿盘相对设置；

第二接近开关，与所述多齿盘相对设置；

测速信号处理装置，用于接收所述第一接近开关、所述第二接近开关输出的脉冲信号并处理计算出旋转体的转速值。

进一步地，在本发明一种优选的方式中，所述单齿盘上的齿的形状大小与多齿盘上的齿的形状大小相同。

进一步地，在本发明一种优选的方式中，所述单齿盘上的齿与所述多齿盘上的齿相对固定并错开设置。

进一步地，在本发明一种优选的方式中，测速信号处理装置包括：信号转换模块和测速控制器；所述信号转换模块用于对所述第一接近开关、所述第二接近开关发出的信号进行整形隔离并发至所述测速控制器。

进一步地，在本发明一种优选的方式中，所述测速控制器包括：

存储器，用于存储多齿盘中相邻齿的角度差；

时间计算模块，用于获取所述第一接触开关和所述第二接触开关输出的上沿信号周期；

计算处理模块，用于接收所述第一接近开关输出的单齿盘脉冲信号、所述第二接近开关输出的多齿盘脉冲信号，并获取所述存储器内存储的角度数据，代入速度公式：n＝d/(360°×t)计算旋转体的转速值。

进一步地，在本发明一种优选的方式中，所述测速信号处理装置还包括：4～20mA电流转换模块。

此外，本发明还提供一种齿盘测速方法，包括以下步骤：获取并存储单齿盘脉冲两次上升沿之间的时间T；获取并存储多齿盘相邻两齿脉冲上升沿的时间间隔t1、t2……tE；计算并存储多齿盘对应相邻两齿在齿盘中的角度d1、d2……dE；测试并记录多齿盘相邻两齿脉冲上升沿的时间t，读取出该相邻两齿对应的角度d，计算得到当前旋转体的转速n。

进一步地，在本发明一种优选的方式中，计算得到当前旋转体的转速n具体为：将多齿盘相邻两齿脉冲上升沿的时间t，读取出的相邻两齿对应的角度d代入转速公式n＝d/(360°×t)计算得到当前旋转体的转速n。

进一步地，在本发明一种优选的方式中，计算并存储多齿盘相邻的齿距在齿盘中对应的角度d1、d2……dE具体为：d＝[t/(t1+t2+……+tE)]×360°。

进一步地，在本发明一种优选的方式中，还包括步骤：调整第一接近开关的检测面到单齿盘的齿的距离；调整第二接近开关的检测面到多齿盘的齿的间距。

本发明提供的一种齿盘测速系统，与现有技术相比，包括：单齿盘和多齿盘，单齿盘与多齿盘相对固定；第一接近开关，与所述单齿盘相对设置；第二接近开关，与所述多齿盘相对设置；还包括测速信号处理装置，用于接收所述第一接近开关、所述第二接近开关输出的脉冲信号并处理计算出旋转体的转速值。在本申请涉及的齿盘测速系统中，单齿盘可为多齿盘各齿角度的存储依据，测速信号处理装置检测到单齿盘的脉冲信号上升沿之后，开始检测多齿盘两相邻脉冲信号上升沿之间的时间，并取出事先存储的多齿盘角度数据，代入转速公式计算，便可以精确地计算出当前的发电机转速，相较于现有技术而言，能够显著提高旋转体转速测量的精确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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齿盘测速系统的立体示意图；

图2为本发明实施例提供的齿盘测速系统的侧面示意图；

图3为本发明实施例提供的齿盘测速系统的正面示意图；

图4为现有技术中的齿盘测速示意图；

图5为本发明实施例中涉及的接近开关输出波形的示意图；

图6为本发明实施例中涉及的单齿盘和多齿盘的脉冲输出波形示意图；

图7为发明实施例涉及的齿盘测速系统的拓扑图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

请如图1至图7所示，本申请实施例提供的齿盘测速系统，包括：单齿盘1；与所述单齿盘1同轴固定的多齿盘2；第一接近开关3，与所述单齿盘1相对设置；第二接近开关4，与所述多齿盘2相对设置；测速信号处理装置，用于接收所述第一接近开关3、所述第二接近开关4输出的脉冲信号并处理计算出旋转体的转速值。

本发明实施例提供的齿盘测速系统包括：单齿盘1和多齿盘2，单齿盘1与多齿盘2相对固定；第一接近开关3，与所述单齿盘1相对设置；第二接近开关4，与所述多齿盘2相对设置；还包括测速信号处理装置，用于接收所述第一接近开关3、所述第二接近开关4输出的脉冲信号并处理计算出旋转体的转速值。在本申请涉及的齿盘测速系统中，单齿盘1可为多齿盘2各齿角度的存储依据，测速信号处理装置检测到单齿盘1的脉冲信号上升沿之后，开始检测多齿盘2两相邻脉冲信号上升沿之间的时间，并取出事先存储的多齿盘2角度数据，代入转速公式计算，便可以精确地计算出当前的发电机转速，相较于现有技术而言，能够显著提高旋转体转速测量的精确性。

具体地，在本发明实施例中，所述单齿盘1上的齿的形状大小与多齿盘2上的齿的形状大小相同。

具体地，在本发明实施例中，所述单齿盘1上的齿与所述多齿盘2上的齿相对固定并错开设置。

具体地，在本发明实施例中，测速信号处理装置包括：信号转换模块和测速控制器；所述信号转换模块用于对所述第一接近开关3、所述第二接近开关4发出的信号进行整形隔离并发至所述测速控制器。

具体地，在本发明实施例中，所述测速控制器包括：存储器，用于存储多齿盘2中相邻齿的角度差；时间计算模块，用于获取所述第一接触开关和所述第二接触开关输出的上沿信号周期；计算处理模块，用于接收所述第一接近开关3输出的单齿盘1脉冲信号、所述第二接近开关4输出的多齿盘2脉冲信号，并获取所述存储器内存储的角度数据，代入速度公式：n＝d/(360°×t)计算旋转体的转速值。

具体地，在本发明实施例中，所述测速信号处理装置还包括：4～20mA电流转换模块。

此外，本发明实施例还提供一种齿盘测速方法，包括以下步骤：获取并存储单齿盘1脉冲两次上升沿之间的时间T；获取并存储多齿盘2相邻两齿脉冲上升沿的时间间隔t1、t2……tE；计算并存储多齿盘2对应相邻两齿在齿盘中的角度d1、d2……dE；测试并记录多齿盘2相邻两齿脉冲上升沿的时间t，读取出该相邻两齿对应的角度d，计算得到当前旋转体的转速n。

具体地，在本发明实施例中，计算得到当前旋转体的转速n具体为：将多齿盘2相邻两齿脉冲上升沿的时间t，读取出的相邻两齿对应的角度d代入转速公式n＝d/(360°×t)计算得到当前旋转体的转速n。

具体地，在本发明实施例中，计算并存储多齿盘2相邻的齿距在齿盘中对应的角度d1、d2……dE具体为：d＝[t/(t1+t2+……+tE)]×360°。

具体地，在本发明实施例中，还包括步骤：调整第一接近开关3的检测面到单齿盘1的齿的距离；调整第二接近开关4的检测面到多齿盘2的齿的间距。

更为具体地阐述，在本发明实施例中，齿盘测速系统包括单齿盘、多齿盘、第一接近开关、第二接近开关，单齿盘、多齿盘的位置相对固定，根据两齿盘的编码位置确定多齿盘每个测量齿对应的角度并按顺序存储起来，以便后续测速时，作为速度计算的基准，具有响应时间短、测量精度高的优势。

在现有技术中，旋转体测速的方法有很多，最常用的是采用接近开关加金属齿盘的方式组成分立式编码器，金属齿盘安装在旋转体的转轴上，齿均匀分布，接近开关则固定在齿盘附近，接近开关产生的方波信号送测速装置处理。如图4所示，当旋转体转动时，齿盘也跟着转动，齿盘上的齿会依次经过接近开关，每个齿经过，接近开关便会输出一个脉冲，波形如图5所示，如此计算单位时间内的脉冲数就可以确定旋转体的转速了。

转速的计算是单位时间t内旋转体的转轴旋转的圈数N，就是发电机的转速n，公式记为：n＝N/t，单位为转/秒或r/s。举例说明，若t＝1秒时间内转了N＝5圈，表示转速n＝5(r/s)。若是N＝1圈用了t＝0.2秒的时间，那转速也是n＝5(r/s)，得到的转速结果是一样的，只是转速计算的响应时间短了，由原来的1秒变为了0.2秒。

在实际使用当中，不同行业有不同的转速计算的响应时间要求，转速计算的响应时间越短越好，上面的举例中，转速计算响应时间要求小于25ms，并且希望转速响应时间越短越好，对此，装置不能等旋转体转了一圈甚至多圈后才计算转速，而是每转一定的角度就要计算一次，一般采用多齿盘方式，每一个齿都实时的计算一次转速。转速公式为：n＝d/(360°×t)，d为齿在齿盘中对应的实际角度，t为对应齿经过接近开关的时间，360°表示一整圈，如齿在齿盘中对应的角度d＝36°，齿经过接近开关的时间t＝20ms，代入公式，得n＝5(r/s)。计算所得转速结果与上述公式计算相同，只是转速计算的响应时间短了，由0.2s变为了20ms。

由此可见，只要齿对应的角度准确，再加上齿经过接近开关的时间计量也精准，那计算出的转速精度就会很高。由于齿经过接近开关的时间是由高速时钟测速装置计量，精准度会很高，所以转速精度的影响主要取决于齿盘中齿的均匀程度。如一个10个齿的编码盘，均匀分布的话，应该每个齿对应的角度为36°，但在实际工作当中由于加工精度的局限性，齿盘上齿与齿之间的距离不可能完全相等，或者说齿距不可能完全均匀，那齿对应的角度也就不是精确的36°，齿经过接近开关的时间也不是36°角对应的齿经过接近开关的时间。对于高灵敏度的接近开关来说，它是通过扫描齿与齿之间的时间来计算速度的，即使旋转体实际转速没变，齿与齿之间不同的间隔就会反应出转速的变化。由于转速的测量误差，进而导致旋转体向错误的方向调速，

本发明实施例涉及的齿盘测速系统，采用双齿盘双接近开关方式，其中的单齿盘是多齿盘各齿角度的存储依据，系统检测到单齿盘的脉冲信号上升沿之后，开始检测多齿盘两相邻脉冲信号上升沿之间的时间，并取出事先存储的多齿盘角度数据，代入转速公式计算，便可以精确地计算出当前的发电机转速。

由于多齿盘每一个齿的上升沿都会计算一次旋转体速度，而不是等多齿盘转几个脉冲甚至很多圈脉冲之后才计算速度，所以测速的响应时间很短，又加上多齿盘每一个齿对应的角度事先自动精密测量并存储在测速装置中，并不是按齿数平均分配每个齿的角度，如此就保证了每个齿计算速度的精确性。

更进一步地阐述，由转速公式(d为齿在齿盘中对应的实际角度，t为对应齿经过接近开关的时间，360°表示一整圈。)可以看出，只要d和t测量准确，则计算出的转速n将会准确。因为齿的加工精度误差较大，d不能按齿数平均计算角度得到。为了得到每个齿准确的对应角度，并依次存储，又能方便准确的取出。本发明实施例涉及的齿盘测速系统采用双齿盘双接近开关方式，齿盘由单齿盘和多齿盘组成，位置相对固定，双接近开关固定在齿盘附近，其中检测面与齿之间保持一定检测距离，既要能检测到齿的信息，又要保证不被齿摩擦或打坏，具体可参见如图3所示。

单齿盘为多齿盘提供起始编码和取码信息，多齿盘各齿对应角度的存储和取出就是以单齿盘信号为参照的，单齿盘齿的大小与多齿盘齿的大小基本相同，但相互错开一定角度，目的是不使单齿盘的脉冲和多齿盘发出的脉冲重叠，时间上保持先后关系。旋转体转动时，两齿盘也跟着转动，若一直匀速转动，两接近开关输出的脉冲波形如图6所示。上边波形为单齿盘接近开关输出的波形，下边波形为多齿盘输出的波形。

从图6可以看出，继单齿盘上升沿之后的第一个多齿盘脉冲上升沿到第二个脉冲的上升沿的时间，记为第一个齿距的时间t1；从第二个脉冲上升沿到第三个脉冲上升沿的时间，记为第二个齿距的时间t2；依此类推，第N个脉冲上升沿到第N+1个脉冲上升沿的时间，记为第N个齿距的时间tN。在单齿盘的脉冲上升沿再次到来后，紧接着多齿盘出现的上升沿为多齿盘的一圈的第一个脉冲上升沿，与多齿盘之前的一个脉冲上升沿之间的时间记为最后一个齿的时间tE。单齿盘脉冲两次上升沿之间的时间T，表示旋转体转轴转一周的时间。

为了测速装置能准确的测得多齿盘齿距对应的角度，首先让发电机转速保持匀速转动，在检测到单齿盘脉冲信号的上升沿之后，开始记录多齿盘脉冲两上升沿之间的时间t1、t2……tE，在记录完时间后，分别在测速装置中按公式计算出各齿距在齿盘中对应的角度d1、d2……dE的值并保存在测速装置的存储器(掉电保存)中。公式中t是多齿盘两脉冲上升沿之间的时间，就是上面提到的t1、t2、tE；d是多齿盘中齿距对应的角度。

需要测速时，测速装置在检测到由单齿盘对应接近开关提供的脉冲信号上升沿后，开始记录多齿盘第一个脉冲上升沿到第二个脉冲上升沿的时间t1。在检测到第二个脉冲上升沿后，测速装置从存储器中取出对应角度d1，与记录的时间t1代入转速公式，计算得到当前旋转体的转速n。

即本发明实施例涉及的齿盘测速系统通过单齿盘脉冲信号给多齿盘脉冲信号提供相对位置，根据两齿盘的编码位置确定多齿盘每个测量齿对应的角度并按顺序存储起来，以便后续测速时，作为速度计算的基准。

如图7所示为齿盘测速系统拓扑图，单齿盘、多齿盘转动时，两接近开关分别输出单齿盘脉冲信号和多齿盘脉冲信号，测量装置在检测到单齿盘脉冲信号后，依次检测多齿盘信号并取出事先存储的相应角度数据，代入速度公式计算转速。在双齿盘转动时双接近开关输出两路脉冲信号，单齿信号给多齿信号提供标定起始位置和检测位置。测速时，测量装置根据两接近开关提供的脉冲信号，实时的计算出当前旋转体的转速，并通过通信或电流输出方式将计算结果输出。

由上所述，相较于现有技术而言，本发明实施例涉及的齿盘测速系统与方法，不但测速精度高，而且相应时间短，即提高了测速响应速度，又提高了测速精度，提高了旋转体调速器的稳定性；并且通过光耦隔离，软件测速，提高了装置的抗干扰能力，显著地提高了旋转体转速测量的精确性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种齿盘测速系统，其特征在于，包括：

单齿盘；与所述单齿盘同轴固定的多齿盘；

第一接近开关，与所述单齿盘相对设置；

第二接近开关，与所述多齿盘相对设置；

测速信号处理装置，用于接收所述第一接近开关、所述第二接近开关输出的脉冲信号并处理计算出旋转体的转速值。

2.根据权利要求1所述的齿盘测速系统，其特征在于，所述单齿盘上的齿的形状大小与多齿盘上的齿的形状大小相同。

3.根据权利要求2所述的齿盘测速系统，其特征在于，所述单齿盘上的齿与所述多齿盘上的齿相对固定并错开设置。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的齿盘测速系统，其特征在于，测速信号处理装置包括：信号转换模块和测速控制器；所述信号转换模块用于对所述第一接近开关、所述第二接近开关发出的信号进行整形隔离并发至所述测速控制器。

5.根据权利要求4中所述的齿盘测速系统，其特征在于，所述测速控制器包括：

存储器，用于存储多齿盘中相邻齿的角度差；

时间计算模块，用于获取所述第一接触开关和所述第二接触开关输出的上沿信号周期；

计算处理模块，用于接收所述第一接近开关输出的单齿盘脉冲信号、所述第二接近开关输出的多齿盘脉冲信号，并获取所述存储器内存储的角度数据，代入速度公式：n＝d/(360°×t)计算旋转体的转速值。

6.根据权利要求5中所述的齿盘测速系统，其特征在于，所述测速信号处理装置还包括：4～20mA电流转换模块。

7.一种齿盘测速方法，其特征在于，包括以下步骤：获取并存储单齿盘脉冲两次上升沿之间的时间T；获取并存储多齿盘相邻两齿脉冲上升沿的时间间隔t1、t2……tE；计算并存储多齿盘对应相邻两齿在齿盘中的角度d1、d2……dE；测试并记录多齿盘相邻两齿脉冲上升沿的时间t，读取出该相邻两齿对应的角度d，计算得到当前旋转体的转速n。

8.根据权利要求7所述的齿盘测速系统，其特征在于，计算得到当前旋转体的转速n具体为：将多齿盘相邻两齿脉冲上升沿的时间t，读取出的相邻两齿对应的角度d代入转速公式n＝d/(360°×t)计算得到当前旋转体的转速n。

9.根据权利要求8所述的齿盘测速系统，其特征在于，计算并存储多齿盘相邻的齿距在齿盘中对应的角度d1、d2……dE具体为：d＝[t/(t1+t2+……+tE)]×360°。

10.根据权利要求9所述的齿盘测速系统，其特征在于，还包括步骤：调整第一接近开关的检测面到单齿盘的齿的距离；调整第二接近开关的检测面到多齿盘的齿的间距。