CN110455178A - 一种基于三轴磁力计的旋转部件旋转状态参数检测传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三轴磁力计的旋转部件旋转状态参数检测传感器，所述罩壳通过穿过所述凸台的固定螺栓固定在所述凸台上面，所述传感器主控电路板安装在所述罩壳内顶部，所述三轴磁力计模块安装在所述传感器主控电路板上，所述传感器主控电路板上设有处理器单元、电源模块和数据通讯单元，所述数据通讯单元采用RS485接口和通讯协议，所述三轴磁力计模块对磁性部件生成的磁场进行检测并向所述处理器单元发送测得的磁场强度信号，所述处理器单元对磁场强度信号进行处理转化为旋转部件的转动弧度信息后经数据通讯单元向外发送。本发明具有检测准确，耐受潮湿和多尘屑环境，无需与旋转部件直接连接的优点。

Description

一种基于三轴磁力计的旋转部件旋转状态参数检测传感器

技术领域

本发明属于感应器领域，具体涉及一种基于三轴磁力计的旋转部件旋转状态参数检测传感器。

背景技术

在检测旋转部件的旋转状态时现有技术中多采用角度传感器，角度传感器广泛应用在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等领域，主要起对零件旋转的角度进行检测并传输给控制系统以达到实现功能变换的作用。不过角度传感器需要与转动部件的轴心处相连在很多场景中无法使用。比如旋转部件的轴端设有其他部件不能直接连接传感器，或者灰尘碎屑较多，容易对角度传感器上的转轴部分造成磨损，影响检测精度。因此现在需要一种无需直接与旋转部件连接就能精确检测旋转部件转动状态的传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三轴磁力计的旋转部件旋转状态参数检测传感器，以解决现有技术中难以检测不便于直接连接的旋转部件的转动状态，以及感应器的转轴容易受灰尘碎屑磨损的问题。

所述的基于三轴磁力计的旋转部件旋转状态参数检测传感器，包括三轴磁力计模块、传感器主控电路板、铸铝主壳体、防水防尘接插件和独立设置在旋转部件上的磁性部件，所述铸铝主壳体包括底座和罩壳，所述底座上设有与罩壳下端匹配的凸台，所述罩壳通过穿过所述凸台的固定螺栓固定在所述凸台上面，所述传感器主控电路板安装在所述罩壳内顶部，所述三轴磁力计模块安装在所述传感器主控电路板上，所述传感器主控电路板上设有处理器单元、电源模块和数据通讯单元，所述数据通讯单元采用RS485接口和通讯协议，所述三轴磁力计模块对磁性部件生成的磁场进行检测并向所述处理器单元发送测得的磁场强度信号，所述处理器单元对磁场强度信号进行处理转化为旋转部件的转动弧度信息后经数据通讯单元向外发送。

优选的，所述罩壳侧面设有接插通槽，所述接插通槽中安装有所述RS485 接口，RS485接口连接到所述数据通信单元，所述防水防尘接插件固定安装在所述接插通槽外侧，包括外套层、内套底和内套层，所述内套层位于所述外套层内通过内套底与所述外层连为一体，在插接套插口处所述内套层与所述外套层之间形成插槽，所述接插通槽与所述RS485接口之间通过安装套固定，所述安装套与所述内套底之间设有弹性密封圈。

优选的，所述罩壳下端面设有环绕所述罩壳开口的密封凸边，所述凸台上面设有与所述密封凸边对应密封槽，所述密封槽包括插入所述密封凸边的凸边插槽和位于所述凸边插槽底部侧面的密封环槽，所述密封环槽中设有密封环，所述密封凸边插入到所述密封槽压在所述密封环上。

优选的，所述接插通槽内侧设有凹止口，所述弹性密封圈粘接在所述安装套一侧，所述安装套另一侧压在所述凹止口上。

优选的，所述磁性部件包括磁体安装件和永磁体，所述磁体安装件上部为包在所述永磁体外的凹槽结构而下部为连接到旋转部件上的连接结构。

优选的，所述永磁体为圆柱体，所述凹槽结构的内腔与所述永磁体过盈配合，所述连接结构为固定在所述凹槽结构底部的螺纹柱。

本发明利用三轴磁力计模块作为检测磁场强度的手段，通过在旋转部件上设置磁性部件，生成随旋转部件转动而产生变化的磁场。这样传感器的检测部分不必与旋转部件直接连接，而是通过固定在正对磁性部件的位置，通过检测该固定位置在旋转部件相对其转动时磁性部件生成磁场强度变化，依据这种磁场周期性变化与时间的关系符合正弦曲线函数的原理，解析出此过程中旋转部件在每个时刻下的旋转状态，即转动的弧度，这样解决了之前提出的传感器难以检测不便于直接连接的旋转部件的转动状态的问题。而且，通过设定检测磁场强度的阈值，周期性采样和对检测结果进行滤波等方式能有效排除外界磁场产生的干扰，因此能保证较高的准确性，也不会因为检测环境恶劣，而产生感应器上可动部件容易磨损的缺陷。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1所示结构的主视图；

图3为本发明的爆炸图；

图4为图1所示结构中防水防尘接插件的局部放大图；

图5为本发明中磁性部件的结构示意图；

图6为本发明中各个电路模块的连接结构图。

上述附图中的附图标记为：

1、罩壳，11、密封凸边，2、底座，21、凸台，3、防水防尘接插件，31、外套层，32、内套底，33、内套层，34、环形卡接槽，35、弹性密封圈，36、接插通槽，4、传感器主控电路板，5、三轴磁力计模块，6、密封环，7、RS485接口，8、永磁体，9、磁体安装件。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

实施例1：

如图1-6所示，本实施例中本发明提供了一种基于三轴磁力计的旋转部件旋转状态参数检测传感器，包括三轴磁力计模块5、传感器主控电路板4、铸铝主壳体、防水防尘接插件3和独立设置在旋转部件上的磁性部件，所述铸铝主壳体包括底座2和罩壳1，所述底座2上设有与罩壳1下端匹配的凸台21，所述罩壳1通过穿过所述凸台21的固定螺栓固定在所述凸台21上面。

所述传感器主控电路板4安装在所述罩壳1内顶部，所述三轴磁力计模块5 安装在所述传感器主控电路板4上，所述传感器主控电路板4上设有处理器单元、电源模块和数据通讯单元。所述数据通讯单元采用RS485接口7和通讯协议，所述三轴磁力计模块5对磁性部件生成的磁场进行检测并向所述处理器单元发送测得的磁场强度信号，所述处理器单元对磁场强度信号进行处理转化为旋转部件的转动弧度信息后经数据通讯单元向外发送。电源模块分别对三轴磁力计模块 5、处理器单元和数据通讯单元根据各自要求进行供电。

所述磁性部件包括磁体安装件9和永磁体8，所述磁体安装件9上部为包在所述永磁体8外的凹槽结构而下部为连接到旋转部件上的连接结构。所述永磁体 8为圆柱体，所述凹槽结构的内腔与所述永磁体8过盈配合，所述连接结构为固定在所述凹槽结构底部的螺纹柱。只要在旋转部件的安装位置进行打孔即可通过螺母与螺纹柱连接实现磁性部件的固定。此外磁体安装件9也可以采用焊接或卡接方式安装在旋转部件上。

转动部件在碎屑较多或有水的环境下容易发生生锈、腐蚀和磨损，在本方案中为了提高本传感器的使用寿命，传感器的接口和铸铝主壳体的连接结构处都要保证密封。所述罩壳1侧面设有接插通槽36，所述接插通槽36中安装有所述 RS485接口7，RS485接口7连接到所述数据通信单元，所述防水防尘接插件3 固定安装在所述接插通槽36外侧，包括外套层311、内套底312和内套层313，所述内套层313位于所述外套层311内通过内套底312与所述外层连为一体，在插接套插口处所述内套层313与所述外套层311之间形成插槽，所述接插通槽 36与所述RS485接口7之间通过安装套37固定，所述安装套37与所述内套底 312之间设有弹性密封圈32。

所述接插通槽37内侧设有凹止口14，所述弹性密封圈32粘接在所述安装套37一侧，所述安装套37另一侧压在所述凹止口14上。安装套37紧固套接在 RS485接口7上实现密封，内套底压住弹性密封圈32提高了安装套37与接插通槽36之间的密封性，防止碎屑和水渗入检测部分，以免内部电路发生损坏。

所述罩壳1下端面设有环绕所述罩壳1开口的密封凸边11，所述凸台21 上面设有与所述密封凸边11对应密封槽，所述密封槽包括插入所述密封凸边11 的凸边插槽和位于所述凸边插槽底部侧面的密封环6槽，所述密封环6槽中设有密封环6，所述密封凸边11插入到所述密封槽压在所述密封环6上。上述结构实现了罩壳1与底座2连接处的密封，提高使用寿命。

本发明的安装使用过程如下：

首先将本检测传感器安装旋转部件通过连接在底座上的螺栓固定在对应的支撑物上，将磁性部件固定在旋转部件上，令检测传感器正对所述永磁体方向。旋转部件转动时永磁体8一同运动，周期性接近传感器的检测部分。当旋转部件转动时，三轴磁力计模块5能检测到永磁体8产生的磁场做周期性变化，三轴磁力计模块5将以磁场一个分量方向的磁场强度的信息作为检测结果向所述处理器单元发送，所述处理器单元以设定阈值、采样处理和滤波处理等方式将获得的磁场强度信息进行处理，减少外界磁场造成的干扰，提高检测的准确性。之后在根据磁场强度和时间之间的关系符合正弦曲线函数，由此计算出转动弧度，从而将所获得的信息转化为旋转部件的转动弧度信息，再经数据通讯单元向外发送。这样不仅减少了外界干扰，提高检测的准确性，又能防止常用角度感应器因感应器内转轴磨损造成的寿命减少，具有检测准确，耐受潮湿和多尘屑环境，无需与旋转部件直接连接的优点。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于三轴磁力计的旋转部件旋转状态参数检测传感器，其特征在于：包括三轴磁力计模块(5)、传感器主控电路板(4)、铸铝主壳体、防水防尘接插件(3)和独立设置在旋转部件上的磁性部件，所述铸铝主壳体包括底座(2)和罩壳(1)，所述底座(2)上设有与罩壳(1)下端匹配的凸台(21)，所述罩壳(1)通过穿过所述凸台(21)的固定螺栓固定在所述凸台(21)上面，所述传感器主控电路板(4)安装在所述罩壳(1)内顶部，所述三轴磁力计模块(5)安装在所述传感器主控电路板(4)上，所述传感器主控电路板(4)上设有处理器单元、电源模块和数据通讯单元，所述数据通讯单元采用RS485接口(7)和通讯协议，所述三轴磁力计模块(5)对磁性部件生成的磁场进行检测并向所述处理器单元发送测得的磁场强度信号，所述处理器单元对磁场强度信号进行处理转化为旋转部件的转动弧度信息后经数据通讯单元向外发送。

2.根据权利要求1所述的一种基于三轴磁力计的旋转部件旋转状态参数检测传感器，其特征在于：所述罩壳(1)侧面设有接插通槽(36)，所述接插通槽(36)中安装有所述RS485接口(7)，RS485接口(7)连接到所述数据通信单元，所述防水防尘接插件(3)固定安装在所述接插通槽(36)外侧，包括外套层(311)、内套底(312)和内套层(313)，所述内套层(313)位于所述外套层(311)内通过内套底(312)与所述外层连为一体，在插接套插口处所述内套层(313)与所述外套层(311)之间形成插槽，所述接插通槽(36)与所述RS485接口(7)之间通过安装套(37)固定，所述安装套(37)与所述内套底(312)之间设有弹性密封圈(32)。

3.根据权利要求2所述的一种基于三轴磁力计的旋转部件旋转状态参数检测传感器，其特征在于：所述罩壳(1)下端面设有环绕所述罩壳(1)开口的密封凸边(11)，所述凸台(21)上面设有与所述密封凸边(11)对应密封槽，所述密封槽包括插入所述密封凸边(11)的凸边插槽和位于所述凸边插槽底部侧面的密封环(6)槽，所述密封环(6)槽中设有密封环(6)，所述密封凸边(11)插入到所述密封槽压在所述密封环(6)上。

4.根据权利要求4所述的一种基于三轴磁力计的旋转部件旋转状态参数检测传感器，其特征在于：所述接插通槽(37)内侧设有凹止口(14)，所述弹性密封圈(32)粘接在所述安装套(37)一侧，所述安装套(37)另一侧压在所述凹止口(14)上。

5.根据权利要求4所述的一种基于三轴磁力计的旋转部件旋转状态参数检测传感器，其特征在于：所述磁性部件包括磁体安装件(9)和永磁体(8)，所述磁体安装件(9)上部为包在所述永磁体(8)外的凹槽结构而下部为连接到旋转部件上的连接结构。

6.根据权利要求5所述的一种基于三轴磁力计的旋转部件旋转状态参数检测传感器，其特征在于：所述永磁体(8)为圆柱体，所述凹槽结构的内腔与所述永磁体(8)过盈配合，所述连接结构为固定在所述凹槽结构底部的螺纹柱。