CN111965380A - 一种集成多种转速测量方法的转速测量演示平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成多种转速测量方法的转速测量演示平台及方法，平台包括演示台支架，演示台支架上设有彼此之间通过联轴器相连接的驱动电机、动态扭矩传感器和主轴，主轴上设有第一皮带轮、霍尔式转速传感器测速齿轮以及磁电式转速传感器测速齿轮，演示台支架上还设有转速传感器支架和旋转编码器，转速传感器支架上设有用于分别针对齿轮测速的霍尔式转速传感器以及磁电式转速传感器，第一皮带轮通过皮带与第二皮带轮相连接，第二皮带轮与旋转编码器相连接。与现有技术相比，本发明集成了多种转速测量方法，直观地展现出各种测量方法的异同，方便对相应的转速测量方法原理进行深入了解，并且具有一定的可扩展性，便于演示更多的转速测量方法。

Description

一种集成多种转速测量方法的转速测量演示平台及方法

技术领域

本发明涉及转速测量技术领域，尤其是涉及一种集成多种转速测量方法的转速测量演示平台及方法。

背景技术

随着本科汽车试验相关学习的不断深入，转速信号作为多项车辆测试必需采集的重要信号之一，掌握其测量方法对于学生汽车试验知识的学习具有重要帮助。

工程上，转速信号有多种测量方法。直接法和间接法，如：光电码盘转速测量法、霍尔元件转速测量法、磁电式转速测量法、测速发电机转速测量法、离心式转速测量法等。

不同的转速测量方法采用不同的测量原理，比如：

光电式转速测量法：码盘与旋转体集成一体，进行旋转。光电开关通过光电效应，做门电路处理，输出一个高低电平脉冲信号。脉冲信号比例于转速，实现物理量转速到电信号的转化。

霍尔元件转速测量法：将磁性转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，磁性转盘便随之转动，固定在磁性转盘附近的霍尔开关集成传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知道被测对象的转速。磁性转盘上的小磁铁数目的多少，决定传感器的分辨率。

磁电式转速测量法：磁电式转速测量由永磁铁、线圈、磁盘等组成。在磁盘上加工有齿形凸起，磁盘装在被测转轴，与转轴一起旋转。当转轴旋转时，磁盘的凹凸齿形将引起磁盘与永久磁铁间气隙大小的变化，从而使永久磁铁组成的磁路中磁通量随之发生变化。有磁路通过的感应线圈，当磁通量发生突变时，感应出一定幅度的脉冲电势，检测单位时间的脉冲数，便可知道被测对象的转速。

测速发电机：测速发电机是输出电动势与转速成比例的微特电机。测速发电机的绕组和磁路经精确设计，其输出电动势E和转速n成线性关系，即E＝Kn，K是常数。改变旋转方向时输出电动势的极性即相应改变。在被测机构与测速发电机同轴联接时，只要检测出输出电动势，就能获得被测机构的转速。

除测量原理不同外，他们在测量精度、测量线性度、工作范围、抗干扰能力等均有不同程度的差别。

能够深入了解各测量方法原理并比较各测量方法的测量特点及适用范围对学生汽车试验相关知识的学习十分重要。

为了直观地将多种测量方法的测量过程同时展示出来，需要设计一种集成多种转速测量方法的转速测量演示台及配套测量方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种集成多种转速测量方法的转速测量演示平台及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种集成多种转速测量方法的转速测量演示平台，该平台包括演示台支架，所述演示台支架上设有彼此之间通过联轴器相连接的驱动电机、动态扭矩传感器和主轴，所述主轴上设有第一皮带轮、霍尔式转速传感器测速齿轮以及磁电式转速传感器测速齿轮，所述演示台支架上还设有转速传感器支架和旋转编码器，所述转速传感器支架上设有用于分别与所述霍尔式转速传感器测速齿轮和所述磁电式转速传感器测速齿轮对应测速的霍尔式转速传感器以及磁电式转速传感器，所述第一皮带轮通过皮带与第二皮带轮相连接，所述第二皮带轮与所述旋转编码器相连接。

进一步地，所述的演示台支架的顶角位置处还设有用于支撑整个转速测量演示平台并保证运行稳定的垫块。

进一步地，所述演示台支架上通过螺栓连接设置有用于安装所述驱动电机的电机支架，所述驱动电机通过螺栓连接设置于所述电机支架上。

进一步地，所述动态扭矩传感器通过螺栓以及设置于所述演示台支架上的对应预留孔与所述演示台支架相连接。

进一步地，所述演示台支架上设有预留槽，所述演示台支架通过所述预留槽以及螺栓连接设置有用于安装所述旋转编码器的旋转编码器支架，所述旋转编码器通过螺栓连接设置于所述旋转编码器支架上。

进一步地，所述主轴的两端分别与主轴轴承插接连接，所述主轴轴承安装于设置在所述演示台支架上的主轴支架的轴承孔中。

进一步地，所述主轴支架包括主轴支架上片和主轴支架下片，所述主轴支架上片通过螺栓以及设置于所述演示台支架上的对应预留孔与所述演示台支架相连接，所述主轴支架上片通过螺栓与所述主轴支架下片相连接以将所述主轴轴承固定。

进一步地，所述演示台支架上还设有用于衬垫所述转速传感器支架以调节传感器高度的传感器支架垫块，所述传感器支架垫块通过螺栓安装于所述演示台支架上的对应预留槽中，所述转速传感器支架通过螺栓安装于所述传感器支架垫块上的对应预留槽中。

进一步地，所述霍尔式转速传感器以及所述磁电式转速传感器通过防松螺母安装于所述转速传感器支架上的对应预留槽中，通过螺纹调节所述霍尔式转速传感器以及所述磁电式转速传感器与所述霍尔式转速传感器测速齿轮和所述磁电式转速传感器测速齿轮之间的对应距离以安装于最佳测速位置。

本发明还提供一种基于所述的集成多种转速测量方法的转速测量演示平台的转速测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：安装转速测量演示平台各部件，并将所述动态扭矩传感器、所述旋转编码器、所述霍尔式转速传感器、所述磁电式转速传感器的输出线经过数据采集装置与电脑相连接；

步骤2：开始测量时，将所述驱动电机与直流电源和控制器相连接以调节转速；

步骤3：所述驱动电机通过所述联轴器与所述动态扭矩传感器相连接，所述动态扭矩传感器输出扭矩与转速信号数据经过数据采集装置传输至所述电脑；

步骤4：所述动态扭矩传感器通过所述联轴器与所述主轴相连接，所述主轴带动安装于自身上的所述第一皮带轮、所述霍尔式转速传感器测速齿轮以及所述磁电式转速传感器测速齿轮转动；

步骤5：所述第一皮带轮经过所述皮带带动所述第二皮带轮旋转，所述第二皮带轮与所述旋转编码器相连接并读取所述第二皮带轮的转速信号；

步骤6：所述霍尔式转速传感器通过所述霍尔式转速传感器测速齿轮读取所述主轴转速，并将对应信号经过数据采集装置传输至所述电脑；

步骤7：所述磁电式转速传感器通过所述磁电式转速传感器测速齿轮读取所述主轴转速，并将对应信号经过数据采集装置传输至所述电脑；

步骤8：所述数据采集装置将所有信号放大处理后得到各传感器输出信号，并经过计算得到最终各传感器测得的转速信号；

步骤9：通过比较各传感器测得的转速信号各自对应的传感器测速原理以及所测转速信号差异，得到最终转速测量数据结果。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明平台包括演示台支架，演示台支架上设有彼此之间通过联轴器相连接的驱动电机、动态扭矩传感器和主轴，主轴上设有第一皮带轮、霍尔式转速传感器测速齿轮以及磁电式转速传感器测速齿轮，演示台支架上还设有转速传感器支架和旋转编码器，转速传感器支架上设有用于分别与霍尔式转速传感器测速齿轮和磁电式转速传感器测速齿轮对应测速的霍尔式转速传感器以及磁电式转速传感器，第一皮带轮通过皮带与第二皮带轮相连接，第二皮带轮与旋转编码器相连接，集成了多种转速测量方法，直观地展现出各种测量方法的异同，方便对相应的转速测量方法原理及测量范围进行更加深度的了解。

(2)本发明具有一定的可扩展性，便于后续演示更多的转速测量方法。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中，1为演示台支架，2为驱动电机，3为电机支架，4为动态扭矩传感器，5为梅花联轴器，6为主轴，7为第一主轴支架，8为第二主轴支架，9为第一皮带轮，10为霍尔式转速传感器测速齿轮，11为磁电式转速传感器测速齿轮，12为主轴轴承，13为第二皮带轮，14为皮带，15为旋转编码器，16为旋转编码器支架，17为霍尔式转速传感器，18为磁电式转速传感器，19为转速传感器支架，20为传感器支架垫块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

具体实施例

如图1所示为本发明一种转速测量原理教学演示台，集成了多种转速测量方法，直观地同时展现出各种测量方法的异同，并且具有一定的可扩展性，便于演示更多的转速测量方法。

其主体部分包括：演示台支架1，驱动电机2，用于安装驱动电机2的电机支架3。安装了第一皮带轮9、两个测速齿轮，霍尔式转速传感器测速齿轮10和磁电式转速传感器测速齿轮11的主轴6，用于安装主轴6的主轴轴承12、第一主轴支架7以及第二主轴支架8。

动态扭矩传感器部分包括：动态扭矩传感器4。

旋转编码器部分包括：旋转编码器15，用于安装旋转编码器15的旋转编码器支架16，与旋转编码器15相连的第二皮带轮13，连接第二皮带轮13与第一皮带轮9的皮带14以及安装在主轴6上的第一皮带轮9。

霍尔传感器与磁电式传感器部分包括：霍尔式转速传感器17、磁电式转速传感器18、用于安装传感器的传感器支架19、用于垫高传感器的传感器支架垫块20，以及两个安装在主轴6上的测速齿轮，霍尔式转速传感器测速齿轮10和磁电式转速传感器测速齿轮11。

其他部分：驱动电机2、动态扭矩传感器4与主轴6通过两个梅花联轴器5相连以传递动力。

具体而言：

演示台主体及各支架为保证其耐久性，均使用铝合金制造。

演示台从驱动端起，依次演示了动态扭矩传感器、旋转编码器(带轮驱动)、霍尔元件转速测量法、磁电式转速测量法。

演示台支架四角具有垫块将演示平台提高并保证演示台运行中的稳定。演示台支架平台预留多孔或槽用以安装各电机、主轴、传感器支架等。

驱动电机为无刷直流电机，通过螺栓连接安装在电机支架上，电机支架同样通过螺栓连接安装在演示台支架的对应预留孔上。

动态扭矩传感器通过螺栓连接安装在演示台支架的对应预留孔上。

主轴按顺序安装第一皮带轮，霍尔式转速传感器测速齿轮，磁电式转速传感器测速齿轮。主轴两端穿过主轴轴承，主轴轴承安装在主轴支架的轴承孔中。

主轴支架为上下两片结构，主轴支架下片通过螺栓连接在演示台支架的对应预留孔中，主轴支架上片通过螺栓结构与主轴支架下片相连，同时将主轴轴承固定。

驱动电机、动态扭矩传感器、主轴的旋转轴线安装在同一直线上。三者通过两个梅花联轴器按照驱动电机-动态扭矩传感器-主轴的对应顺序依次连接起来，以传递动力。

安装在主轴上的第一皮带轮与同平面的第二皮带轮通过皮带相连。第二皮带轮安装在旋转编码器的轴上。

旋转编码器通过螺栓连接在旋转编码器支架上。旋转编码器支架通过螺栓连接在演示台支架的对应预留槽中。同时保证第二皮带轮轴心与第一皮带轮轴心同高。

演示台支架为旋转编码器支架预留通槽，通槽的长端方向与大第一皮带轮安装平面平行。旋转编码器支架可在通槽内游动，用以调节大第一皮带轮的中心距。

霍尔式转速传感器与磁电式转速传感器分别通过防松螺母安装在传感器支架的槽中，传感器可通过螺纹调节其与安装在主轴上的测速齿轮的距离，以将其安装在测速的最佳位置。

传感器支架垫在传感器支架垫块上，用以调节传感器的高度，使其轴线高度与主轴轴线高度保持一致。传感器支架通过螺栓连接，穿过传感器支架的预留槽，安装在演示台支架的对应预留槽中。

演示台支架预留槽、传感器支架垫块预留槽、传感器支架预留槽、传感器调节螺纹等共同支持了传感器的位置调节。

演示台主轴末端与演示台支架末端为连接拓展演示台预留位置，支持后续同时展示更多转速测量方法，具备可拓展性。

基于本发明演示台的实际转速测量方法实施例如下：

开展演示实验具有以下步骤：

1)准备阶段，安装好演示台各部件，并将动态扭矩传感器、旋转编码器、霍尔式转速传感器、磁电式转速传感器的数据线分别接入数据采集装置并连接电脑；

2)演示时，将驱动电机连接直流电源与控制器，调节驱动电机转速；

3)驱动电机通过联轴器与动态扭矩传感器相连，动态扭矩传感器输出扭矩与转速信号；

4)动态扭矩传感器通过联轴器与主轴相连，主轴带动安装在主轴上的第一皮带轮与两个测速齿轮一同转动；

5)第一皮带轮通过皮带带动安装在旋转编码器轴上的第二皮带轮，旋转编码器读取第二皮带轮的转速信号；

6)霍尔式转速传感器通过第一个测速齿轮读取主轴转速；

7)磁电式转速传感器通过第二个测速齿轮读取主轴转速；

8)计算机通过数据采集装置的信号放大处理，得到各传感器输出信号，并通过计算得到最终各传感器测得转速信号。

9)比较各传感器测速原理与所测转速信号精度、线性度等各项差异。

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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种集成多种转速测量方法的转速测量演示平台，其特征在于，该平台包括演示台支架(1)，所述演示台支架(1)上设有彼此之间通过联轴器相连接的驱动电机(2)、动态扭矩传感器(4)和主轴(6)，所述主轴(6)上设有第一皮带轮(9)、霍尔式转速传感器测速齿轮(10)以及磁电式转速传感器测速齿轮(11)，所述演示台支架(1)上还设有转速传感器支架(19)和旋转编码器(15)，所述转速传感器支架(19)上设有用于分别与所述霍尔式转速传感器测速齿轮(10)和所述磁电式转速传感器测速齿轮(11)对应测速的霍尔式转速传感器(17)以及磁电式转速传感器(18)，所述第一皮带轮(9)通过皮带(14)与第二皮带轮(13)相连接，所述第二皮带轮(13)与所述旋转编码器(15)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种集成多种转速测量方法的转速测量演示平台，其特征在于，所述的演示台支架(1)的顶角位置处还设有用于支撑整个转速测量演示平台并保证运行稳定的垫块。

3.根据权利要求1所述的一种集成多种转速测量方法的转速测量演示平台，其特征在于，所述演示台支架(1)上通过螺栓连接设置有用于安装所述驱动电机(2)的电机支架(3)，所述驱动电机(2)通过螺栓连接设置于所述电机支架(3)上。

4.根据权利要求1所述的一种集成多种转速测量方法的转速测量演示平台，其特征在于，所述动态扭矩传感器(4)通过螺栓以及设置于所述演示台支架(1)上的对应预留孔与所述演示台支架(1)相连接。

5.根据权利要求1所述的一种集成多种转速测量方法的转速测量演示平台，其特征在于，所述演示台支架(1)上设有预留槽，所述演示台支架(1)通过所述预留槽以及螺栓连接设置有用于安装所述旋转编码器(15)的旋转编码器支架(16)，所述旋转编码器(15)通过螺栓连接设置于所述旋转编码器支架(16)上。

6.根据权利要求1所述的一种集成多种转速测量方法的转速测量演示平台，其特征在于，所述主轴(6)的两端分别与主轴轴承(12)插接连接，所述主轴轴承(12)安装于设置在所述演示台支架(1)上的主轴支架的轴承孔中。

7.根据权利要求6所述的一种集成多种转速测量方法的转速测量演示平台，其特征在于，所述主轴支架包括主轴支架上片和主轴支架下片，所述主轴支架上片通过螺栓以及设置于所述演示台支架(1)上的对应预留孔与所述演示台支架(1)相连接，所述主轴支架上片通过螺栓与所述主轴支架下片相连接以将所述主轴轴承(12)固定。

8.根据权利要求1所述的一种集成多种转速测量方法的转速测量演示平台，其特征在于，所述演示台支架(1)上还设有用于衬垫所述转速传感器支架(19)以调节传感器高度的传感器支架垫块(20)，所述传感器支架垫块(20)通过螺栓安装于所述演示台支架(1)上的对应预留槽中，所述转速传感器支架(19)通过螺栓安装于所述传感器支架垫块(20)上的对应预留槽中。

9.根据权利要求1所述的一种集成多种转速测量方法的转速测量演示平台，其特征在于，所述霍尔式转速传感器(17)以及所述磁电式转速传感器(18)通过防松螺母安装于所述转速传感器支架(19)上的对应预留槽中，通过螺纹调节所述霍尔式转速传感器(17)以及所述磁电式转速传感器(18)与所述霍尔式转速传感器测速齿轮(10)和所述磁电式转速传感器测速齿轮(11)之间的对应距离以安装于最佳测速位置。

10.一种基于如权利要求1至9中任一项所述的集成多种转速测量方法的转速测量演示平台的转速测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：安装转速测量演示平台各部件，并将所述动态扭矩传感器(4)、所述旋转编码器(15)、所述霍尔式转速传感器(17)、所述磁电式转速传感器(18)的输出线经过数据采集装置与电脑相连接；

步骤2：开始测量时，将所述驱动电机(2)与直流电源和控制器相连接以调节转速；

步骤3：所述驱动电机(2)通过所述联轴器与所述动态扭矩传感器(4)相连接，所述动态扭矩传感器(4)输出扭矩与转速信号数据经过数据采集装置传输至所述电脑；

步骤4：所述动态扭矩传感器(4)通过所述联轴器与所述主轴(6)相连接，所述主轴(6)带动安装于自身上的所述第一皮带轮(9)、所述霍尔式转速传感器测速齿轮(10)以及所述磁电式转速传感器测速齿轮(11)转动；

步骤5：所述第一皮带轮(9)经过所述皮带(14)带动所述第二皮带轮(13)旋转，所述第二皮带轮(13)与所述旋转编码器(15)相连接并读取所述第二皮带轮(13)的转速信号；

步骤6：所述霍尔式转速传感器(17)通过所述霍尔式转速传感器测速齿轮(10)读取所述主轴(6)转速，并将对应信号经过数据采集装置传输至所述电脑；

步骤7：所述磁电式转速传感器(18)通过所述磁电式转速传感器测速齿轮(11)读取所述主轴(6)转速，并将对应信号经过数据采集装置传输至所述电脑；

步骤8：所述数据采集装置将所有信号放大处理后得到各传感器输出信号，并经过计算得到最终各传感器测得的转速信号；

步骤9：通过比较各传感器测得的转速信号各自对应的传感器测速原理以及所测转速信号差异，得到最终转速测量数据结果。

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