CN112066869B - 角位移传感系统及角位移分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种角位移传感系统及角位移分析方法，所述角位移传感系统包括：电感阵列，由至少两个电感组成；转动金属件，设于所述电感阵列的一侧，用于与所述电感阵列发生相对转动；驱动电路，与所述电感阵列连接；测量电路，与所述电感阵列连接；主控模块，分别与所述驱动电路和测量电路连接。本发明提供了一种新的角位移计量方法，通过检测电感在交变磁场中感应生成或者受驱动电路激励生成的一种或多种电学特性参数变化,从而确定转动金属件的转动信息。

Description

角位移传感系统及角位移分析方法

技术领域

本发明涉及角位移检测的技术领域，涉及一种角位移分析方法，特别是涉及一种角位移传感系统及角位移分析方法。

背景技术

角位移传感器采用非接触式设计，与同步分析器和电位计等其它传统的角位移测量仪相比，有效地提高了长期可靠性。它的设计独特，在不使用诸如滑环、叶片、接触式游标、电刷等易磨损的活动部件的前提下仍可保证测量精度。目前，常用的角位移传感器有以下三种情况：(1)将角度变化量的测量变为电阻变化测量的变阻器式角位移传感器；(2)将角度变化量的测量变为电容变化的测量的面积变化型电容角位移传感器；(3)将角度变化量的测量变为感应电动势变化量的测量的磁阻式角位移传感器等等。但现有的角位移传感器在灵敏度、抗干扰及可靠性等方面还有待进一步提高。

因此，如何提供一种角位移传感系统及角位移分析方法，以提供一种新型的检测参数多样、可靠性更高的的角位移检测装置，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种角位移传感系统及角位移分析方法，用于提供一种新型的结构简单、性能可靠的角位移检测装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种角位移传感系统，所述角位移传感系统包括：电感阵列，由至少两个电感组成；转动金属件，设于所述电感阵列的一侧，用于与所述电感阵列发生相对转动；驱动电路，与所述电感阵列连接；测量电路，与所述电感阵列连接；主控模块，分别与所述驱动电路和测量电路连接。

于本发明的一实施例中，所述驱动电路用于产生脉冲信号或者振荡信号，以激励与之连接的电感，并产生交变磁场，将受到激励的电感作为激励电感，未受到激励的电感作为感应电感；测量电路用于测量与之连接的电感的电学特性参数；主控模块用于控制和管理所述驱动电路和所述测量电路；并根据测量所述电学特性参数，进行所述转动金属件的转动分析，进而确定所述转动金属件的位置及其角位移速度和方向。

于本发明的一实施例中，所述电感阵列中的电感围绕转动中心，进行轴向扇形分布；所述电学特性参数的大小对应于所述电感和所述转动金属件的相对位置。

于本发明的一实施例中所述测量电路用于测量所述感应电感在交变磁场中感应生成电压、电流、电感值、信号频率、振幅、品质因数和阻尼系数中的一种或多种电学特性参数，或者测量所述激励电感受到激励时生成的电压、电流、电感值、信号频率、振幅、品质因数和阻尼系数中的一种或多种电学特性参数。

于本发明的一实施例中所述角位移传感系统还包括：至少两个开关电路组成的开关模块；所述主控模块产生开关控制信号，用于控制和管理所述开关模块；所述开关模块连接所述主控模块，接收开关控制信号，执行相应的开关通断操作；所述开关模块分别连接所述驱动电路和所述电感阵列，通过相应的开关通断操作，控制所述驱动电路激励所述电感阵列中一个或多个电感；所述开关模块分别连接所述测量电路和所述电感阵列，通过相应的开关通断操作，控制所述测量电路测量所述电感阵列中一个或多个电感。

于本发明的一实施例中，所述开关模块分别连接所述驱动电路和所述电感阵列，通过相应的开关通断操作，切换所述驱动电路和所述电感阵列中不同电感的连接，从而实现分时激励所述电感阵列中的不同电感。

本发明另一方面提供一种角位移分析方法，所述角位移分析方法包括：通过驱动电路产生驱动信号，激励电感阵列中的一个或多个电感；所述电感阵列由至少两个电感组成；通过测量电路测量所述电感阵列中的一个或多个电感的电学特性参数；通过主控模块根据测量所述电学特性参数，进行转动金属件的转动分析，进而确定所述转动金属件的位置及其角位移速度和方向。

于本发明的一实施例中，将受到激励的电感作为激励电感，未受到激励的电感作为感应电感；通过所述测量电路测量所述电感阵列中的一个或多个电感的电学特性参数的步骤包括：所述测量电路测量一个或多个所述感应电感在交变磁场中感应生成的电压、电流、电感值、信号频率、振幅、品质因数和阻尼系数中的一种或多种电学特性参数；或者所述测量电路测量一个或多个所述激励电感受到激励时生成的电压、电流、电感值、信号频率、振幅、品质因数和阻尼系数中的一种或多种电学特性参数；或者所述测量电路测量所述电感阵列中所有电感的电压、电流、电感值、信号频率、振幅、品质因数和阻尼系数中的一种或多种电学特性参数。

于本发明的一实施例中，所述转动金属件的转动分析的步骤包括：分析所述电学特性参数；所述电学特性参数大小与所述转动金属件的转动位置一一对应；根据同一电感的电学特性参数在不同时刻的大小变化，结合时间信息，确定所述转动金属件在不同时刻的位置，进一步根据所述不同时刻的位置确定所述角位移速度和方向；或根据不同电感的电学特性参数的大小比较信息，结合时间信息，确定所述转动金属件在不同时刻的位置，进一步根据所述不同时刻的位置确定角位移速度和方向。

于本发明的一实施例中，通过驱动电路产生驱动信号，激励电感阵列中的一个或多个电感的步骤包括：以预设的时间间隔，切换所述驱动电路和所述电感阵列中不同电感的连接，以分时激励所述电感阵列中不同的电感；遍历所述电感阵列中所有的电感，以分时激励所述电感阵列中的所有电感。

于本发明的一实施例中，通过测量电路测量所述电感阵列中的一个或多个电感的电学特性参数的步骤包括：以预设的时间间隔进行所述分时激励时，切换所述测量电路和所述电感阵列中不同电感的连接，以分时测量所述电感阵列中不同的电感；遍历所述电感阵列中所有的电感，以分时测量所述电感阵列中的所有电感。

如上所述，本发明所述的角位移传感系统及角位移分析方法，具有以下有益效果：

1.与现有技术的非接触角位移传感器相比，本发明可以感测的电感阵列与转动金属件的距离更长，灵敏度更高。

2.通过分时互换激励电感和感应电感，使得角位移传感系统的抗干扰性更强。

3.提供了一种新的角位移计量方法，通过检测电感在交变磁场中感应生成或者受驱动电路激励生成的一种或多种电学特性参数变化确定转动金属件的转动信息。

附图说明

图1显示为本发明的角位移传感系统于一实施例中的结构原理图。

图2显示为本发明的角位移传感系统于一实施例中的转动示意图。

图3显示为本发明的角位移传感系统于一实施例中的电路原理示意图。

图4显示为本发明的角位移传感系统于一实施例中的电感形状示意图。

图5显示为本发明的角位移传感系统于一实施例中的开关模块电路图。

图6显示为本发明的角位移传感系统于一实施例中的测量模块电路示意图。

图7显示为本发明的角位移传感系统于另一实施例中的测量模块电路示意图。

图8显示为本发明的角位移传感系统于又一实施例中的测量模块电路示意图。

图9显示为本发明的角位移分析方法于一实施例中的原理流程图。

图10显示为本发明的角位移分析方法于一实施例中的顺时针转动示意图。

图11显示为本发明的角位移分析方法于一实施例中的顺时针转动时的电流变化曲线图。

图12显示为本发明的角位移分析方法于一实施例中的逆时针转动示意图。

图13显示为本发明的角位移分析方法于一实施例中的逆时针转动时的电流变化曲线图。

元件标号说明

1 角位移传感系统

11 驱动电路

12 测量电路

13 主控模块

14 电感阵列

15 转动金属件

S11～S13 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供了一种新的角位移计量方法，通过检测电感在交变磁场中感应生成或受驱动电路激励生成的电学特性参数变化确定转动金属件的转动信息。

以下将结合图1至图13详细阐述本实施例的一种角位移传感系统及角位移分析方法的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的角位移传感系统及角位移分析方法。

请参阅图1，显示为本发明的角位移传感系统于一实施例中的结构原理图。如图1所示，本发明所述的所述角位移传感系统包括：驱动电路11、测量电路12、主控模块13、电感阵列14和转动金属件15。其中，所述驱动模块、测量模块和主控模块可以是分立的电路板或各模块集成的电路板，或所述驱动模块、测量模块和主控模块为多模块集成后的一种芯片。

驱动电路11与所述电感阵列14连接；测量电路12与所述电感阵列14连接；主控模块13分别与所述驱动电路11和测量电路12连接。电感阵列14由至少两个电感组成；转动金属件15设于所述电感阵列14的一侧，用于与所述电感阵列14发生相对转动。

请参阅图2，显示为本发明的角位移传感系统于一实施例中的转动示意图。如图2所示，所述电感阵列14包括至少两个电感。

于本实施例的一实际应用中，电感阵列中的电感，围绕转动轴向呈扇形分布；这种电感阵列，实现简单，成本低廉；同时在总面积限定的条件下，能够最大化单个电感的感应面积，实现更远的感应距离和更高的感应灵敏度。电感阵列以及其中的电感，也可以设置为其他的形状和大小，并不背离本发明的基本原理和方法。

所述转动金属件15设于所述电感阵列的一侧，用于与所述电感阵列14发生相对转动。其中，转动金属件为金属材质，或部分为金属材质。

在本实施例中，转动金属件上的金属的形状与大小，优选与电感阵列中一个电感的形状与大小相近或一样。转动金属件设置其它大小或其他形状的金属，只要可以实现本发明的原理，通过比较和判断电感电学特性的大小及其变化趋势，从中提取转动金属件角位移信息的设置方式，都在本发明保护范围。

具体地，所述角位移传感系统为一种涡流感应角位移(旋转)传感器，包括N(N为大于1的整数)个印刷在PCB电路板上的电感阵列(如图2中的L1\L2\L3)，一个可绕转动轴A转动的，圆形或中心对称形状的，部分覆盖有金属的转动金属件，以及与电感阵列连接的相应的驱动电路，测量电路，以及主控电路等模块。本发明中，部分覆盖有金属的转动金属件，可以放置在电感阵列的上下左右任意一侧，其工作原理和方法完全相同。图2中以转动金属件放置在电感阵列的下方为例。

请参阅图3，显示为本发明的角位移传感系统于一实施例中的电路原理示意图。如图3所示，驱动电路用来激励电感阵列中的一个或多个激励电感振荡并产生交变磁场。其中，受到驱动电路激励的电感叫作“激励电感”，而未受到驱动电路激励的电感叫作“感应电感”。转动金属件上部分为金属区域，金属区域在交变磁场中会产生涡流。在金属区域上方的电感，其电压，电流，电感值，信号频率，品质因素，阻尼系数等等各种电学特性参数都会因为金属区域中的涡流而改变。转动金属件离电感越近，电感的电学参数改变就越大。

在本实施例中，所述驱动电路用于产生脉冲信号或者振荡信号，以激励与之连接的电感，并产生交变磁场，将受到激励的电感作为激励电感，未受到激励的电感作为感应电感。

在本实施例中，测量电路用于测量与之连接的电感的电学特性参数。

在本实施例中，主控模块用于控制和管理所述驱动电路和所述测量电路；并根据测量所述电学特性参数，进行所述转动金属件的转动分析，进而确定所述转动金属件的位置及其角位移速度和方向。

请参阅图4，显示为本发明的角位移传感系统于一实施例中的电感形状示意图。如图4所示，所述电感阵列中的电感围绕转动中心，呈扇形分布；所述电学特性参数的大小对应于所述电感和所述转动金属件的相对位置。

具体地，图4中分别显示了包含2个电感和3个电感的电感阵列的常用的几种形状。当电感数目为2个时，可以左右各占半圆的区域，也可以呈中心对称占一定的扇形区域，还可以呈轴对称占一定的扇形区域，3个电感或其他数目的电感排布同理。本发明中电感阵列中的电感，通常围绕转动轴向扇形分布；电感阵列以及其中的电感，可以设置为其他的形状和大小，只要符合本发明的原理，通过比较和判断电感电学特性的大小及其变化趋势，从中提取转动金属件角位移信息的，都在本发明保护范围内。

请参阅图5，显示为本发明的角位移传感系统于一实施例中的开关模块电路图。如图5所示，所述角位移传感系统还包括：至少两个开关电路组成的开关模块。

所述主控模块产生开关控制信号，用于控制和管理所述开关模块。

所述开关模块连接所述主控模块，接收开关控制信号，执行相应的开关通断操作。

所述开关模块分别连接所述驱动电路和所述电感阵列，通过相应的开关通断操作，控制所述驱动电路激励所述电感阵列中一个或多个电感。

所述开关模块分别连接所述测量电路和所述电感阵列，通过相应的开关通断操作，控制所述测量电路测量所述电感阵列中一个或多个电感。

具体地，所述开关模块分别连接所述驱动电路和所述电感阵列，通过相应的开关通断操作，切换所述驱动电路和所述电感阵列中不同电感的连接，从而实现分时激励所述电感阵列中的不同电感。

如图5所示，本发明中，可以通过控制开关模块中的开关，分时切换驱动电路与各个电感的连接，实现电感阵列中的激励电感和感应电感的功能定义的分时轮换。通过开关分时切换和驱动电路的连接，电感阵列中的任一电感，可以在“激励电感”和“感应电感”之间轮流转换。例如，一个电感阵列中有L1\L2\L3三个电感(N＝3)，在t1时刻，通过切换开关将驱动电路连接到L1，L1作为激励电感，L2与L3作为感应电感；在t2时刻，通过切换开关将驱动电路连接到L2，L2作为激励电感，L1与L3作为感应电感；在t3时刻，通过切换开关将驱动电路连接到L3，L3作为激励电感，L1与L2作为感应电感；另一方面，也可以去除开关，将驱动电路固定连接到某个电感，从而固定这个电感激励，其它电感感应，不对电感阵列进行分时轮换激励和感应。

测量电路可以只连接感应电感，探测一个或多个感应电感中的某一种或多种电学特性的变化；或者只连接激励电感，探测一个或多个激励电感中的某一种或多种电学特性的变化；测量电路也可以同时连接感应电感和激励电感，探测所有电感中的某一种或多种电学特性的变化。这些连接关系，可以通过控制测量电路的开关切换来实现，如图5所示。例如，一个电感阵列中有L1\L2\L3三个电感(N＝3)，在t1时刻，通过切换开关将驱动电路和测量电路连接到L1，激励L1并测量其电学特性参数；在t2时刻，通过切换开关将驱动电路和测量电路连接到L2，激励L2并测量其电学特性参数；在t3时刻，通过切换开关将驱动电路和测量电路连接到L3，激励L3并测量其电学特性参数。

具体地，所述测量电路用于测量所述感应电感在交变磁场中感应生成的电压、电流、电感值、信号频率、振幅、品质因数和阻尼系数中的一种或多种电学特性参数，或者测量所述激励电感受到激励时生成的电压、电流、电感值、信号频率、振幅、品质因数和阻尼系数中的一种或多种电学特性参数。由此确定转动金属件的金属区域在哪个电感下方，再结合所探测的电学特性的变化趋势，可以进一步确定金属区域的移动速度，从而最终确定转动金属件的位置及其角位移(旋转)速度和方向。

其中，测量电路可以是探测信号频率的电路，可以是探测电感值的电路，可以是探测品质因素或阻尼系数的电路，也可以是探测电压或电流的电路。

请参阅图6，显示为本发明的角位移传感系统于一实施例中的测量模块电路示意图。如图6所示，测量电路为探测和比较感应电感中的电压或电流的测量电路。该测量电路主要包括一个或多个比较器电路，用以比较感应电感中电压或电流的大小。进一步地，还可以放置电压或电流放大器电路在比较器电路前面，用以放大感应电感中电压或电流，以增加测量精度。放大器可以是差分输入，也可以是单端输入，即感应电感一端接地。

请参阅图7，显示为本发明的角位移传感系统于另一实施例中的测量模块电路示意图。如图7所示，感应电感在激励电感产生的交变磁场中，会产生交变的感应电流信号，这个感应电流信号的频率和该电感与金属区域的相对位置有关，通过测量感应电感中感应电流的频率，就可以换算得到金属区域的位置信息。

请参阅图8，显示为本发明的角位移传感系统于又一实施例中的测量模块电路示意图。当驱动电路刚停止激励电感时，在激励电感和感应电感中存在阻尼振荡信号，其阻尼系数和电感与金属区域的相对位置有关。如图8所示，通过ADC(Analog-to-DigitalConverter，模数转换器)电路，加上后续的信号处理软件或逻辑处理电路，可以测量出感应电感中阻尼振荡信号的阻尼系数，从而换算得到金属区域的位置信息。图6、图7和图8中的测量原理可以用于测量激励电感、感应电感或电感阵列中所有电感的相应电学特性参数。

请参阅图9，显示为本发明的角位移分析方法于一实施例中的原理流程图。如图9所示，所述角位移分析方法具体包括以下步骤：

S11，通过驱动电路产生驱动信号，激励电感阵列中的一个或多个电感；所述电感阵列由至少两个电感组成。

进一步地，以预设的时间间隔，切换所述驱动电路和所述电感阵列中不同电感的连接，以分时激励所述电感阵列中不同的电感；遍历所述电感阵列中所有的电感，以分时激励所述电感阵列中的所有电感。

更进一步地，以预设的时间间隔进行所述分时激励时，切换所述测量电路和所述电感阵列中不同电感的连接，以分时测量所述电感阵列中不同的电感；遍历所述电感阵列中所有的电感，以分时测量所述电感阵列中的所有电感。

其中，所述预设时间段优选为：分时激励和感应的时间间隔小于转动金属件旋转周期的一半。

S12，通过测量电路测量所述电感阵列中的一个或多个电感的电学特性参数。

在本实施例中，将受到激励的电感作为激励电感，未受到激励的电感作为感应电感。S12包括：

于一实施例中，所述测量电路测量一个或多个所述感应电感在交变磁场中感应生成的电压、电流、电感值、信号频率、振幅、品质因数和阻尼系数中的一种或多种电学特性参数。

于另一实施例中，所述测量电路测量一个或多个所述激励电感受到激励时生成的电压、电流、电感值、信号频率、振幅、品质因数和阻尼系数中的一种或多种电学特性参数。

于又一实施例中，所述测量电路测量所述电感阵列中所有电感的电压、电流、电感值、信号频率、振幅、品质因数和阻尼系数中的一种或多种电学特性参数。

需要说明的是，针对一个角位移测量任务，可以应用本发明中测量电路其中一种的测量方式，也可以分时段在不同时间内采用多种测量方式的结合，进一步根据权重或其他评估条件进行综合分析后实现。

S13，通过主控模块根据测量所述电学特性参数，进行转动金属件的转动分析，进而确定所述转动金属件的位置及其角位移速度和方向。

在本实施例中，S13包括：

分析所述电学特性参数；所述电学特性参数大小与所述转动金属件的转动位置一一对应。

于一实施例中，根据所述电感电学特性参数大小与所述转动金属件位置的匹配关系，确定所述转动金属件的转动位置；将所述转动位置结合时间信息确定所述转动金属件的角位移速度和方向。

于另一实施例中，根据不同电感的电学特性参数大小比较结果与所述转动金属件位置的匹配关系，确定所述转动金属件的转动位置；将所述转动位置结合时间信息确定所述转动金属件的角位移速度和方向。

请参阅图10，显示为本发明的角位移分析方法于一实施例中，转动金属件的顺时针转动示意图。如图10所示，以三个电感组成的电感阵列为例，通过选定其中一个电感作为激励电感或对3个电感分时激励和感应，所测量的电感中的电流随着转动金属件金属区域的转动，会有一组高低起伏的变化。如图10所示，金属区域的形状优选为与电感阵列中的一个电感形状相同。该金属区域可设置成其它大小与形状，只要符合所述角位移分析方法原理的，均在本申请保护范围内。

如图10所示，金属区域的位置信息标识如下：金属区域完全处于L1下方时，转动金属件角位为0/6；金属区域在L1和L2下方各占一半时，转动金属件角位为1/6；金属区域完全处于L2下方时，转动金属件角位为2/6；金属区域在L2和L3下方各占一半时，转动金属件角位为3/6；金属区域完全处于L3下方时，转动金属件角位为4/6；金属区域在L3和L1下方各占一半时，转动金属件角位为5/6。

请参阅图11，显示为本发明的角位移分析方法于一实施例中，转动金属件顺时针转动时，金属区域在不同角位所对应的电流变化曲线图。通过判断3个电感所测量到的电流的大小值或不同电感之间电流大小关系的比较，可以得到转动金属件转动的角位移速度以及其方向(顺时针转动)。如图11所示，在转动金属件顺时针转动时，当L1的电流为I1，L2的电流为I3，L3的电流为I3时，按照L1、L2、L3的顺序，电流序列值(I1，I3，I3)表示转动金属件角位为0/6；同理，电流序列值(I2，I2，I3)表示转动金属件角位为1/6；电流序列值(I3，I1，I3)表示转动金属件角位为2/6；电流序列值(I3，I2，I2)表示转动金属件角位为3/6；电流序列值(I3，I3，I1)表示转动金属件角位为4/6；电流序列值(I2，I3，I2)表示转动金属件角位为5/6。

于本实施例的另一种分析方法中，(L1电流<L2电流＝L3感应电流)表示转动金属件角位为0/6；同理，(L1电流＝L2电流<L3电流)表示转动金属件角位为1/6；(L1电流＝L3电流>L2电流)表示转动金属件角位为2/6；(L1电流>L2电流＝L3电流)表示转动金属件角位为3/6；(L1电流＝L2电流>L3电流)表示转动金属件角位为4/6；(L1电流＝L3电流<L2电流)表示转动金属件角位为5/6。

请参阅图12，显示为本发明的角位移分析方法于一实施例中，转动金属件的逆时针转动示意图。如图12所示，金属区域的形状优选为与电感阵列中的一个电感形形状相同。金属区域完全处于L1下方时，转动金属件角位为0/6；金属区域在L1和L3下方各占一半时，转动金属件角位为1/6；金属区域完全处于L3下方时，转动金属件角位为2/6；金属区域在L3和L2下方各占一半时，转动金属件角位为3/6；金属区域完全处于L2下方时，转动金属件角位为4/6；金属区域在L2和L1下方各占一半时，转动金属件角位为5/6。

请参阅图13，显示为本发明的角位移分析方法于一实施例中，转动金属件逆时针转动时，金属区域在不同角位所对应的电流变化曲线图。通过判断3个电感所测量到的电流的大小值或不同电感之间电流大小关系的比较，可以得到转动金属件转动的角位移速度以及其方向(逆时针转动)。如图13所示，在转动金属件逆时针转动时，当L1感应电流为I1，L2感应电流为I3，L3感应电流为I3时，按照L1、L2、L3的顺序，电流序列值(I1，I3，I3)表示转动金属件角位为0/6；同理，电流序列值(I2，I3，I2)表示转动金属件角位为1/6；电流序列值(I3，I3，I1)表示转动金属件角位为2/6；电流序列值(I3，I2，I2)表示转动金属件角位为3/6；电流序列值(I3，I1，I3)表示转动金属件角位为4/6；电流序列值(I2，I2，I3)表示转动金属件角位为5/6。

于本实施例的另一种分析方法中，(L1电流<L2电流＝L3电流)表示转动金属件角位为0/6；同理，(L1电流＝L3电流<L2电流)表示转动金属件角位为1/6；(L1电流＝L2电流>L3电流)表示转动金属件角位为2/6；(L1电流>L2电流＝L3电流)表示转动金属件角位为3/6；(L1电流＝L3电流>L2电流)表示转动金属件角位为4/6；(L1电流＝L2电流<L3电流)表示转动金属件角位为5/6。

需要说明的是，利用电流序列值判断转动金属件角位时，除了利用全部电感的电流值组成数值序列进行判断外，选取其中部分电感的数值序列足以区分转动金属件各个角位的判断方法也在本申请的保护范围内。此外，各电感的数值序列(即按照L1电流、L2电流、L3电流的顺序还是L3电流、L2电流、L1电流的顺序或其他顺序)在顺序上不做限制。

还需要说明的是，利用各电感电流大小关系判断转动金属件角位移时，除了利用全部电感的感应电流值大小关系进行判断外，选取其中部分电感的电学特性参数数值进行大小比较且足以区分转动金属件各个角位的判断方法都在本申请的保护范围内。

本发明所述的角位移分析方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。

本发明所述的角位移传感系统可以实现本发明所述的位移分析方法，但本发明所述的角位移分析方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的角位移传感系统的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。

综上所述，本发明所述角位移传感系统及角位移分析方法与现有技术的非接触角位移传感器相比，结构简单，可以感测的电感阵列与转动金属件的距离更长，灵敏度更高。通过分时互换激励电感和感应电感，使得角位移传感系统的抗干扰性更强。提供了一种新的角位移计量方法，通过检测电感在交变磁场中感应生成或者受驱动电路激励生成的一种或多种电学特性参数变化确定转动金属件的转动信息。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种角位移传感系统，其特征在于，所述角位移传感系统包括：

电感阵列，由至少两个电感组成；所述电感阵列中的任一电感，根据不同的激励方式在激励电感和感应电感之间轮流转换；

转动金属件，设于所述电感阵列的一侧，用于与所述电感阵列发生相对转动；

驱动电路，与所述电感阵列连接；

测量电路，与所述电感阵列连接；

主控模块，分别与所述驱动电路和测量电路连接；

至少两个开关电路组成的开关模块；所述主控模块产生开关控制信号，用于控制和管理所述开关模块；所述开关模块连接所述主控模块，接收开关控制信号，执行相应的开关通断操作；所述开关模块分别连接所述驱动电路和所述电感阵列，通过相应的开关通断操作，控制所述驱动电路激励所述电感阵列中一个或多个电感；所述开关模块分别连接所述测量电路和所述电感阵列，通过相应的开关通断操作，控制所述测量电路测量所述电感阵列中一个或多个电感。

2.根据权利要求1所述的角位移传感系统，其特征在于：

所述驱动电路用于产生脉冲信号或者振荡信号，以激励与之连接的电感，并产生交变磁场，将受到激励的电感作为激励电感，未受到激励的电感作为感应电感；

测量电路用于测量与之连接的电感的电学特性参数；

主控模块用于控制和管理所述驱动电路和所述测量电路；并根据测量所述电学特性参数，进行所述转动金属件的转动分析，进而确定所述转动金属件的位置及其角位移速度和方向。

3.根据权利要求2所述的角位移传感系统，其特征在于：

所述电感阵列中的电感围绕转动中心，进行轴向扇形分布；

所述电学特性参数的大小对应于所述电感和所述转动金属件的相对位置。

4.根据权利要求2所述的角位移传感系统，其特征在于：

所述测量电路用于测量所述感应电感在交变磁场中感应生成电压、电流、电感值、信号频率、振幅、品质因数和阻尼系数中的一种或多种电学特性参数，或者测量所述激励电感受到激励时生成的电压、电流、电感值、信号频率、振幅、品质因数和阻尼系数中的一种或多种电学特性参数。

5.根据权利要求1所述的角位移传感系统，其特征在于：

所述开关模块分别连接所述驱动电路和所述电感阵列，通过相应的开关通断操作，切换所述驱动电路和所述电感阵列中不同电感的连接，从而实现分时激励所述电感阵列中的不同电感。

6.一种角位移分析方法，其特征在于，所述角位移分析方法包括：

通过驱动电路产生驱动信号，激励电感阵列中的一个或多个电感；所述电感阵列由至少两个电感组成；所述电感阵列中的任一电感，根据不同的激励方式在激励电感和感应电感之间轮流转换；

通过测量电路测量所述电感阵列中的一个或多个电感的电学特性参数；

通过主控模块根据测量所述电学特性参数，进行转动金属件的转动分析，进而确定所述转动金属件的位置及其角位移速度和方向；通过所述主控模块产生开关控制信号，用于控制和管理至少两个开关电路组成的开关模块；通过所述开关模块连接所述主控模块，接收开关控制信号，执行相应的开关通断操作；所述开关模块分别连接所述驱动电路和所述电感阵列，通过相应的开关通断操作，控制所述驱动电路激励所述电感阵列中一个或多个电感；所述开关模块分别连接所述测量电路和所述电感阵列，通过相应的开关通断操作，控制所述测量电路测量所述电感阵列中一个或多个电感。

7.根据权利要求6所述的角位移分析方法，其特征在于，将受到激励的电感作为激励电感，未受到激励的电感作为感应电感；通过所述测量电路测量所述电感阵列中的一个或多个电感的电学特性参数的步骤包括：

所述测量电路测量一个或多个所述感应电感在交变磁场中感应生成的电压、电流、电感值、信号频率、振幅、品质因数和阻尼系数中的一种或多种电学特性参数；

或者所述测量电路测量一个或多个所述激励电感受到激励时生成的电压、电流、电感值、信号频率、振幅、品质因数和阻尼系数中的一种或多种电学特性参数；

或者所述测量电路测量所述电感阵列中所有电感的电压、电流、电感值、信号频率、振幅、品质因数和阻尼系数中的一种或多种电学特性参数。

8.根据权利要求6所述的角位移分析方法，其特征在于，所述转动金属件的转动分析的步骤包括：

分析所述电学特性参数；所述电学特性参数大小与所述转动金属件的转动位置一一对应；

根据同一电感的电学特性参数在不同时刻的大小变化，结合时间信息，确定所述转动金属件在不同时刻的位置，进一步根据所述不同时刻的位置确定所述角位移速度和方向；

或根据不同电感的电学特性参数的大小比较信息，结合时间信息，确定所述转动金属件在不同时刻的位置，进一步根据所述不同时刻的位置确定角位移速度和方向。

9.根据权利要求6所述的角位移分析方法，其特征在于，通过驱动电路产生驱动信号，激励电感阵列中的一个或多个电感的步骤包括：

以预设的时间间隔，切换所述驱动电路和所述电感阵列中不同电感的连接，以分时激励所述电感阵列中不同的电感；

遍历所述电感阵列中所有的电感，以分时激励所述电感阵列中的所有电感。

10.根据权利要求9所述的角位移分析方法，其特征在于，通过测量电路测量所述电感阵列中的一个或多个电感的电学特性参数的步骤包括：

以预设的时间间隔进行所述分时激励时，切换所述测量电路和所述电感阵列中不同电感的连接，以分时测量所述电感阵列中不同的电感；

遍历所述电感阵列中所有的电感，以分时测量所述电感阵列中的所有电感。

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