CN113959317A - 一种位移传感器装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种位移传感器装置，包括蜗杆、蜗轮、随动电子陀螺仪三维角度传感器、参照电子陀螺仪三维角度传感器、解算控制单元和固定座，所述参照电子陀螺仪三维角度传感器安装在电动推杆的固定座上，所述随动电子陀螺仪三维角度传感器固定在所述蜗轮上，所述蜗杆设置在所述电动推杆的丝杆上，所述蜗杆与所述蜗轮相互啮合，所述解算控制单元实时采集所述随动电子陀螺仪三维角度传感器和所述参照电子陀螺仪三维角度传感器的角度信息，并根据两者角度差参考解算出所述电动推杆的位移参数并上传；本位移传感器装置结构简单、成本低，适用性强、测量精准。

Description

一种位移传感器装置
技术领域
本发明涉及传感器领域，特别涉及一种位移传感器装置，还涉及到丝杆驱动装置的定位检测。
背景技术
目前的位移传感器装置有拉线位移传感、激光位移传感、码盘等方式，多存在结构复杂、成本高昂、测量精度低，无法很好的实时监测丝杠驱动装置的位移参数。
发明内容
针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种位移传感器装置，以解决背景技术中提到的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种位移传感器装置，包括蜗杆、蜗轮、随动电子陀螺仪三维角度传感器、参照电子陀螺仪三维角度传感器、解算控制单元和固定座，以及驱动丝杆，所述参照电子陀螺仪三维角度传感器安装在电动推杆的固定座上，所述随动电子陀螺仪三维角度传感器固定在所述蜗轮上，所述蜗杆设置在所述驱动丝杆上，所述蜗杆与所述蜗轮相互啮合，所述解算控制单元与所述随动电子陀螺仪三维角度传感器和所述参照电子陀螺仪三维角度传感器之间有线路连接以实时采集它们的运动方向角度信息，并根据角度差解算出所述电动推杆的位移参数并上传。
较佳的，还包括传感器模块，所述传感器模块设置在所述固定座或所述电动推杆的非活动部位，所述传感器模块测出所述蜗轮上固定的所述随动电子陀螺仪三维角度传感器以及所述参照电子陀螺仪三维角度传感器测得的角度差来解算所述蜗轮的转动角度。
较佳的，所述角度信息解算的算法包括：
设丝杆滑块发生位移的距离也就是要测的位移参数为s，量程为S，丝杆螺距表示为m，蜗轮的齿数表示为n，则n大于S/m,则蜗轮外周长L＝n*m>S；
在固定使用场景下，可以减去参照电子陀螺仪三维角度传感器，只用随动电子陀螺仪三维角度传感器就可解算出位移参数。具体办法是按照电动推杆时候使蜗轮垂直于水平面，贴装在蜗轮表面上的随动电子陀螺仪三维角度传感器的x,y轴平行于蜗轮(2)。初始状态(位移为0)时，使x竖直向下，y与水平面平行，z垂直于蜗轮表面与水平面平行；此时x＝9.8,y＝0；z＝0；
当蜗轮转动时候,设转动角度为a,则y/x＝tan(a)；a＝arctan(y/x)
位移解算公式为：s＝L*a/(2*π)＝L*atan(y/x)/(2*π)；
考虑各种情况在实际解算时：
x＝0，y>0，转动角度a＝π/2；
x＝0，y<0，转动角度a＝3*π/2；
x>0，y>＝0时候，a＝arctan(y/x)；
x<0时候，a＝π+arctan(y/x)；
x>0，y<＝0时候，a＝2*π+arctan(y/x)；
在固定使用场景下位移解算公式为：s＝L*a/(2*π)；
在移动使用场景下，由于随动电子陀螺仪三维角度传感器、参照电子陀螺仪三维角度传感器运动参数一样，受到相同的加速度，两个传感器的x轴与当前加速度方向的角度分别为a1和a2。以参照电子陀螺仪三维角度传感器和随动电子陀螺仪三维角度传感器的角度差就能解算出位移参数。具体办法是初始状态(位移为0)时，贴装在蜗轮上的随动电子陀螺仪三维角度传感器的x,y轴平行于蜗轮表面，并且x与丝杆方向平行，z垂直于涡轮表面，检测值分别为x1,y1,z1；
安装在固定部分的参照三维加速度传感器与初始状态(位移为0)下蜗轮上的随动电子陀螺仪三维角度传感器平行，x,y轴平行于涡轮表面，并且x与丝杆方向平行，z垂直于涡轮表面，检测值分别为x2,y2,z2；
在实际解算a1时：
x1＝0，y1>0，a1＝π/2；
x1＝0，y1<0，a1＝3*π/2；
x1>0，y1>＝0时候，a1＝atan(y1/x1)；
x1<0时候，a1＝π+atan(y1/x1)；
x1>0，y1<＝0时候，a1＝2*π+atan(y1/x1)；
在实际解算a2时：
x2＝0，y2>0，a2＝π/2；
x2＝0，y2<0，a2＝3*π/2；
x2>0，y2>＝0时候，a2＝atan(y2/x2)；
x2<0时候，a2＝π+atan(y2/x2)；
x2>0，y2<＝0时候，a2＝2*π+atan(y2/x2)；
所述随动电子陀螺仪三维角度传感器与参照电子陀螺仪三维角度传感器测得的角度差即是蜗轮转动角度a,具体解算如下：
当a2>＝a1：a＝a2-a1；
当a2<a1：a＝2*π+a2-a1；
在移动使用场景下位移解算公式为：s＝L*a/(2*π)。
本发明还提供了一种带有位移传感器装置的电动推杆，包括上述所述的位移传感器装置。
综上所述，本发明主要具有以下有益效果：
1.本发明的位移传感器装置，相对传统的常规位移传感器而言，结构简单、成本低，适用性强，测量精准，能实时监测丝杆驱动装置的位移参数。
2.本发明的带位移传感器装置的智能电动推杆，在电动推杆工作状态下能实时测量电动推杆的位移参数，以便实时调控。
附图说明
图1为本发明提供的一种实施例的结构剖视图；
图2为本发明提供的一种实施例的结构示意图；
图3为本发明提供的一种实施例的部分爆炸图；
图4为本发明提供的一种实施例的解算示意图。
图中：1、蜗杆；2、蜗轮；3、随动电子陀螺仪三维角度传感器；4、参照电子陀螺仪三维角度传感器；5、解算控制单元；6、固定座。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参考图1至图4，一种位移传感器装置，包括蜗杆1、蜗轮2、随动电子陀螺仪三维角度传感器3、参照电子陀螺仪三维角度传感器4、解算控制单元5和固定座6，所述参照电子陀螺仪三维角度传感器4安装在电动推杆的非活动部位，所述随动电子陀螺仪三维角度传感器3固定在所述蜗轮2上，所述蜗杆1设置在所述电动推杆的丝杆上，所述蜗杆1与所述蜗轮2相互啮合，所述解算控制单元5实时采集所述随动电子陀螺仪三维角度传感器3和所述参照电子陀螺仪三维角度传感器4的角度信息，并根据角度信息解算出所述电动推杆的位移参数并上传。
其中，工作状态下，位移传感器以被检测设备的驱动丝杆为蜗杆1，驱动蜗轮2以达到换向和减速的目的，换向是让蜗杆1中从动轮垂直于水平面，减速让整个位移量程内蜗杆1中从动轮转动范围小于360度，这样将电动推杆的伸缩运动转换成蜗杆1中从动轮的旋转运动，固定在蜗杆1中从动轮上的随动电子陀螺仪三维角度传感器3感应到当前角度，通过解算单元可实时转换成电动推杆的伸缩长度，再传递给控制系统，位移传感器装置结构简单，测量精准，能实时监控电动推杆的的伸缩长度。
其中，还包括传感器模块，所述传感器模块设置在所述固定座6或所述电动推杆的非活动部位，所述传感器模块测出所述蜗轮2上固定的所述随动电子陀螺仪三维角度传感器3以及所述参照电子陀螺仪三维角度传感器4测得的角度差来解算所述蜗轮2的转动角度。
其中，所述角度信息解算的算法如下：
设丝杆滑块发生位移的距离也就是要测的位移参数为s，量程为S，丝杆螺距表示为m，蜗杆螺距表示为m1，蜗轮的齿数表示为n，则n应大于S/m,则蜗轮外周长L＝n*m>S；
在固定使用场景下，可以减去参照电子陀螺仪三维角度传感器，只用随动电子陀螺仪三维角度传感器就可解算出位移参数。具体办法是按照电动推杆时候使蜗轮垂直于水平面，贴装在蜗轮表面上的随动电子陀螺仪三维角度传感器的x,y轴平行于蜗轮(2)。初始状态(位移为0)时，使x竖直向下，y与水平面平行，z垂直于蜗轮表面与水平面平行；此时x＝9.8,y＝0；z＝0；
当蜗轮转动时候,设转动角度为a,则y/x＝tan(a)；a＝arctan(y/x)
位移解算公式为：s＝L*a/(2*π)＝L*atan(y/x)/(2*π)；
考虑各种情况在实际解算时：
x＝0，y>0，转动角度a＝π/2；
x＝0，y<0，转动角度a＝3*π/2；
x>0，y>＝0时候，a＝arctan(y/x)；
x<0时候，a＝π+arctan(y/x)；
x>0，y<＝0时候，a＝2*π+arctan(y/x)；
在固定使用场景下位移解算公式为：s＝L*a/(2*π)；
在移动使用场景下，由于随动电子陀螺仪三维角度传感器、参照电子陀螺仪三维角度传感器运动参数一样，受到相同的加速度，两个传感器的x轴与当前加速度方向的角度分别为a1和a2。以参照电子陀螺仪三维角度传感器和随动电子陀螺仪三维角度传感器的角度差就能解算出位移参数。具体办法是初始状态(位移为0)时，贴装在蜗轮上的随动电子陀螺仪三维角度传感器的x,y轴平行于蜗轮表面，并且x与丝杆方向平行，z垂直于涡轮表面，检测值分别为x1,y1,z1；
安装在固定部分的参照三维加速度传感器与初始状态(位移为0)下蜗轮上的随动电子陀螺仪三维角度传感器平行，x,y轴平行于涡轮表面，并且x与丝杆方向平行，z垂直于涡轮表面，检测值分别为x2,y2,z2；
在实际解算a1时：
x1＝0，y1>0，a1＝π/2；
x1＝0，y1<0，a1＝3*π/2；
x1>0，y1>＝0时候，a1＝atan(y1/x1)；
x1<0时候，a1＝π+atan(y1/x1)；
x1>0，y1<＝0时候，a1＝2*π+atan(y1/x1)；
在实际解算a2时：
x2＝0，y2>0，a2＝π/2；
x2＝0，y2<0，a2＝3*π/2；
x2>0，y2>＝0时候，a2＝atan(y2/x2)；
x2<0时候，a2＝π+atan(y2/x2)；
x2>0，y2<＝0时候，a2＝2*π+atan(y2/x2)；
所述随动电子陀螺仪三维角度传感器与参照电子陀螺仪三维角度传感器测得的角度差即是蜗轮转动角度a,具体解算如下：
当a2>＝a1：a＝a2-a1；
当a2<a1：a＝2*π+a2-a1；
在移动使用场景下位移解算公式为：s＝L*a/(2*π)。
实施例2
带位移传感器装置的智能电动推杆，包括电动推杆和位移传感器。所述的位移传感器是本实施例1中的位移传感器装置，位移传感器装置的蜗杆(1)为主动轮固定在电动推杆的丝杆上，工作状态下，位移传感器装置中蜗杆(1)随电动推杆的丝杆转动，蜗轮(2)作为从动轮在360度范围内旋转，解算控制单元(5)实时采集固定在蜗轮(2)的随动电子陀螺仪三维角度传感器(3)和固定在固定座(6)上的参照电子陀螺仪三维角度传感器(4)数据信息，经过解算得到电动推杆的位移参数、并传递给外部；由于采用上述技术方案，本实施例之位移传感器装置及带该装置的智能电动推杆具有以下特点和有益效果：
位移传感器装置，相对传统的常规位移传感器而言，结构简单、成本低，适用性强，测量精准，能实时监测固定安装的丝杆驱动装置的位移参数。带位移传感器装置的智能电动推杆，在电动推杆工作状态下能实时测量推杆的位移参数，以便实时调控。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种位移传感器装置，其特征在于：包括蜗杆(1)、蜗轮(2)、随动电子陀螺仪三维角度传感器(3)、参照电子陀螺仪三维角度传感器(4)、解算控制单元(5)和固定座(6)，以及驱动丝杆(7)，所述参照电子陀螺仪三维角度传感器(4)安装在电动推杆的固定座(6)，所述随动电子陀螺仪三维角度传感器(3)固定在所述蜗轮(2)上，所述蜗杆(1)设置在所述驱动丝杆(7)上，所述蜗杆(1)与所述蜗轮(2)相互啮合，所述解算控制单元(5)实时采集所述随动电子陀螺仪三维角度传感器(3)和所述参照电子陀螺仪三维角度传感器(4)的角度信息，并根据两者角度差解算出所述电动推杆的位移参数并上传。
2.根据权利要求1所述的一种位移传感器装置，其特征在于：在固定安装使用场景下，可以减去参照电子陀螺仪三维角度传感器(4)，由所述随动电子陀螺仪三维角度传感器(3)的当前角度和初始角度的差来解算所述蜗轮(2)的转动角度。
3.根据权利要求1所述的一种位移传感器装置，其特征在于：所述角度信息解算的算法如下：
设所测位移为s,需要的量程为S，设丝杆螺距为m，蜗轮(2)的齿数n大于S/m,则蜗轮(2)外周长L＝n*m>S；
在固定安装使用场景下，确保蜗轮(2)垂直于水平面，在位移为0时候，让安装在蜗轮(2)上的随动电子陀螺仪三维角度传感器(3)的x,y轴平行于蜗轮(2)表面。如果初始状态x竖直向下，y与水平面平行，z垂直于蜗轮(2)表面与水平面平行，此时x＝9.8,y＝0；z＝0；当蜗轮(2)转动时候,设转动角度为锐角a,则y/x＝tan(a)；a＝arctan(y/x)，位移解算公式为：s＝L*a/(2*π)＝L*atan(y/x)/(2*π)；
考虑a大小在0至2π各种情况的实际解算：
x＝0，y>0时，转动角度a＝π/2；
x＝0，y<0时，转动角度a＝3*π/2；
x>0，y>＝0时，a＝arctan(y/x)；
x<0时，a＝π+arctan(y/x)；
x>0，y<＝0时，a＝2*π+arctan(y/x)；
位移解算公式为：s＝L*a/(2*π)；
在移动使用场景下，在初始状态位移为0时候，让安装在蜗轮(2)上的随动电子陀螺仪三维角度传感器(3)的x,y轴平行于蜗轮(2)表面，z垂直于涡轮表面，并且x与丝杆方向平行，检测值分别为x1,y1,z1；
安装在固定部分的参照3维加速度传感器与初始状态位移为0时候蜗轮(2)上的传感器平行，x,y轴平行于涡轮表面，并且x与丝杆方向平行，z垂直于涡轮表面，检测值分别为x2,y2,z2；
设随动电子陀螺仪三维角度传感器(3)、参照电子陀螺仪三维角度传感器(4)相对于当前设备所受加速度方向的角度分别为a1和a2；
在实际解算a1时：
x1＝0，y1>0，a1＝π/2；
x1＝0，y1<0，a1＝3*π/2；
x1>0，y1>＝0时候，a1＝atan(y1/x1)；
x1<0时候，a1＝π+atan(y1/x1)；
x1>0，y1<＝0时候，a1＝2*π+atan(y1/x1)；
在实际解算a2时：
x2＝0，y2>0，a2＝π/2；
x2＝0，y2<0，a2＝3*π/2；
x2>0，y2>＝0时候，a2＝atan(y2/x2)；
x2<0时候，a2＝π+atan(y2/x2)；
x2>0，y2<＝0时候，a2＝2*π+atan(y2/x2)；
所述随动电子陀螺仪三维角度传感器(3)与参照电子陀螺仪三维角度传感器(4)测得的角度差即是蜗轮(2)转动角度a,具体解算如下：
当a2>＝a1：a＝a2-a1；
当a2<a1：a＝2*π+a2-a1；
位移解算公式为：s＝L*a/(2*π)。
4.一种带有位移传感器装置的电动推杆，其特征在于：包括上述权利要求1-3任一项所述的位移传感器装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114469421A (zh) * 2022-03-31 2022-05-13 常州赛乐医疗技术有限公司 一种用于根管锉定位长度测量的仪器

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