CN114199119A - 适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器及检测装置，复合检测传感器包括壳体、第一检测体、第二检测体、激振体及振动弦/梁体,第一检测体、第二检测体、激振体均安装在壳体上，振动弦/梁体的一端安装在壳体的一端，振动弦/梁体的另一端连接第二检测体，激振体能够驱使振动弦/梁体振动进而当壳体绕轴转动时使施加在第二检测体的力发生变化从而使第二检测体输出变化的第一电信号；当壳体摆动时由于地磁场作用在第一检测体磁场角度变化进而使第一检测体产生变化的第二电信号,本发明对摆转动体的转动角速度和摆动角度同时实现检测，且结构简单，测量准确，实用性强。

Description

适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器及检测装置

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体地，涉及一种适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器及检测装置。

背景技术

角速度测量技术在军事、航海航空、通信、工业和民用导航等领域发挥着巨大的作用，目前已发展出了很多测量角速度的方法和装置。

在工程机械技术中，时常需要检测物体被测面的倾角及物体的旋转角度，在许多情况下，传统的方法是采用机械或单轴传感器进行倾角及旋转角度的测量。采用单轴角度传感器，对物体的角度进行测量，是将单轴角度传感器装置放置于被测产品表面并固定，其转轴与传感器轴垂直，角度测量器测量完成后，读出产品的角度数据，但目前针对能够同时对转动角度以及转动角速度同时检测的仪器较少，往往需要即安装角速度测量仪，又安装角度测量仪，增加了设备的体积，不利于设备的小型化发展。

在专利文献CN110736454A中公开了一种适用于角速度测量的装置，包括转动结构体、振动弦-梁体、激振体以及固定器，振动弦-梁体的两端分别通过固定器安装在转动结构体的两侧侧，在磁场力、电场力或电磁场力的作用下激振体或者振动弦-梁体自身能够驱使振动弦-梁体沿振动弦-梁体轴线相垂直方向上产生振动，当转动结构体以一定的角速度绕振动弦-梁体轴线方向转动时，振动弦-梁体由于受到科里奥利力的作用振型改变，通过测量振动弦-梁体振幅以及振型的变化量、轴向力变化量或振动频率变化量能够得到转动结构体的转动角速度，但该设计不能同时实现对摆动角度的测量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器及检测装置。

根据本发明提供的一种适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器，包括壳体、第一检测体、第二检测体、激振体以及振动弦/梁体；

所述第一检测体、第二检测体、激振体均安装在所述壳体上；

所述振动弦/梁体的一端安装在壳体的一端，所述振动弦/梁体的另一端连接所述第二检测体的端部，所述激振体能够驱使所述振动弦/梁体振动进而当壳体绕轴心或平行于轴心的轴转动时所述振动产生变化使施加在所述第二检测体的力发生变化从而使第二检测体输出变化的第一电信号；

当壳体进入摆动状态时由于地磁场作用在第一检测体磁场角度发生变化进而能够使第一检测体产生变化的第二电信号。

优选地，所述第一检测体采用第一压电结构体与第一磁致伸缩体串联而成的结构且当所述第一磁致伸缩体在外界磁场变化时产生形变或形变趋势并作用在所述第一压电结构体上进而产生第二电信号。

优选地，所述第二检测体包括第二压电结构体以及与所述第二压电结构体串联布置的第二磁致伸缩体，所述第二检测体与第一检测体结构完全相同。

优选地，所述第二检测体包括第二压电结构体。

优选地，当振动产生变化时能够引起施加在所述第二压电结构体上的力变化进而使第二压电结构体输出变化的第一电信号。

优选地，所述第二检测体与壳体同轴布置。

优选地，所述第一检测体的数量为多个且多个第一检测体相对于所述第二检测体对称布置。

优选地，振动弦/梁体包括磁场体、电场体、电流体、电磁场体、磁电体、力电体、力磁体、光电体中的任一种或任多种组合；

激振体包括磁场体、电场体、电流体、电磁场体、磁电体、力电体、力磁体、激光中的任一种或任多种组合。

根据本发明提供的一种检测装置，包括安装台以及安装在所述安装台上的所述的适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器。

优选地，还包括磁体组件，所述磁体组件包括永磁体和/或电磁体。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明针对现有传感器不能基于同一器件对一个摆转动体的转动角速度和摆动角度同时检测传感的问题，发明了一种对摆转动体的转动角速度和摆动角度同时实现检测功能的传感器，且结构简单，测量准确，实用性强。

2、本发明检测装置可以做成标准件安装在需要检测的被检测件上，实现检测装置检测的灵活性，通用性好。

3、本发明中的检测装置通过认为设定磁体组件，有利于信号提取和检测精度的提高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中复合检测传感器的结构示意图，其中，带箭头的虚线为地磁场，壳体绕O点逆时针摆动一定角度后到达虚线框的位置；

图2为实施例2中第一检测体或第二检测体的结构示意图；

图3为实施例3中第二检测体的结构示意图；

图4为检测装置的结构示意图；

图5为检测装置的结构示意图，其中，检测装置还包括磁体组件，磁体组件采用永磁体；

图6为磁体组件为多个永磁体时的结构示意图。

图中示出：

壳体1 第一压电结构体6

第一检测体2 第一磁致伸缩体7

第二检测体3 第二压电结构体8

激振体4 第二磁致伸缩体9

振动弦/梁体5 安装台10

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

本发明提供了一种适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器，包括壳体1、第一检测体2、第二检测体3、激振体4以及振动弦/梁体5，第一检测体2、第二检测体3、激振体4均安装在壳体1上，振动弦/梁体5的一端安装在壳体1的一端，振动弦/梁体5的另一端连接第二检测体3的端部，其中，第二检测体3的一端与壳体1紧密连接被固定，第二检测体3的另一端连接振动弦/梁体5的另一端进而当振动弦/梁体5振动时第二检测体3受到压力或拉力发生变化，激振体4能够驱使振动弦/梁体5振动，由于振动弦/梁体5振动进而能够使作用在第二检测体3上的力发生变化，当壳体1绕轴心或平行于轴心的轴转动时振动作用在第二检测体3上的力产生变化进而使第二检测体3输出变化的第一电信号，当壳体1进入摆动状态时,即壳体1绕O点摆动时，由于地磁场作用在第一检测体2磁场角度发生变化进而能够使第一检测体2产生变化的第二电信号，其中，图1中的带箭头的虚线为地磁场的方向。

在实际应用中，振动弦/梁体5包括磁场体、电场体、电流体、电磁场体、磁电体、力电体、力磁体、光电体中的任一种或任多种组合，激振体4包括磁场体、电场体、电流体、电磁场体、磁电体、力电体、力磁体、激光中的任一种或任多种组合。例如激振体4为磁场体，能够产生磁场，振动弦/梁体5也存在磁性，相互之间通过磁力的相吸或相斥驱使振动弦-梁体20振动；再例如，激振体4、振动弦/梁体5均为带有电荷的电场体，如静电体，通过相互所带电荷的极性达到相互吸引或相互排斥从而驱使振动弦/梁体5振动；还可以是电场和磁场相结合的多种驱使振动弦/梁体5振动的形式。再例如，激振体4为静磁场发生体，振动弦/梁体5通入交变电流，则振动弦/梁体5产生洛伦兹力或安培力，从而振动弦/梁体5振动；或反之，激振体4为交变磁场发生体，振动弦/梁体5通入直流电流，亦可产生振动弦/梁体5振动；激振体4能够驱使振动弦/梁体5振动的实现形式多种多样，此处不再赘述。

本发明依靠第二电信号的变化信息可获得壳体1的摆动角度，通过检测到的第一电信号可获得壳体1转动的角速度ω，最终实现转动角速度、摆动角度的同时检测。

本发明还提供了一种检测装置，包括安装台10以及安装在安装台10上的适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器，如图4所示，可以将检测装置做成标准件安装需要检测的被检测件上，实现检测装置检测的灵活性，通用性好。

进一步地，检测装置还包括磁体组件，磁体组件包括永磁体和/或电磁体，如图5所示，磁体组件为永磁体，磁体组件为基于地磁场原理的认为设定，当复合检测传感器发生摆动时受地磁场的影响第一检测体2产生的第二电信号发生变化进而实现被动角度的检测，通过人为设定磁体组件使得磁体组件与地磁场的复合磁场作用于第一检测体2使得第二电信号更加敏感，利于信号提取和检测精度的提高。

在实际应用中，第一检测体2的数量为多个且多个第一检测体2相对于第二检测体3对称布置，例如，第一检测体2的数量为两个，且两个第一检测体2对称布置在第二检测体3的两侧。

实施例2：

本实施例为实施例1的一个优选例。

本实施例中，如图2所示，第一检测体2采用第一压电结构体6与第一磁致伸缩体7串联而成的结构，当第一磁致伸缩体7在外界磁场变化时产生形变或形变趋势并作用在第一压电结构体6上进而产生变化的第二电信号，由于第一检测体2两端被固定，当由于壳体1摆动进而使第一磁致伸缩体7与地磁场磁场方向的夹角发生变化，第一磁致伸缩体7收到的磁场变化进而自身发生形变或存在形变趋势，第一磁致伸缩体7与第一压电结构体6产生相互作用力进而使第一压电结构体6输出的第二电信号即电压信号变化，通过检测电压信号的变化大小进而实现壳体1摆动角度的检测。

本实施例中，如图2所示，第二检测体3包括第二压电结构体8以及与第二压电结构体8串联布置的第二磁致伸缩体9，第二检测体3与第一检测体2结构完全相同。

本实施例中，第二检测体3与壳体1同轴布置。

需要说明的是，本实施例中，由于摆动和绕轴转动的同时存在，第二检测体3输出的第一电信号包括了由于摆动带来的地磁场影响和绕轴转动受到的科里奥利力影响在内的第二磁致伸缩体9最终的形变或形变趋势，因此，本实施例中获得第一电信号需通过借助获得的第二电信号进行信号剔除后才能获得由于壳体1绕轴转动角速度的检测量。

由此可见，在被检测件在摆动转动同时发生时，通过第一压电结构体6输出的第二电信号即可获得对应检测摆动的角度，而第二压电结构体8输出的第一电信号需要将由于摆动产生的第一电信号的变化量的影响剔除后其他的变化量才是由于自身绕轴转动引起的第一电信号的变化量，即该变化量对应与转动角速度的检测。

实施例3：

本实施例为实施例1的另一个优选例。

本实施例中，第二检测体3仅包括第二压电结构体8，如图3所示，当振动弦/梁体5的振动由于转动的科里奥利力作用产生变化时能够引起施加在第二压电结构体8上的力变化进而使第二压电结构体8输出变化的第一电信号，通过对第一电信号的检测即可获得由于转动引起的变化，从而对应检测到转动的角速度ω。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器，其特征在于，包括壳体(1)、第一检测体(2)、第二检测体(3)、激振体(4)以及振动弦/梁体(5)；

所述第一检测体(2)、第二检测体(3)、激振体(4)均安装在所述壳体(1)上；

所述振动弦/梁体(5)的一端安装在壳体(1)的一端，所述振动弦/梁体(5)的另一端连接所述第二检测体(3)的端部，所述激振体(4)能够驱使所述振动弦/梁体(5)振动进而当壳体(1)绕轴心或平行于轴心的轴转动时所述振动产生变化使施加在所述第二检测体(3)的力发生变化从而使第二检测体(3)输出变化的第一电信号；

当壳体(1)进入摆动状态时由于地磁场作用在第一检测体(2)磁场角度发生变化进而能够使第一检测体(2)产生变化的第二电信号。

2.根据权利要求1所述的适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器，其特征在于，所述第一检测体(2)采用第一压电结构体(6)与第一磁致伸缩体(7)串联而成的结构且当所述第一磁致伸缩体(7)在外界磁场变化时产生形变或形变趋势并作用在所述第一压电结构体(6)上进而产生第二电信号。

3.根据权利要求1所述的适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器，其特征在于，所述第二检测体(3)包括第二压电结构体(8)以及与所述第二压电结构体(8)串联布置的第二磁致伸缩体(9)，所述第二检测体(3)与第一检测体(2)结构完全相同。

4.根据权利要求1所述的适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器，其特征在于，所述第二检测体(3)包括第二压电结构体(8)。

5.根据权利要求3或4所述的适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器，其特征在于，当振动产生变化时能够引起施加在所述第二压电结构体(8)上的力变化进而使第二压电结构体(8)输出变化的第一电信号。

6.根据权利要求1所述的适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器，其特征在于，所述第二检测体(3)与壳体(1)同轴布置。

7.根据权利要求6所述的适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器，其特征在于，所述第一检测体(2)的数量为多个且多个第一检测体(2)相对于所述第二检测体(3)对称布置。

8.根据权利要求1所述的适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器，其特征在于，振动弦/梁体(5)包括磁场体、电场体、电流体、电磁场体、磁电体、力电体、力磁体、光电体中的任一种或任多种组合；

激振体(4)包括磁场体、电场体、电流体、电磁场体、磁电体、力电体、力磁体、激光中的任一种或任多种组合。

9.一种检测装置，其特征在于，包括安装台(10)以及安装在所述安装台(10)上的权利要求1至8任一项所述的适用于摆转动体角度、角速度复合检测传感器。

10.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于，还包括磁体组件，所述磁体组件包括永磁体和/或电磁体。

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