CN114199282B - 基于双编码器的角度传感器校验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双编码器的角度传感器校验装置及方法，被测角度传感器固定于可连续旋转被测品放置平台，通过接线端子连接导线，导线经滑环接出，连接电源端和信号采集端；信号采集端采集角度传感器校验过程中的角度信号，经中央控制器处理后上传上位机；同时，中央控制器接收上位机下发的控制指令，继而控制电机控制器控制电机的旋转；中央控制器还连接控制位于第一箱体和第二箱体内的双编码器，通过双编码器测量实际平台旋转角度。本发明采用双编码器设计测量平台旋转角度，第一编码器和第二编码器分别给上位机回读旋转角度，上位机经过差分计算得到精度更高的平台旋转角度值。

Description

基于双编码器的角度传感器校验装置及方法

技术领域

本发明涉及传感器校验技术领域，尤其涉及一种基于双编码器的角度传感器校验装置及方法。

背景技术

角度传感器广泛应用于电力系统中，例如，电力支撑设备监测，杆塔水平角度测量，输电线路导线弧垂测量，绝缘子风偏角测量等等。

远程输电离不开电力支撑设备的牵引，例如常见的电力输电杆塔，结构多为钢结构组成，但是由于野外的环境复杂性，大风或者泥石流等各种情况，可能会导致支撑设备结构变形，而对于钢结构来说，连接的节点是最容易变形的地方，变形就会伴随着其结构之间夹角的变化，若不能及时掌握其情况，导致情况恶化，会影响正常的输电，造成重大的经济损失。

高压输电线路杆塔的水平角度是反映杆塔运行状态的一个重要指标。由于覆冰、导线舞动等影响，高压输电线路杆塔的倒塌事故时有发生。杆塔的水平角度测量对监测杆塔的健康状态有重要的指示作用，因此，电力部门要求定期监测杆塔的水平角度，常规的高压输电线路杆塔水平角度的监测采用电类的角度传感器。

输电线路导线弧垂是输电线路设计和运行的主要指标，而高压线在运行和施工架线中都会碰到观测导线弧垂的问题。输电线路导线弧垂测量对于控制线路的安全运行起到了很重要的作用，尤其是新架线路经过一段时间后，导线会产生不同程度的下垂，为了安全，进行输电线路导线弧垂监测是很有必要的，这样才能为高压线的安全运行提供可靠的数据。

高压导线的绝缘子风偏角度是反映线路运行状态的一个重要指标，绝缘子的角度对监测导线舞动有重要的指示作用，因此，要求定期监测绝缘子的角度，采用电类的角度传感器。

因此，角度传感器监测的准确性至关重要，将影响电力系统的稳定运行，亟需准确的角度传感器校验装置。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于双编码器的角度传感器校验装置及方法。

为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于双编码器的角度传感器校验装置，包括位于左侧的第一箱体、位于右侧的第二箱体和位于两个箱体之间的可连续旋转被测品放置平台；

被测角度传感器固定于可连续旋转被测品放置平台，通过接线端子连接导线，导线经滑环接出，连接电源端和信号采集端；

信号采集端采集角度传感器校验过程中的角度信号，经中央控制器处理后上传上位机；同时，中央控制器控制电源端给角度传感器供电；

第一箱体设置一体连接的第一编码器、电机和减速器，以及位于第一箱体内的电机控制器，电机控制器控制电机输出转速，经减速器控制可连续旋转被测品放置平台的转动；

中央控制器还连接控制第一箱体内的电机控制器，中央控制器接收上位机下发的控制指令，继而控制电机控制器控制电机的旋转；中央控制器还连接控制第一箱体内的第一编码器和位于第二箱体内的第二编码器，双编码器分别测量平台旋转角度，中央控制器读取角度值，从而上传给上位机进行回读；

上位机根据第一编码器测得的平台旋转角度和第二编码器测得的平台旋转角度，经差分计算得到实际的平台旋转角度。

进一步地，考虑减速器的影响，第一编码器和第二编码器读取的角度值的精度比b为：

其中，第一编码器的分辨率参数为线数X，第二编码器的分辨率参数为线数Y，减速器的比值a；

第一编码器读取电机旋转的角度，上传给上位机进行回读，得到数值y _读值，第二编码器读取电机旋转的角度，上传给上位机进行回读，得到数值x _读值，上位机经过差分计算得到电机旋转的角度值x：

进一步地，可连续旋转被测品放置平台包括置物平台、左侧连接架、右侧连接架，三者固定连接；左侧连接架固定连接左侧旋转轴，通过左侧旋转轴与电机连接；右侧连接架固定连接右侧旋转轴，通过右侧旋转轴与滑环连接。

进一步地，滑环左侧还设置有第二编码器，第二编码器为圆环状，套接于右侧旋转轴上，第二编码器通过连接片固定于第二箱体内壁上。

进一步地，滑环包括内侧滑环和外侧滑环，内侧滑环与右侧旋转轴固定连接，可跟随右侧旋转轴连续旋转；内侧滑环是空心设计，套装固定于右侧旋转轴右端；外侧滑环固定不可旋转，通过固定支架固定于第二箱体底部。滑环上的导线另一端从内侧滑环一端穿出，连接于外侧滑环右侧，并穿过外侧滑环从左侧出线，连接电源端和信号采集端。

进一步地，接线端子包含左右两排导线接口，其中一侧用于连接被测角度传感器的电源线与信号线，另一侧连接滑环上的导线。右侧旋转轴为空心设计，右侧连接架固定连接右侧旋转轴，右侧连接架上方对应位置设置穿孔，滑环上的导线从穿孔出，连接于接线端子的另一侧。

进一步地，置物平台上均匀设置有排孔，用于通过扎线固定被测角度传感器。

一种基于双编码器的角度传感器校验方法，包括步骤：

（1）将被测角度传感器固定于可连续旋转被测品放置平台，并进行接线；将被测角度传感器的电源线与信号线连接于接线端子一侧，接线端子另一侧一直与滑环上的导线连接；

（2）上位机设置好每次试验的平台旋转角度，按下开始按钮，开始试验；电机控制器控制电机转动到一个角度，暂停，此时角度传感器测得角度值上传上位机；同时，双编码器分别回读平台实际的旋转角度给上位机；得到第一编码器读值和第二编码器读值；

（3）上位机根据第一编码器读值和第二编码器读值，进行差分计算，得到平台实际旋转角度；

（4）上位机通过比对角度传感器测得的角度值，和计算得到的平台实际旋转角度，可得到角度传感器的准确率；电机继续转动，可测试多个值。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明采用双编码器设计，测量平台实际旋转角度，可以得到精度更高的平台实际旋转角度；包括第一箱体内的一体连接的第一编码器、电机和减速器，以及第二箱体内的位于滑环左侧的第二编码器，第一编码器读取平台实际旋转角度，上传给上位机进行回读，第二编码器读取平台实际旋转角度，上传给上位机进行回读，上位机经过差分计算得到精度更高的平台实际旋转角度值。

附图说明

图1是本发明所述的基于双编码器的角度传感器校验装置外部示意图；

图2是本发明所述的基于双编码器的角度传感器校验装置内部示意图；

图3是装置第一箱体内部示意图；

图4是装置第二箱体内部示意图；

图5是第二编码器连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

如图1和2所示，本发明所述的基于双编码器的角度传感器校验装置，包括位于左侧的第一箱体1、位于右侧的第二箱体2和位于两个箱体之间的可连续旋转被测品放置平台3；可连续旋转被测品放置平台3包括置物平台3-1和左侧连接架3-2、右侧连接架3-3构成，置物平台和左侧连接架、右侧连接架三者固定连接。左侧连接架3-2固定连接左侧旋转轴6，通过左侧旋转轴与电机连接；右侧连接架3-3固定连接右侧旋转轴7，通过右侧旋转轴与滑环4连接。

右侧旋转轴7上，位于滑环4左侧的空隙还设置有第二编码器13，第二编码器13为圆环状，套接于右侧旋转轴7上并固定。如图5所示，第二编码器13通过连接片14固定于第二箱体2内壁上，第二编码器13为圆环设计，圆环内径大于右侧旋转轴7直径，右侧旋转轴可在其中自由转动。第二编码器13的读数可无线传输给第二箱体内的中央控制器。

如图2和3所示，本发明所述的基于双编码器的角度传感器校验装置，包括一体连接的第一编码器8、电机9和减速器10，以及位于第一箱体1内的电机控制器，电机控制器受中央控制器控制，控制电机输出转速，经减速器控制左侧旋转轴6的转动。因此，可连续旋转被测品放置平台3以及其上的角度传感器跟随旋转。第一编码器8的读数可无线传输给第二箱体内的中央控制器。

同时，双编码器分别测量平台实际旋转角度，即可连续旋转被测品放置平台3以及其上的角度传感器旋转的角度；均上传中央控制器，从而上传给上位机进行回读。

第一编码器8的分辨率参数为线数X，可以选用2500线的编码器，第二编码器13的分辨率参数为线数Y，可以选用5000线的编码器，减速器10的比值a，可以为1:50。

编码器线数2500线是指编码器的码盘上有2500线平分一个圆周，编码器一周内发出2500个脉冲，通过AB相相差90°的原理可以分频成10000，就是360°分成了10000份。

因此，考虑减速器10的影响，第一编码器8和第二编码器13读取的角度值的精度比为：

双编码器的工作原理：第一编码器8读取平台实际旋转角度，通过中央控制器上传给上位机进行回读，得到数值y _读值，第二编码器13读取平台实际旋转角度，通过中央控制器上传给上位机进行回读，得到数值x _读值，上位机经过差分计算得到精度更高的平台实际旋转角度值x。

其计算公式为：

（1）

如图4所示，滑环4包括内侧滑环4-1和外侧滑环4-2，内侧滑环4-1与右侧旋转轴固定连接，可跟随右侧旋转轴连续旋转。内侧滑环4-1是空心设计，套装固定于右侧旋转轴右端。外侧滑环4-2固定不可旋转，通过固定支架5固定，固定支架5通过螺栓固定于第二箱体2底部。

可连续旋转被测品放置平台3上还固定有接线端子11，包含左右两排导线接口，其中一侧用于连接被测角度传感器的电源线与信号线，另一侧连接滑环上的导线12。右侧旋转轴7为空心设计，同时内侧滑环4-1也是空心设计；右侧连接架3-3固定连接右侧旋转轴7，右侧连接架3-3上方对应位置设置穿孔，滑环上的导线12从穿孔出，连接于接线端子11的另一侧。滑环上的导线12另一端从内侧滑环4-1一端穿出，连接于外侧滑环4-2右侧，通过固定的外侧滑环起到固定导线的作用。并穿过外侧滑环4-2从左侧出线，连接电源端和信号采集端，防止旋转中的绕线。通过本发明双层滑环的设计，可实现0-360度可连续旋转的角度传感器校验。

置物平台3-1上均匀设置有排孔，用于通过扎线固定被测角度传感器，防止旋转中角度传感器的滑动或掉落。

第二箱体2底部设置中央控制器，连接上位机。信号采集端采集角度传感器检测过程中的角度信号，经中央控制器处理后上传上位机，同时，中央控制器控制电源端给角度传感器供电。

同时，中央控制器还连接控制第一箱体1内的电机控制器，中央控制器接收上位机下发的控制指令，继而控制电机控制器控制电机的旋转。中央控制器还连接控制第一箱体1内的第一编码器和第二箱体内的第二编码器，双编码器分别测量平台实际旋转角度，即可连续旋转被测品放置平台3以及其上的角度传感器旋转的角度；中央控制器读取角度值，从而上传给上位机进行回读。

第一箱体1和第二箱体2均设置外壳对内部结构进行保护，且第二箱体2外壳设有开始按钮和急停按钮。

本发明所还提供一种基于双编码器的角度传感器校验方法，采用上述装置，具体步骤：

（1）将被测角度传感器固定于可连续旋转被测品放置平台3，并进行接线；将被测角度传感器的电源线与信号线连接于接线端子一侧，接线端子另一侧一直与滑环上的导线12连接；

（2）上位机设置好每次试验的平台旋转角度，按下开始按钮，开始试验；电机控制器控制电机转动到该角度，暂停，此时角度传感器测得角度值上传上位机；同时，双编码器分别回读平台实际的旋转角度给上位机；得到第一编码器读值和第二编码器读值；

（3）上位机根据第一编码器读值和第二编码器读值，依据公式（1）进行差分计算，得到平台实际旋转角度；

（4）上位机通过比对角度传感器测得的角度值，和计算得到的平台实际旋转角度，可得到角度传感器的准确率；电机继续转动，可测试多个值。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明采用双编码器设计，测量平台实际旋转角度，可以得到精度更高的平台实际旋转角度；包括第一箱体内的一体连接的第一编码器、电机和减速器，以及第二箱体内的位于滑环左侧的第二编码器，第一编码器读取平台实际旋转角度，上传给上位机进行回读，第二编码器读取平台实际旋转角度，上传给上位机进行回读，上位机经过差分计算得到精度更高的平台实际旋转角度值。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于双编码器的角度传感器校验装置，其特征在于，包括第一箱体（1）、第二箱体（2）和可连续旋转被测品放置平台（3）；

被测角度传感器固定于可连续旋转被测品放置平台（3），通过接线端子（11）连接导线（12），导线（12）经滑环（4）接出，连接电源端和信号采集端；

信号采集端采集角度传感器的角度信号，经中央控制器处理后上传上位机；同时，中央控制器控制电源端给角度传感器供电；

第一箱体（1）设置一体连接的第一编码器（8）、电机（9）和减速器（10），以及位于第一箱体（1）内的电机控制器，电机控制器控制电机输出转速，经减速器控制可连续旋转被测品放置平台（3）的转动；

中央控制器接收上位机下发的控制指令，控制第一箱体（1）内的电机控制器；中央控制器还连接控制第一箱体（1）内的第一编码器和位于第二箱体内的第二编码器（13），双编码器分别测量平台旋转角度，中央控制器读取角度值，从而上传给上位机进行回读；

上位机根据第一编码器测得的平台旋转角度和第二编码器测得的平台旋转角度，经差分计算得到实际的平台旋转角度；

考虑减速器的影响，第一编码器和第二编码器读取的角度值的精度比b为：

其中，第一编码器的分辨率参数为线数X，第二编码器的分辨率参数为线数Y，减速器的比值a；

第一编码器读取平台旋转角度，上传给上位机进行回读，得到数值y _读值，第二编码器读取平台旋转角度，上传给上位机进行回读，得到数值x _读值，上位机经过差分计算得到平台旋转角度值x：

。

2.根据权利要求1所述的基于双编码器的角度传感器校验装置，其特征在于，

可连续旋转被测品放置平台（3）包括置物平台（3-1）、左侧连接架（3-2）、右侧连接架（3-3）；左侧连接架（3-2）固定连接左侧旋转轴（6），通过左侧旋转轴（6）与电机连接；右侧连接架（3-3）固定连接右侧旋转轴（7），通过右侧旋转轴（7）与滑环（4）连接。

3.根据权利要求2所述的基于双编码器的角度传感器校验装置，其特征在于，

第二编码器（13）为圆环状，套接于右侧旋转轴（7）上，第二编码器（13）通过连接片（14）固定于第二箱体（2）内壁上。

4.根据权利要求1所述的基于双编码器的角度传感器校验装置，其特征在于，

接线端子（11）包含左右两排导线接口，其中一侧用于连接被测角度传感器的电源线与信号线，另一侧连接滑环上的导线（12）；

右侧旋转轴（7）为空心设计，右侧连接架（3-3）固定连接右侧旋转轴（7），右侧连接架（3-3）上方对应位置设置穿孔，滑环上的导线（12）从穿孔出，连接于接线端子（11）的另一侧。

5.根据权利要求4所述的基于双编码器的角度传感器校验装置，其特征在于，

滑环（4）包括内侧滑环（4-1）和外侧滑环（4-2），内侧滑环（4-1）与右侧旋转轴固定连接，跟随右侧旋转轴连续旋转；内侧滑环（4-1）是空心设计，套装固定于右侧旋转轴右端；外侧滑环（4-2）固定不可旋转，通过固定支架（5）固定于第二箱体（2）底部；

滑环上的导线（12）另一端从内侧滑环（4-1）一端穿出，连接于外侧滑环（4-2）右侧，并穿过外侧滑环（4-2）从左侧出线，连接电源端和信号采集端。

6.根据权利要求1所述的基于双编码器的角度传感器校验装置，其特征在于，

置物平台（3-1）上均匀设置有排孔，用于通过扎线固定被测角度传感器。

7.一种基于双编码器的角度传感器校验方法，基于权利要求1-6任一所述的基于双编码器的角度传感器校验装置，其特征在于，包括步骤：

（1）将被测角度传感器固定于可连续旋转被测品放置平台，并进行接线；将被测角度传感器的电源线与信号线连接于接线端子一侧，接线端子另一侧一直与滑环上的导线连接；

（2）上位机设置好每次试验的平台旋转角度，按下开始按钮，开始试验；电机控制器控制电机转动到该角度，暂停，此时角度传感器测得角度值上传上位机；同时，双编码器分别回读平台旋转角度给上位机，得到第一编码器读值和第二编码器读值；

（3）上位机根据第一编码器读值和第二编码器读值，进行差分计算，得到平台实际旋转角度；

（4）上位机通过比对角度传感器测得的角度值，和计算得到的平台实际旋转角度，可得到角度传感器的准确率；电机继续转动，可测试多个值。

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