CN117704956A - 一种扁平式角度传感器及测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种扁平式角度传感器及测量方法，涉及传感器技术领域，所述扁平式角度传感器包括：绝磁性外壳，绝磁性外壳设置有中心孔洞；设置于绝磁性外壳内的旋转轴、电路系统、转子、传动齿轮；旋转轴的两端贯穿于中心孔洞；旋转轴与通过轴上齿轮传动齿轮转动连接，传动齿轮与转子转动连接；电路系统设置于所述转子之间；旋转轴包括：中心轴体，中心轴体的两端贯穿于中心孔洞，中心轴体的两端套设有第一轴上齿轮和第二轴上齿轮，第一轴上齿轮和第二轴上齿轮的齿轮数不同；数据采集处理模块，用于获取磁场接收线圈的电流数据，并基于电流数据生成检测结果，以解决目前的角度传感器占用体积较大，无法在体积上进行优化，不利于用户进行使用的问题。

Description

一种扁平式角度传感器及测量方法

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，尤其涉及一种扁平式角度传感器及测量方法。

背景技术

角度传感器为传感器领域中一项重要的传感装置，作为对待测物角度、方向等参数进行测量的重要设备。

现有的角度传感器主要包括光学角度传感器和磁性角度传感器两种，其中光学角度传感器由光源和光电探测器组成，通过码盘旋转，光路被码盘上间隔排列的线或槽阻断，从而产生两路典型的方波A和B正交脉冲确定轴的角度和速度。磁性角度传感器的结构使用磁性码盘替代带槽光电码盘，磁性码盘上带有间隔排列的磁极，并在一列霍尔效应传感器或磁阻传感器上旋转；码盘的任何转动都会使传感器产生响应，产生的信号将传输至信号调理前端电路以确定轴的位置。

然而，光学角度传感器在多尘的环境中进行测量时，粉尘会阻碍LED光透射到光学传感器上，从而影响传感器的可靠性和精度导致测量结果的准确性降低，此外光源的使用寿命较短，需要定时更换。磁性角度传感器在使用时产生的电磁干扰会对角度传感器造成极大的影响，并且温度变化也会使其产生漂移导致测量结果的准确性降低。而且现有的角度传感器占用体积较大，无法在体积上进行优化，不利于用户进行使用。

发明内容

本申请提供了一种扁平式角度传感器及测量方法，以解决现有的光学角度传感器在多尘的环境中进行测量时，测量结果准确性较低，且光源的使用寿命较短，需要定时更换；磁性角度传感器在使用时产生的电磁干扰会对角度传感器造成极大的影响，并且温度变化也会使其产生漂移导致测量结果的准确性降低；而且目前的角度传感器占用体积较大，无法在体积上进行优化，不利于用户进行使用的技术问题。

本申请第一方面提供了一种扁平式角度传感器，包括：

绝磁性外壳，所述绝磁性外壳设置有中心孔洞；

设置于所述绝磁性外壳内的旋转轴、电路系统、转子、传动齿轮；所述旋转轴的两端贯穿于所述中心孔洞；所述旋转轴与所述传动齿轮转动连接，所述传动齿轮与所述转子转动连接；所述电路系统设置于所述转子之间；

所述旋转轴包括：

中心轴体，所述中心轴体为柱体结构，所述中心轴体的两端贯穿于所述中心孔洞；所述中心轴体的两端套设有第一轴上齿轮和第二轴上齿轮，所述第一轴上齿轮和所述第二轴上齿轮的齿轮数不同；

所述电路系统包括：

设置于所述中心轴体外侧的磁场生成螺旋线圈和至少一组磁场接收线圈，所述磁场接收线圈设置于所述磁场生成螺旋线圈的内侧；所述磁场生成螺旋线圈和所述转子产生的磁场方向不同；所述磁场接收线圈设置有旁路电容；

数据采集处理模块，所述数据采集处理模块用于获取所述磁场接收线圈的电流数据，并基于所述电流数据生成检测结果。

在一些实施例中，所述绝磁性外壳包括：

第一绝磁壳体，所述第一绝磁壳体设置有第一中心孔洞；所述第一绝磁壳体上设置有第一支柱和第二支柱，所述第一支柱和所述第二支柱分别位于所述第一中心孔洞的两侧；

第二绝磁壳体，所述第二绝磁壳体设置有第二中心孔洞；所述第二绝磁壳体上设置有第三支柱和第四支柱，所述第三支柱和所述第四支柱分别位于所述第二中心孔洞的两侧；所述第二绝磁壳体与所述第一绝磁壳体相卡接形成用于安装所述旋转轴、电路系统、转子、传动齿轮的空间。

在一些实施例中，所述转子包括：

第一转子本体，所述第一转子本体为圆环结构，所述第一转子本体内侧设置有齿轮，所述第一转子本体外侧设置有相对平行的第一转子线圈，所述第一转子线圈为扇形环状结构；

第二转子本体，所述第二转子本体为圆环结构，所述第二转子本体内侧设置有齿轮，所述第二转子本体外侧设置有相对平行的第二转子线圈，所述第二转子线圈为扇形环状结构。

在一些实施例中，所述传动齿轮包括：

第一齿轮，所述第一齿轮固定于所述第一支柱上，所述第一齿轮分别与所述第一轴上齿轮和所述第一转子本体内侧设置的齿轮相啮合；

第二齿轮，所述第二齿轮固定于所述第二支柱上，所述第二齿轮分别与所述第一轴上齿轮和所述第一转子本体内侧设置的齿轮相啮合；

第三齿轮，所述第三齿轮固定于所述第三支柱上，所述第三齿轮分别与所述第二轴上齿轮和所述第二转子本体内侧设置的齿轮相啮合；

第四齿轮，所述第四齿轮固定于所述第四支柱上，所述第四齿轮分别与所述第二轴上齿轮和所述第二转子本体内侧设置的齿轮相啮合。

在一些实施例中，所述电路系统包括：

信号发射模块，所述信号发射模块与所述磁场生成螺旋线圈电连接，用于发送电信号至所述磁场生成螺旋线圈；

信号接收模块，所述信号接收模块与所述磁场接收线圈、数据采集处理模块通信连接，用于获取所述磁场接收线圈的电流数据并传输至所述数据采集处理模块；

接口模块，所述接口模块与所述数据采集处理模块通信连接，用于将所述检测结果通过485通信总线以及modbus通讯协议传输至指定设备；所述指定设备为能够接收信息的电子设备。

在一些实施例中，所述信号接收模块还用于对所述电流数据进行预处理操作；所述预处理操作包括：对所述电流数据进行噪声滤除以及对所述电流数据信号进行放大。

在一些实施例中，所述中心轴体的两端设置有紧固槽，所述紧固槽用于与被检测设备相连接。

本申请第二方面提供了一种扁平式角度传感器的测量方法，应用于上述第一方面中任意一项所述的一种扁平式角度传感器，包括：

获取信号发射模块的输出电流值；

基于所述信号发射模块的输出电流值，获取磁场生成螺旋线圈产生的第一磁场；所述第一磁场为：

；

式中，为磁场生成螺旋线圈的磁导率，I_发射为信号发射模块的输出电流值；n为磁 场生成螺旋线圈的匝数；r_等效为磁场生成螺旋线圈的等效半径；

基于所述第一磁场，获取转子线圈产生的第二磁场；所述第二磁场为：

；

式中，为转子线圈的磁导率，I_感-转为转子线圈的感生电流，R_等效-转为转子线圈的等效半径；

获取磁场接收线圈的感应磁场变化面积；

基于所述第二磁场和所述磁场接收线圈的感应磁场变化面积，获取磁场接收线圈在所述第二磁场下产生的感应电流；所述感应电流为：

；

式中，S_接收为磁场接收线圈的感应磁场变化面积，B₂为第二磁场，t为磁场接收线圈处于第二磁场中的时间，R_负载为磁场接收线圈的等效电阻；

基于所述感应电流，生成检测结果。

在一些实施例中，所述基于所述第一磁场，获取转子线圈产生的第二磁场包括：

获取转子线圈的感应磁场变化面积；

基于所述第一磁场和所述转子线圈的感应磁场变化面积，获取转子线圈的感生电动势；所述感生电动势为：

；

式中，S_转为转子线圈的感应磁场变化面积，t为转子线圈处于第一磁场中的时间；

基于所述转子线圈的感生电动势，获取转子线圈的感生电流；

；

式中，R_转为转子线圈的等效电阻；

基于转子线圈的感生电流，所述获取转子线圈产生的第二磁场。

在一些实施例中，所述基于所述感应电流，生成检测结果包括：

基于所述感应电流，对感应电流数据进行预处理操作；所述预处理操作包括：对所述感应电流数据进行噪声滤除以及对所述感应电流数据信号进行放大；

基于所述预处理操作后的感应电流，生成检测结果。

本申请实施例提供一种扁平式角度传感器及测量方法，所述扁平式角度传感器包括：绝磁性外壳，所述绝磁性外壳设置有中心孔洞；设置于所述绝磁性外壳内的旋转轴、电路系统、转子、传动齿轮；所述旋转轴的两端贯穿于所述中心孔洞；所述旋转轴与所述传动齿轮转动连接，所述传动齿轮与所述转子转动连接；所述电路系统设置于所述转子之间；所述旋转轴包括：中心轴体，所述中心轴体为柱体结构，所述中心轴体的两端贯穿于所述中心孔洞；所述中心轴体的两端套设有第一轴上齿轮和第二轴上齿轮，所述第一轴上齿轮和所述第二轴上齿轮的齿轮数不同；所述电路系统包括：设置于所述中心轴体外侧的磁场生成螺旋线圈和至少一组磁场接收线圈，所述磁场接收线圈设置于所述磁场生成螺旋线圈的内侧；所述磁场生成螺旋线圈和所述转子产生的磁场方向不同；所述磁场接收线圈设置有旁路电容；数据采集处理模块，所述数据采集处理模块用于获取所述磁场接收线圈的电流数据，并基于所述电流数据生成检测结果，以实现角度传感器通过直流电流检测完成角度测算功能，角度传感精度高，可以实现连续性角度检测；对需求系统的空间要求低，可以有效降低系统的设计难度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请中扁平式角度传感器的结构示意图；

图2为本申请中扁平式角度传感器中各元件的结构示意图；

图3为本申请中电路系统的结构示意图；

图4为本申请中转子的结构示意图；

图5为本申请中扁平式角度传感器的测量方法流程图；

图6为本申请中磁场生成螺旋线圈的结构示意图。

附图标记说明：

1-绝磁性外壳；11-中心孔洞；12-第一绝磁壳体；121-第一中心孔洞；122-第一支柱；123-第二支柱；13-第二绝磁壳体；131-第二中心孔洞；132-第三支柱；133-第四支柱；2-旋转轴；21-中心轴体；211-紧固槽；22-第一轴上齿轮；23-第二轴上齿轮；3-电路系统；31-磁场生成螺旋线圈；32-磁场接收线圈；33-数据采集处理模块；34-信号发射模块；35-信号接收模块；36-接口模块；4-转子；41-第一转子本体；42-第一转子线圈；43-第二转子本体；44-第二转子线圈；5-传动齿轮；51-第一齿轮；52-第二齿轮；53-第三齿轮；54-第四齿轮。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

由于在一些技术中，光学角度传感器在多尘的环境中进行测量时，测量结果准确性较低，且光源的使用寿命较短，需要定时更换；磁性角度传感器在使用时产生的电磁干扰会对角度传感器造成极大的影响，并且温度变化也会使其产生漂移导致测量结果的准确性降低；而且目前的角度传感器占用体积较大，无法在体积上进行优化，不利于用户进行使用，为了解决该技术问题，本申请提供了一种扁平式角度传感器即测量方法，下面对扁平式角度传感器及测量方法进行说明：

现有角度传感器主要包括光学角度传感器和磁性角度传感器两种，其中光学角度传感器由光源和光电探测器组成，分别位于码盘两侧。码盘旋转时，光路被码盘上间隔排列的线或槽阻断，从而产生两路典型的方波A和B正交脉冲，可用于确定轴的角度和速度。然而，在多尘的环境中，污染物堆积在码盘上，阻碍LED光透射到光学传感器，影响传感器的可靠性和精度，此外光源存在使用寿命，需要定时更换。磁性角度传感器的结构与光学角度传感器类似，使用磁性码盘替代带槽光电码盘，磁性码盘上带有间隔排列的磁极，并在一列霍尔效应传感器或磁阻传感器上旋转。码盘的任何转动都会使这些传感器产生响应，而产生的信号将传输至信号调理前端电路以确定轴的位置。然而，磁性角度传感器使用环境中产生的电磁干扰会对角度传感器造成极大的影响，并且温度变化也会使其产生漂移。本申请在永磁体磁性角度传感器的基础上，发展出基于通电线圈的角度传感器，通过旋转轴连接两个旋转倍数不同的线圈，在绝磁壳体上开出漏磁孔，通过检测两个线圈漏磁情况计算待测设备旋转角度。

由图1至图3可知，本申请第一方面提供了一种扁平式角度传感器，包括：绝磁性外壳1，所述绝磁性外壳1设置有中心孔洞11；绝磁性外壳1的材质为绝磁性材料，用于屏蔽外界磁场对传感器内磁场变化的影响；设置于所述绝磁性外壳1内的旋转轴2、电路系统3、转子4、传动齿轮5；所述旋转轴2的两端贯穿于所述中心孔洞11；所述旋转轴2与所述传动齿轮5转动连接，所述传动齿轮5与所述转子4转动连接；所述电路系统3设置于所述转子4之间；其中电路3以及传动齿轮5通过绝磁性外壳1中的结构设计进行固定，旋转轴2通过绝磁性外壳1的中心孔洞11并利用结构设计固定，转子4通过旋转轴2以及传动齿轮5实现位置固定与旋转；所述旋转轴2包括：中心轴体21，所述中心轴体21为柱体结构，所述中心轴体21的两端贯穿于所述中心孔洞11；所述中心轴体21的两端套设有第一轴上齿轮22和第二轴上齿轮23，所述第一轴上齿轮22和所述第二轴上齿轮23的齿轮数不同；通过第一轴上齿轮22和第二轴上齿轮23的齿数存在细微差异，从而随着中心轴体201的转动，转子4的旋转角度出现差异，通过角度差异从而计算出待检测设备实际旋转角度；所述电路系统3包括：设置于所述中心轴体21外侧的磁场生成螺旋线圈31和至少一组磁场接收线圈32，所述磁场接收线圈32设置于所述磁场生成螺旋线圈31的内侧；所述磁场生成螺旋线圈31和所述转子4产生的磁场方向不同；所述磁场接收线圈32设置有旁路电容；数据采集处理模块33，所述数据采集处理模块33用于获取所述磁场接收线圈32的电流数据，并基于所述电流数据生成检测结果。

本申请通过将所述扁平式角度传感器利用旋转轴2两端设置的紧固槽211与被检测设备相连接，通过第一轴上齿轮22和第二轴上齿轮23的齿数存在细微差异，从而随着中心轴体201的转动，转子4的旋转角度出现差异，通过角度差异从而计算出待检测设备实际旋转角度，利用磁场接收线圈32获取磁场接收线圈32在转子线圈作用下产生磁场的感应电流，通过数据采集处理模块33获取所述磁场接收线圈32的电流数据，并基于所述电流数据生成检测结果，具体测量方法流程可参见下述方法实施例。

由图2可知，所述绝磁性外壳1包括：第一绝磁壳体12，所述第一绝磁壳体12设置有第一中心孔洞121；所述第一绝磁壳体12上设置有第一支柱122和第二支柱123，所述第一支柱122和所述第二支柱123分别位于所述第一中心孔洞121的两侧；第二绝磁壳体13，所述第二绝磁壳体13设置有第二中心孔洞131；所述第二绝磁壳体13上设置有第三支柱132和第四支柱133，所述第三支柱132和所述第四支柱133分别位于所述第二中心孔洞131的两侧；所述第二绝磁壳体13与所述第一绝磁壳体12相卡接形成用于安装所述旋转轴2、电路系统3、转子4、传动齿轮5的空间。通过所述绝磁性外壳1的结构设计，通过第一绝磁壳体12和第二绝磁壳体13相卡接形成用于储存空间，在所述储存空间内安装所述旋转轴2、电路系统3、转子4、传动齿轮5。相比于现有的角度传感器可以对所述角度传感器内的元件进行更换及维修，提高了角度传感器的维修效率以及为角度传感器的清理及安装工作提供了便利。

由图2可知，所述转子4包括：第一转子本体41，所述第一转子本体41为圆环结构，所述第一转子本体41内侧设置有齿轮，所述第一转子本体41外侧设置有相对平行的第一转子线圈42，所述第一转子线圈42为扇形环状结构；第二转子本体43，所述第二转子本体43为圆环结构，所述第二转子本体43内侧设置有齿轮，所述第二转子本体43外侧设置有相对平行的第二转子线圈44，所述第二转子线圈44为扇形环状结构。第一转子本体41和第二转子本体43内侧的齿轮数相同，通过第一轴上齿轮22和第二轴上齿轮23的齿数存在细微差异，从而随着中心轴体201的转动带动转子4，转子4的旋转角度出现差异，通过角度差异从而计算出待检测设备实际旋转角度。

由图2可知，所述传动齿轮5包括：第一齿轮51，所述第一齿轮51固定于所述第一支柱122上，所述第一齿轮51分别与所述第一轴上齿轮22和所述第一转子本体41内侧设置的齿轮相啮合；第二齿轮52，所述第二齿轮52固定于所述第二支柱123上，所述第二齿轮52分别与所述第一轴上齿轮22和所述第一转子本体41内侧设置的齿轮相啮合；第三齿轮53，所述第三齿轮53固定于所述第三支柱132上，所述第三齿轮53分别与所述第二轴上齿轮23和所述第二转子本体43内侧设置的齿轮相啮合；第四齿轮54，所述第四齿轮54固定于所述第四支柱133上，所述第四齿轮54分别与所述第二轴上齿轮23和所述第二转子本体43内侧设置的齿轮相啮合。传动齿轮5用于固定所述旋转轴2和转子4的位置。

由图3可知，所述电路系统3包括：信号发射模块34，所述信号发射模块34与所述磁场生成螺旋线圈31电连接，用于发送电信号至所述磁场生成螺旋线圈31；信号接收模块35，所述信号接收模块35与所述磁场接收线圈32、数据采集处理模块33通信连接，用于获取所述磁场接收线圈32的电流数据并传输至所述数据采集处理模块33；接口模块36，所述接口模块36与所述数据采集处理模块33通信连接，用于将所述检测结果通过485通信总线以及modbus通讯协议传输至指定设备；所述指定设备为能够接收信息的电子设备。通过采用485通信总线、modbus通讯协议，提高数据传输可靠性。

在该实施例中，所述信号接收模块35还用于对所述电流数据进行预处理操作；所述预处理操作包括：对所述电流数据进行噪声滤除以及对所述电流数据信号进行放大。通过噪声滤除以及信号放大工作，保证电流数据信号信息完整性的前提下放大电流数据信号至数据采集处理模块33的正常采集范围内，保障了信息的完整性。

由图2可知，所述中心轴体21的两端设置有紧固槽211，所述紧固槽211用于与被检测设备相连接。通过紧固槽211可以将所述扁平式角度传感器安装在绝大多数的待检测设备中，对需求系统的空间要求低，可以有效降低系统设计难度。

由图5可知，本申请第二方面提供了一种扁平式角度传感器的测量方法，应用于上述任意实施例所述的一种扁平式角度传感器，包括以下步骤：

S100：获取信号发射模块的输出电流值；在扁平式角度传感器工作工程中，首先需要经由信号发射模块34给磁场生成螺旋线圈31供电，电流通过时产生变化磁场。其中，磁场生成螺旋线圈31如图6所示，为均匀分布螺旋线圈，线圈半径最大值为R₁，最小值为R₂，螺旋角度共n×360°。由于本发明螺旋线圈均匀分布、曲率线性增加，因此螺旋线圈可以等效为半径为r等效的n匝立体线圈。以线圈中心为圆心建立平面直角坐标系，线圈轨迹为：

；

式中，为线圈轨迹在坐标系中的旋转角度；

线圈等效总面积为：

；

线圈等效半径为：

；

线圈生成磁场为：

；

式中，为磁场生成螺旋线圈31的磁导率，信号发射模块34输出电流为：

；

式中，a为时间平方的系数，b为时间一次方的系数，c为时间常数，为时间系数。

S200：基于所述信号发射模块的输出电流值，获取磁场生成螺旋线圈产生的第一磁场；所述第一磁场为：

；

式中，为磁场生成螺旋线圈的磁导率，I_发射为信号发射模块的输出电流值；n为磁场生成螺旋线圈的匝数；r_等效为磁场生成螺旋线圈的等效半径。

S300：基于所述第一磁场，获取转子线圈产生的第二磁场；所述第二磁场为：

；

式中，为转子线圈的磁导率，I_感-转为转子线圈的感生电流，R_等效-转为转子线圈的等效半径；

所述基于所述第一磁场，获取转子线圈产生的第二磁场包括以下子步骤：

S310：获取转子线圈的感应磁场变化面积；

S320：基于所述第一磁场和所述转子线圈的感应磁场变化面积，获取转子线圈的感生电动势；所述感生电动势为：

；

式中，S_转为转子线圈的感应磁场变化面积，t为转子线圈处于第一磁场中的时间；

S330：基于所述转子线圈的感生电动势，获取转子线圈的感生电流；

；

式中，R_转为转子线圈的等效电阻；

S340：基于转子线圈的感生电流，所述获取转子线圈产生的第二磁场。

在该实施例中，在外力影响下，旋转轴2发生变化，并通过第一齿轮51、第二齿轮52、第三齿轮53、第四齿轮54带动转子4旋转，第一轴上齿轮22和第二轴上齿轮23的齿轮数分别为A、B，第一齿轮51、第二齿轮52、第三齿轮53、第四齿轮54的齿轮数相同，转子4内圈齿数均为C，因此，当旋转轴2旋转为时，第一转子本体41的旋转角度为/>，第二转子本体43的旋转角度为/>；

第一转子本体41和第二转子本体43完成被动旋转后，在磁场中感生电动势引发磁场位置发生变化，第一转子本体41和第二转子本体43如图4所示，线圈为扇环形状，扇环内径R₃，外径R₄，圆心角为40度，线圈材质电导率为。因此，转子线圈感生电动势为：

；

式中：；

感生电流为：

；

其中等效电阻为：

；

式中，为转子线圈横截面积，在此基础上，获取转子线圈产生的第二磁场；所述第二磁场为：

。

S400：获取磁场接收线圈的感应磁场变化面积；磁场接收线圈32基于磁场生成螺旋线圈31产生的磁场B₁以及转子线圈产生磁场B₂，其中磁场接收线圈32如图3所示，为9个按圆周排布的圆心角为40°的扇环，扇环内径为R₆，外径为R₅。因此，磁场接收线圈32感应磁场变化面积为：

；

任意一个磁场接收线圈在磁场B₁下产生感应电流为：

。

S500：基于所述第二磁场和所述磁场接收线圈的感应磁场变化面积，获取磁场接收线圈在所述第二磁场下产生的感应电流；即磁场接收线圈32在磁场B₂下产生感应电流，所述感应电流为：

；

式中，S_接收为磁场接收线圈的感应磁场变化面积，B₂为第二磁场，t为磁场接收线圈处于第二磁场中的时间，R_负载为磁场接收线圈的等效电阻；

S600：基于所述感应电流，生成检测结果。可以看出，感生电流I₁为交流信号，感生电流I₂为直流信号，在电路3设计过程中，每个磁场接收线圈32均布设旁路电容，因此感生电流I₁通过旁路电容接地不被接收，而感生电流I₂被信号接收模块35接收并调理后输出。

所述基于所述感应电流，生成检测结果包括以下子步骤：

S610：基于所述感应电流，对感应电流数据进行预处理操作；所述预处理操作包括：对所述感应电流数据进行噪声滤除以及对所述感应电流数据信号进行放大；信号接收模块35为滤波放大模块，对磁场接收线圈32接收的感生电流分别进行噪声滤除以及信号放大工作，保证信号信息完整性的前提下放大信号至数据采集处理模块33正常采集范围内，保障了信息的完整性。

S620：基于所述预处理操作后的感应电流，生成检测结果。数据采集处理模块33采集每路信号后，对其进行计算，计算依据如下：

当旋转轴2旋转角为时，第一转子本体41的旋转角度为，第二转子本体 43的旋转角度为。此时第一转子本体41一侧设置的第一转子线圈42线圈a所在角 度为，第一转子本体41另一侧设置的第一转子线圈42线圈b所在角度为+180°，第二转 子本体43一侧设置的第二转子线圈44线圈c所在角度为，第二转子本体43另一侧设置的 第二转子线圈44线圈d所在角度为+180°。

每个线圈角度分别对40°求商和余数，结果如下表所示：

；

线圈a的磁场有(40-b₁₁)/40被磁场接收线圈k₁₁-1接收，b₁₁/40被磁场接收线圈k₁₁接收；线圈b的磁场有(40-b₁₂)/40被磁场接收线圈k₁₂-1接收，b₁₂/40被磁场接收线圈k₁₂接收；线圈c的磁场有(40-b₂₁)/40被磁场接收线圈k₂₁-1接收，b₂₁/40被磁场接收线圈k₂₁接收；线圈d的磁场有(40-b₂₂)/40被磁场接收线圈k₂₂-1接收，b₂₂/40被磁场接收线圈k₂₂接收。综上所述磁场接收线圈32中各线圈感应电流分别为：

；

其中，部分线圈可能出现轴向重合情况，例如k₁₁-1=k₂₁时，感应电流值相加和：

；

通过解析磁场接收线圈32中感应电流值即可计算旋转角度。

本申请提供的一种扁平式角度传感器及测量方法，具有以下优势：本申请提出的角度传感器基于PCB平面螺旋线圈实现发射磁场设计，相较于立体线圈和永磁体或光学技术的角度传感器，体积上具有明显优势。在相同底面积下，高度差距巨大，适用性更强，可以安装在绝大多数角度传感器适用领域，对需求系统的空间要求低，可以有效降低系统设计难度。本申请提出的角度传感器，利用PCB线圈完成转子磁场的接收，相较于传统的霍尔传感器或光学码盘手段，通过直流电流检测完成角度测算功能，角度传感精度高，可以实现连续性角度检测。 本申请提出的角度传感器，利用两个转子差分方式计算旋转角度可以大幅度提高量程，相较于传统角度传感器，本申请提出的方案可以将角度传感器的量程大幅度提升，例如：A=15，B=16，C=30时，最大量程为5400°；每个转子设计有两个对称感应线圈，通过起始位置不同可以实现相互校验功能，从而提高传感器的可靠性。

以上的具体实施方式，对本申请实施例的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本申请实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本申请实施例的保护范围，凡在本申请实施例的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扁平式角度传感器，其特征在于，包括：

绝磁性外壳（1），所述绝磁性外壳（1）设置有中心孔洞（11）；

设置于所述绝磁性外壳（1）内的旋转轴（2）、电路系统（3）、转子（4）、传动齿轮（5）；所述旋转轴（2）的两端贯穿于所述中心孔洞（11）；所述旋转轴（2）与所述传动齿轮（5）转动连接，所述传动齿轮（5）与所述转子（4）转动连接；所述电路系统（3）设置于所述转子（4）之间；

所述旋转轴（2）包括：

中心轴体（21），所述中心轴体（21）为柱体结构，所述中心轴体（21）的两端贯穿于所述中心孔洞（11）；所述中心轴体（21）的两端套设有第一轴上齿轮（22）和第二轴上齿轮（23），所述第一轴上齿轮（22）和所述第二轴上齿轮（23）的齿轮数不同；

所述电路系统（3）包括：

设置于所述中心轴体（21）外侧的磁场生成螺旋线圈（31）和至少一组磁场接收线圈（32），所述磁场接收线圈（32）设置于所述磁场生成螺旋线圈（31）的内侧；所述磁场生成螺旋线圈（31）和所述转子（4）产生的磁场方向不同；所述磁场接收线圈（32）设置有旁路电容；

设置于所述电路系统（3）电路板上的数据采集处理模块（33），所述数据采集处理模块（33）用于获取所述磁场接收线圈（32）的电流数据，并基于所述电流数据生成检测结果。

2.根据权利要求1所述的一种扁平式角度传感器，其特征在于，所述绝磁性外壳（1）包括：

第一绝磁壳体（12），所述第一绝磁壳体（12）设置有第一中心孔洞（121）；所述第一绝磁壳体（12）上设置有第一支柱（122）和第二支柱（123），所述第一支柱（122）和所述第二支柱（123）分别位于所述第一中心孔洞（121）的两侧；

第二绝磁壳体（13），所述第二绝磁壳体（13）设置有第二中心孔洞（131）；所述第二绝磁壳体（13）上设置有第三支柱（132）和第四支柱（133），所述第三支柱（132）和所述第四支柱（133）分别位于所述第二中心孔洞（131）的两侧；所述第二绝磁壳体（13）与所述第一绝磁壳体（12）相卡接形成用于安装所述旋转轴（2）、电路系统（3）、转子（4）、传动齿轮（5）的空间。

3.根据权利要求2所述的一种扁平式角度传感器，其特征在于，所述转子（4）包括：

第一转子本体（41），所述第一转子本体（41）为圆环结构，所述第一转子本体（41）内侧设置有齿轮，所述第一转子本体（41）外侧设置有相对平行的第一转子线圈（42），所述第一转子线圈（42）为扇形环状结构；

第二转子本体（43），所述第二转子本体（43）为圆环结构，所述第二转子本体（43）内侧设置有齿轮，所述第二转子本体（43）外侧设置有相对平行的第二转子线圈（44），所述第二转子线圈（44）为扇形环状结构。

4.根据权利要求3所述的一种扁平式角度传感器，其特征在于，所述传动齿轮（5）包括：

第一齿轮（51），所述第一齿轮（51）固定于所述第一支柱（122）上，所述第一齿轮（51）分别与所述第一轴上齿轮（22）和所述第一转子本体（41）内侧设置的齿轮相啮合；

第二齿轮（52），所述第二齿轮（52）固定于所述第二支柱（123）上，所述第二齿轮（52）分别与所述第一轴上齿轮（22）和所述第一转子本体（41）内侧设置的齿轮相啮合；

第三齿轮（53），所述第三齿轮（53）固定于所述第三支柱（132）上，所述第三齿轮（53）分别与所述第二轴上齿轮（23）和所述第二转子本体（43）内侧设置的齿轮相啮合；

第四齿轮（54），所述第四齿轮（54）固定于所述第四支柱（133）上，所述第四齿轮（54）分别与所述第二轴上齿轮（23）和所述第二转子本体（43）内侧设置的齿轮相啮合。

5.根据权利要求1所述的一种扁平式角度传感器，其特征在于，所述电路系统（3）包括：

设置于所述电路系统（3）电路板上的：

信号发射模块（34），所述信号发射模块（34）与所述磁场生成螺旋线圈（31）电连接，用于发送电信号至所述磁场生成螺旋线圈（31）；

信号接收模块（35），所述信号接收模块（35）与所述磁场接收线圈（32）、数据采集处理模块（33）通信连接，用于获取所述磁场接收线圈（32）的电流数据并传输至所述数据采集处理模块（33）；

接口模块（36），所述接口模块（36）与所述数据采集处理模块（33）通信连接，用于将所述检测结果通过485通信总线以及modbus通讯协议传输至指定设备；所述指定设备为能够接收信息的电子设备。

6.根据权利要求5所述的一种扁平式角度传感器，其特征在于，所述信号接收模块（35）还用于对所述电流数据进行预处理操作；所述预处理操作包括：对所述电流数据进行噪声滤除以及对所述电流数据信号进行放大。

7.根据权利要求1所述的一种扁平式角度传感器，其特征在于，所述中心轴体（21）的两端设置有紧固槽（211），所述紧固槽（211）用于与被检测设备相连接。

8.一种扁平式角度传感器的测量方法，应用于上述权利要求1至7中任意一项所述的一种扁平式角度传感器，其特征在于，包括：

获取信号发射模块的输出电流值；

基于所述信号发射模块的输出电流值，获取磁场生成螺旋线圈产生的第一磁场；所述第一磁场为：

；

式中，为磁场生成螺旋线圈的磁导率，I _发射为信号发射模块的输出电流值；n为磁场生成螺旋线圈的匝数；r _等效为磁场生成螺旋线圈的等效半径；

基于所述第一磁场，获取转子线圈产生的第二磁场；所述第二磁场为：

；

式中，为转子线圈的磁导率，I _感-转为转子线圈的感生电流，R _等效-转为转子线圈的等效半径；

获取磁场接收线圈的感应磁场变化面积；

基于所述第二磁场和所述磁场接收线圈的感应磁场变化面积，获取磁场接收线圈在所述第二磁场下产生的感应电流；所述感应电流为：

；

式中，S _接收为磁场接收线圈的感应磁场变化面积，B ₂为第二磁场，t为磁场接收线圈处于第二磁场中的时间，R _负载为磁场接收线圈的等效电阻；

基于所述感应电流，生成检测结果。

9.根据权利要求8所述的一种扁平式角度传感器的测量方法，其特征在于，所述基于所述第一磁场，获取转子线圈产生的第二磁场包括：

获取转子线圈的感应磁场变化面积；

基于所述第一磁场和所述转子线圈的感应磁场变化面积，获取转子线圈的感生电动势；所述感生电动势为：

；

式中，S _转为转子线圈的感应磁场变化面积，t为转子线圈处于第一磁场中的时间；

基于所述转子线圈的感生电动势，获取转子线圈的感生电流；

；

式中，R _转为转子线圈的等效电阻；

基于转子线圈的感生电流，获取转子线圈产生的第二磁场。

10.根据权利要求8所述的一种扁平式角度传感器的测量方法，其特征在于，所述基于所述感应电流，生成检测结果包括：

基于所述感应电流，对感应电流数据进行预处理操作；所述预处理操作包括：对所述感应电流数据进行噪声滤除以及对所述感应电流数据信号进行放大；

基于所述预处理操作后的感应电流，生成检测结果。