CN206557240U - 测速系统及旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种测速系统及旋翼飞行器，包括：转动轴、固定台、转动台、磁性装置、霍尔传感器和信号处理装置。通过在转动台上设置随转动台同步进行转动的磁性装置，固定台上设置能够检测出磁性变化的霍尔传感器，使霍尔传感器能够周期性的获取转动台转动时磁性装置引起的磁场强度变化，并将该磁场强度变化转换为波形信号，通过对该波形信号进行统计，即能够得到被测物的转速，由于磁性装置与霍尔传感器分别设置在转动台与固定台的表面，不会对被测物产生影响，且无接触性摩擦，而且使用磁场变化来测速非光学测速，所以也能应对更多使用环境，抗油污、抗干扰，因而测量精度极高。

Description

测速系统及旋翼飞行器

技术领域

本实用新型实施例涉及机械测控领域，尤其是一种测速系统及旋翼飞行器。

背景技术

随着科技的快速发展，无人机现在已经广泛应用在城市管理、视频拍摄、抢险救灾、气象监测、遥感测绘、电力检查等诸多领域。现有的无人机一般采用小型航空汽油机，具有重量轻、结构简单的等优点。在使用时，无人机的飞行速度一般通过控制发动机的转速来实现，这时操纵人员就需要监控发动机的转速或者控制发动机的转速在一定的范围内，所以发动机转速检测精度就变得十分关键。

传统的发动机转速测量一般采用在转动部件上嵌入磁珠，或者通过在转动轴上外接感光元件来实现。但是，嵌入磁珠会影响发动机转动部件的动平衡，并且会由于工作环境的变化，使得磁力信号强度不稳定而影响测量精度。在使用感光元件测量时通常对工作环境要求较高；而发动机的工作过程中产生的油污以及大气中的尘埃会覆盖在感光元件上，从而影响对发动机转速的测量精度。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

实用新型内容

本实用新型实施例主要解决的技术问题是提供一种测量精度高的测速系统。

为解决上述技术问题，本实用新型创造的实施例采用的一个技术方案是：提供一种测速系统，包括：

转动轴；

固定台，所述固定台开设有轴孔，所述转动轴一端插入并穿出所述轴孔；

转动台，所述转动台与所述转动轴插入并穿出所述轴孔的一端连接，所述转动台随所述转动轴同步转动；

磁性装置，所述磁性装置设置在所述转动台面向所述固定台的一侧，所述磁性装置随所述转动台的转动做周向运动，所述磁性装置周期性的改变周向运动路径一定范围内任意一点处的磁场强度；

霍尔传感器，所述霍尔传感器设置在所述固定台面向所述转动台的一侧，且所述霍尔传感器位于所述磁性装置周向运动路径下方，所述霍尔传感器将所在位置处的磁场强度变化转化为波形信号；

信号处理装置，所述信号处理装置与所述霍尔传感器连接，并对所述霍尔传感器生成的波形信号进行信号处理。

可选地，所述磁性装置包括：

第一磁极，所述磁极设置在所述转动台面向所述固定台的一侧；

第二磁极，所述第二磁极设置在所述转动台面向所述固定台的一侧，所述第二磁极位于所述第一磁极周向运动的路径上，且所述第二磁极的磁性与所述第一磁极的磁性相反；

所述第一磁极与第二磁极随所述转动台的转动做周向运动，以使所述霍尔传感器周期性的获取两个方向相反的波形信号。

可选地，所述第一磁极与所述第二磁极位于同一直线上，以使所述霍尔传感器周期性的获取两个间隔时间相同方向相反的波形信号。

可选地，信号处理装置包括：承载件；

所述承载件设置在所述固定台面向所述转动台的一侧，所述承载件部分部位位于所述磁性装置周向运动路径下方，所述霍尔传感器设置在所述承载件上。

可选地，所述承载件构造成阶梯状，所述磁性装置设置在所述承载件位于所述磁性装置周向运动路径下方的侧壁上。

可选地，所述承载件的至少一个阶面位于所述转动台的边缘下方，以限定所述转动台面向所述固定台方向上的自由度。

可选地，所述信号处理装置包括：

信号放大器，所述信号放大器与所述霍尔传感器连接，所述信号放大器用于对所述霍尔传感器输出的波形信号进行放大处理。

可选地，所述信号处理装置包括：

信号跟随装置，所述信号跟随装置与所述信号放大连接，所述信号跟随装置用于对所述信号放大器输出的信号进行隔离。

可选地，所述信号处理装置包括：

信号整形装置，所述信号整形装置与所述信号跟随装置连接，所述信号整形装置用于对所述信号跟随装置输出的信号进行整形处理；

信号采集装置，所述信号采集装置与所述信号整形装置连接，所述信号采集装置根据预设规则对所述信号整形装置输出的信号进行采集；

信号发送装置，所述信号发送装置与所述信号采集装置连接，所述信号发送装置将所述信号采集装置输出的信号进行无线传输。

为解决上述技术问题本实用新型实施例还提供一种旋翼飞行器，所述旋翼飞行器包括发动机，所述发动机上设有上述文件中所述的测速系统。

本实用新型实施例的有益效果是：通过在转动台上设置随转动台同步进行转动的磁性装置，固定台上设置能够检测出磁性变化的霍尔传感器，使霍尔传感器能够周期性的获取转动台转动时磁性装置引起的磁场强度变化，并将该磁场强度变化转换为波形信号，通过对该波形信号进行统计，即能够得到被测物的转速，由于磁性装置与霍尔传感器分别设置在转动台与固定台的表面，不会对被测物产生影响，且无接触性摩擦，而且使用磁场变化来测速非光学测速，所以也能应对更多使用环境，抗油污、抗干扰，因而测量精度极高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本实用新型实施例测速系统主视图；

图2为本实用新型实施例测速系统整体结构示意图；

图3为本实用新型实施例信号处理装置结构框图；

图4为本实用新型实施例信号采集装置电平信号时序图。

附图标记说明：1、信号处理装置；2、霍尔传感器；3、第一磁极； 4、第二磁极；5、转动台；6、固定台；7、转动轴；11、信号放大器； 12、信号跟随装置；13、信号整形装置；14、信号采集装置；15、信号发送装置。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参阅图1和图2，图1为本实施例测速系统主视图；图2为本实施例测速系统整体结构示意图。

如图1和图2所示，一种测速系统，包括：转动轴7、固定台6、转动台5、磁性装置、霍尔传感器2和信号处理装置1。其中，所述固定台6开设有轴孔，所述转动轴7一端插入并穿出所述轴孔；所述转动台5与所述转动轴7插入并穿出所述轴孔的一端连接，所述转动台5随所述转动轴7同步转动；所述磁性装置设置在所述转动台5面向所述固定台6的一侧，所述磁性装置随所述转动台5的转动做周向运动，所述磁性装置周期性的改变周向运动路径一定范围内任意一点处的磁场强度；所述霍尔传感器2设置在所述固定台6面向所述转动台5的一侧，且所述霍尔传感器2位于所述磁性装置周向运动路径下方，所述霍尔传感器2将所在位置处的磁场强度变化转化为波形信号；所述信号处理装置1与所述霍尔传感器2连接，并对所述霍尔传感器2生成的波形信号进行信号处理。

具体地，转动轴7为被测速物的转轴，被测速物具体是指各类型的发动机或者电机。

固定台6具体构造成圆形，固定台6侧壁上隆起形成耳部(未标识)，耳部上开设有固定孔(未标识)。固定台6通过插入固定孔内的螺钉与其他物体进行固定，固定台6的具体形状不局限于圆形，根据具体应用场景的不同，固定台6的形状能够为(不限于)：方形、椭圆形或其他多变。

固定台6的中间位置开设有轴孔，转动轴7插入到该轴孔内，轴孔的直径大于转动轴7的直径，转动轴7能够在轴孔内进行非接触转动。

在一些选择性实施例中，为限制转动轴7在转动时出现横向抖动，进而与轴孔侧壁接触发生摩擦，轴孔内设置有轴承(图未示)，轴孔与轴承外圈过盈配合，轴承内圈与转动轴7过盈配合。

转动台5具体构造成圆形，转动台5端部与转动轴7插入并穿出轴孔一端的端部固定连接，转动台5随转动轴7同步转动。转动台5的具体形状不局限与此，根据具体应用场景的不同，转动台5能够为椭圆、三角形、四边形或者其他多边形。

磁性装置是由永磁体制成的点状物，构成本实施例的磁性装置能够为天然磁石或者人造磁体。

霍尔传感器2是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，磁场变化反应与霍尔传感器2上会产生霍尔电压，霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔传感器2转换的波形信号为电压脉冲波形。

信号处理装置1主要是由电子元器件和相应的驱动电路组成，用于对霍尔传感器2获取的波形信号进行放大、隔离、整形、采样和传输处理。但信号处理装置1的作用不局限于上述列举的用途，根据具体应用场景的不同，信号处理装置1还能够采用现有技术中其他信号处理方法，如反转或者加密等。

上述实施方式通过在转动台5上设置随转动台5同步进行转动的磁性装置，固定台6上设置能够检测出磁性变化的霍尔传感器2，使霍尔传感器2能够周期性的获取转动台5转动时磁性装置引起的磁场强度变化，并将该磁场强度变化转换为波形信号，通过对该波形信号进行统计，即能够得到被测物的转速，由于磁性装置与霍尔传感器2分别设置在转动台5与固定台6的表面，不会对被测物产生影响，且无接触性摩擦，而且使用磁场变化来测速非光学测速，所以也能应对更多使用环境，抗油污、抗干扰，因而测量精度极高。

在一些选择性实施例中，磁性装置包括：第一磁极3和第二磁极4。所述磁极设置在所述转动台5面向所述固定台6的一侧；所述第二磁极 4设置在所述转动台5面向所述固定台6的一侧，所述第二磁极4位于所述第一磁极3周向运动的路径上，且所述第二磁极4的磁性与所述第一磁极3的磁性相反。

所述第一磁极3与第二磁极4随所述转动台5的转动做周向运动，以使所述霍尔传感器2周期性的获取两个方向相反的波形信号。第一磁极3具体为S极，第二磁极4具体为N极，或者相反。与第一磁极3与第二磁极4相对应的，本实施方式中，霍尔传感器2具体为双极锁存型霍尔探头。转动台5转动时，第一磁极3与第二磁极4相继经过双极锁存型霍尔探头上方并产生对应波形。当具有N极的第二磁极4经过双极锁存型霍尔探头上方时产生高电平，当具有S极的第一磁极3经过双极锁存型霍尔探头上方时产生低电平。

本实施方式中，双极锁存型霍尔探头能够在第一磁极3与第二磁极 4经过时分别产生不同波形，通过对波形的观察和统计，即能够得出被测物的转速，即使在出现意外，第一磁极3或者第二磁极4出现了损坏时，也能够进行正常的测速。

在一些选择性实施例中，所述第一磁极3与所述第二磁极4位于同一直线上，以使所述霍尔传感器2周期性的获取两个间隔时间相同方向相反的波形信号。第一磁极3与第二磁极4位于同一直线上有利于后期处理时对波形信号进行定时采样。

在一些选择性实施例中，信号处理装置1包括：承载件(未标识)；所述承载件设置在所述固定台6面向所述转动台5的一侧，所述承载件部分部位位于所述磁性装置周向运动路径下方，所述霍尔传感器2设置在所述承载件上。所述承载件构造成阶梯状，所述磁性装置设置在所述承载件位于所述磁性装置周向运动路径下方的侧壁上。所述承载件的第二级阶面位于所述转动台5的边缘下方，以限定所述转动台5面向所述固定台6方向上的自由度。承载件具体是由集成电路板制成。

在一些选择性实施例中，承载件的形状不局限于阶梯状，承载件的主要作用为：为霍尔传感器2以及信号处理装置提供固定平台，因此承载件的形状不局限于：阶梯状、柱形或其他任意形状。且构成承载件的材料不局限集成电路板、木材、塑料或者金属板。

如图3所示，图3为本实施例信号处理装置1结构框图。

如图3所示，在一些选择性实施例中，所述信号处理装置1包括：信号放大器11，所述信号放大器11与所述霍尔传感器2连接，所述信号放大器11用于对所述霍尔传感器2输出的波形信号进行放大处理，信号放大器11设置在承载件上。

霍尔传感器2产生的霍尔电压很小，一般在几个毫伏范围内，很难进行观察，容易被外界干扰，采用信号放大器11能够将该波形信号进行放大以便于使用。

在一些选择性实施例中，信号处理装置1包括：信号跟随装置12，所述信号跟随装置12与所述信号放大连接，所述信号跟随装置12用于对所述信号放大器11输出的信号进行隔离，信号跟随装置12设置在承载件上。

信号跟随装置12具体为电压跟随器，电压跟随器输入阻抗高，而输出阻抗低。在本实施例中作为电路隔离级使用。

在一些选择性实施例中，信号处理装置1包括：信号整形装置13、信号采集装置14和信号发送装置15。其中，所述信号整形装置与所述信号跟随装置12连接，所述信号整形装置13用于对所述信号跟随装置12 输出的信号进行整形处理；所述信号采集装置14与所述信号整形装置 13连接，所述信号采集装置14根据预设规则对所述信号整形装置13输出的信号进行采集；所述信号发送装置15与所述信号采集装置14连接，所述信号发送装置15将所述信号采集装置14输出的信号进行无线传输，信号整形装置13、信号采集装置14和信号发送装置15均设置在承载件上。

信号整形装置13具体是指信号整形电路，由于霍尔传感器2检测到多个周期内的波形的宽度并非是一致的，而是具有一定的随机性，但是后期对波形进行处理采集时，无法对参差不齐的波形进行采集，因此，需要对波形进行整形，以使波形的峰值趋于一致。

请参阅图4，图4为本实施例信号采集装置14电平信号时序图。

信号采集装置14具体是指通过设置在其内部的时钟对波形信号进行采集的电路。通过整形的波形信号成为占空比为50％的PWM方波，信号采集装置14根据预设的采集规则，采集方波的两个相邻上升沿的触发时间。在另一种实施方式中，信号采集装置14采集方波两个相邻下降沿的触发时间，具体根据预设采集规则中规定的采集触发条件进行采集，采集触发条件具体是指能够触发采集的电压值范围。

信号发送装置15将信号采集装置14采集的信号发送至地面监控站，方便操作人员对被检测物转速进行监控并进行相应的控制。信号发送装置15能够采用433M射频模块进行传输，但不限于此，信号发送装置15能够采用其他频段的射频模块进行传输，或者采用蓝牙、红外线或WiFi信号进行无线传输。

地面工作站根据采集方波的上升沿的触发时间以及磁极的数量，能够得到一次完整的方波信号周期，即转动台5转动一周的时间，从而被检测物的转速。举例来说，当所述转动台5上对称设置有两个磁铁时，信号采集模块采集到的相邻两上升沿的触发时间t(s)，即为转动盘转动一圈所需时间。1分钟＝60s，则发动机的转速＝60/t(圈/min)。

本实施方式中的地面工作站包括(不限于)：控制塔、无线控制手柄或者智能终端。

实施例2

一种旋翼飞行器，旋翼飞行器包括用于提供动能的发动机或电机，该发动机或电机上设置有实施例1中所述的测速系统。

使用测速系统的旋翼飞行器，通过在转动台上设置随转动台同步进行转动的磁性装置，固定台上设置能够检测出磁性变化的霍尔传感器，使霍尔传感器能够周期性的获取转动台转动时磁性装置引起的磁场强度变化，并将该磁场强度变化转换为波形信号，通过对该波形信号进行统计，即能够得到被测物的转速，由于磁性装置与霍尔传感器分别设置在转动台与固定台的表面，不会对被测物产生影响，且无接触性摩擦，而且使用磁场变化来测速非光学测速，所以也能应对更多使用环境，抗油污、抗干扰，因而测量精度极高。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种测速系统，其特征在于，包括：

转动轴；

固定台，所述固定台开设有轴孔，所述转动轴一端插入并穿出所述轴孔；

转动台，所述转动台与所述转动轴插入并穿出所述轴孔的一端连接，所述转动台随所述转动轴同步转动；

磁性装置，所述磁性装置设置在所述转动台面向所述固定台的一侧，所述磁性装置随所述转动台的转动做周向运动，所述磁性装置周期性的改变周向运动路径一定范围内任意一点处的磁场强度；

霍尔传感器，所述霍尔传感器设置在所述固定台面向所述转动台的一侧，且所述霍尔传感器位于所述磁性装置周向运动路径下方，所述霍尔传感器将所在位置处的磁场强度变化转化为波形信号；

信号处理装置，所述信号处理装置与所述霍尔传感器连接，并对所述霍尔传感器生成的波形信号进行信号处理。

2.根据权利要求1所述的测速系统，其特征在于，所述磁性装置包括：

第一磁极，所述磁极设置在所述转动台面向所述固定台的一侧；

第二磁极，所述第二磁极设置在所述转动台面向所述固定台的一侧，所述第二磁极位于所述第一磁极周向运动的路径上，且所述第二磁极的磁性与所述第一磁极的磁性相反；

所述第一磁极与第二磁极随所述转动台的转动做周向运动，以使所述霍尔传感器周期性的获取两个方向相反的波形信号。

3.根据权利要求2所述的测速系统，其特征在于，所述第一磁极与所述第二磁极位于同一直线上，以使所述霍尔传感器周期性的获取两个间隔时间相同方向相反的波形信号。

4.根据权利要求1所述的测速系统，其特征在于，信号处理装置包括：承载件；

所述承载件设置在所述固定台面向所述转动台的一侧，所述承载件部分部位位于所述磁性装置周向运动路径下方，所述霍尔传感器设置在所述承载件上。

5.根据权利要求4所述的测速系统，其特征在于，所述承载件构造成阶梯状，所述磁性装置设置在所述承载件位于所述磁性装置周向运动路径下方的侧壁上。

6.根据权利要求5所述的测速系统，其特征在于，所述承载件的至少一个阶面位于所述转动台的边缘下方，以限定所述转动台面向所述固定台方向上的自由度。

7.根据权利要求1所述的测速系统，其特征在于，所述信号处理装置包括：

信号放大器，所述信号放大器与所述霍尔传感器连接，所述信号放大器用于对所述霍尔传感器输出的波形信号进行放大处理。

8.根据权利要求7所述的测速系统，其特征在于，所述信号处理装置包括：

信号跟随装置，所述信号跟随装置与所述信号放大连接，所述信号跟随装置用于对所述信号放大器输出的信号进行隔离。

9.根据权利要求8所述的测速系统，其特征在于，所述信号处理装置包括：

信号整形装置，所述信号整形装置与所述信号跟随装置连接，所述信号整形装置用于对所述信号跟随装置输出的信号进行整形处理；

信号采集装置，所述信号采集装置与所述信号整形装置连接，所述信号采集装置根据预设规则对所述信号整形装置输出的信号进行采集；

信号发送装置，所述信号发送装置与所述信号采集装置连接，所述信号发送装置将所述信号采集装置输出的信号进行无线传输。

10.一种旋翼飞行器，其特征在于，所述旋翼飞行器包括发动机，所述发动机上设置有权利要求1～9任意一项所述的测速系统。