CN104422384A - 一种旋转状态检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种旋转轴旋转状态测试方法和装置。包括固定盘、旋转盘、霍尔开关和磁性元件等。n个霍尔开关、n+1个磁性元件分别均匀分布在固定盘和旋转盘上的圆形轨道上；定子与固定盘、旋转轴与旋转盘均固定连接；旋转轴穿过固定盘和旋转盘上的圆孔。当旋转轴相对定子每旋转360/(n*(n+1))的角度时，n个霍尔开关中有且仅有一个和磁性元件正对，从而产生一个脉冲跳变。通过对霍尔开关产生的脉冲进行计数，在经过相关计算可以检测旋转轴的旋转角度大小、圈数和方向等状态信息。本发明提供一种旋转轴旋转状态的检测装置和方法，在非接触的情况下获得转轴旋转状态，在对精度要求不高的旋转状态测量应用中获得转轴的状态信息，体积小，结构简单，易于安装。
Description
技术领域
本发明涉及用以检测旋转轴旋转状态的装置和方法。具体来讲，测量装置适用于测量转轴相对于固定件的旋转方向、转轴的当前位置角度、转轴的旋转角度、转轴的旋转圈数、转轴旋转的速度等状态信息。
背景技术
随着自动控制水平的不断提高，作为自动控制系统的重要原件，角度传感器得到了迅速地发展，逐渐成为仪表测量、工业自动化、信号检测等领域的一种重要传感器。旋转角度测量方式分为接触式的与非接触式的。接触式的因存在机械接触，不但容易磨损，而且难免会产生误差，已经被非接触式的代替。常见的非接触式的旋转角度传感器有编码盘式、光栅式、激光式、霍尔式等。光学原理的角度传感器性能较好，但是结构复杂，工艺要求高，不仅价格贵，而且易受震动影响。
此外还有利用安装于旋转体的旋转轴上的导体与安装于与其面对的定子上的线圈导体之间的电感对应于两者的位置关系发生变化，来检测旋转的导体的旋转位置的电感式检测装置。以及使用可变磁阻型分解器构成的旋转角度检测器。但像这样的系统体积往往较大，比较笨重不大适合于便携设备。
在已有的测量机构中虽然利用一个线性霍尔元件和一个磁性元件来检测转轴旋转角度，但是磁性材料需要固定于转轴顶端，会给测量带来不便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有转轴旋转状态检测技术存在的成本高，结构复杂的不足，提供一种具有霍尔开关和磁性元件的转轴旋转状态测量机构，在非接触的情况下获得转轴相对于固定件的旋转方向、转轴的当前位置角度、转轴的旋转角度、转轴的旋转圈数、转轴旋转的速度等状态信息，并简化结构，降低应用成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明实施例的安装示意图。
图2为图一中发明实施例的磁性元件在旋转盘上的分布示意图。
图3为图一中发明实施例的霍尔元在固定盘上的分布示意图。
图4为图一中发明实施例的工作示意图。
图中：1.固定盘，2.旋转盘，3.霍尔开关，4.磁性元件，5.旋转轴，6.固定盘圆孔，7.旋转盘圆孔，8.间隙，9.固定盘圆形轨道，10.旋转盘圆形轨道，11.定子，12.霍尔开关与磁性元件正对位置。
具体实施方式
为了使该发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，做详细说明如下。
为达上述目的，本发明专利提出一种应用霍尔开关来获得旋转轴旋转状态的装置和方法，如图1、图2、图3、图4所示，包括固定盘1、旋转盘2、霍尔开关3和磁性元件4等。n个霍尔开关 均匀的分布在固定盘1上的圆形轨道9上；定子11与固定盘1固定连接；n+1个磁性元件4均匀分布在旋转盘2上的圆形轨道10上；旋转轴5与旋转盘2固定连接；旋转盘2上圆形轨道10和固定盘1上的圆形轨道9尺寸是一样的；旋转轴5穿过固定盘1上的圆孔6和旋转盘2上的圆孔7，并且旋转轴的轴线与旋转盘上的圆形轨道和固定盘上的圆形轨道的圆心在同一条直线上；霍尔开关3与磁性元件4之间具有一定的间隙8。霍尔开关3与处理分析单元通过导线连接；当旋转轴5相对定子11每旋转360/(n*(n+1))的角度时，n个霍尔开关中有且仅有一个和磁性元件正对位置12，从而产生一个脉冲跳变。当转轴相对定子11旋转一周时产生n*（n+1）个脉冲跳变。
1. 通过检测转轴旋转时所产生的脉冲的个数来判断转轴旋转的角度大小，见公式1。
2. 对旋转角度的测量精度为360/(n*(n+1))度；
3. 旋转轴旋转的圈数，见公式2。
4. 通过计算单位时间内旋转轴转过的角度和圈数来计算转轴旋转的速度（单位度/秒或者圈/秒），见公式3。
5. 通过检测霍尔开关产生脉冲的先后顺序判断转轴相对于固定件的旋转方向，按时间先后产生的脉冲跳变分别对应的霍尔开关在转盘上的排列方向的反方向即为旋转轴旋转的方向。
6. 本发明中霍尔开关和磁性元件的数量不限于n个霍尔开关对应n+1个磁性元件，霍尔开关和磁性元件的数量可以互换，即安装布局也可以为n+1个霍尔开关3均匀的分布在固定盘1上的圆形轨道9上； n个磁性元件4均匀分布在旋转盘2上的圆形轨道10上。
Claims (13)
1.一种旋转状态检测装置，包括：n个霍尔开关，固定盘，n+1个磁性元件，旋转盘，其特征在于，n个霍尔开关均匀的同心分布在固定盘的圆形轨道上，n+1个磁性元件均匀的同心分布在旋转盘的圆形轨道上。
2.根据权利要求1所描述的旋转状态检测装置，其特征在于，还包括固定盘固定于定子上，旋转盘固定于转轴上。
3.根据权利要求1所描述的旋转状态检测装置，其特征在于，包括固定盘上的圆形轨道的直径与旋转盘上的圆形轨道的尺寸大小一样。
4.根据权利要求1所描述的旋转状态检测装置，其特征在于，包括转轴或转轴的延长线经过固定盘上圆形轨道的圆心与旋转盘上圆形轨道的圆心。
5.根据权利要求1所描述的旋转状态检测装置，其特征在于，包括霍尔开关与磁性元件之间具有一定的间隙。
6.根据权利要求1所描述的旋转状态检测装置，其特征在于，包括霍尔元件与处理分析单元通过导线连接。
7.根据权利要求1所描述的旋转状态检测装置，其特征在于，包括正常工作过程中当转轴每旋转360/(n*(n+1))的角度时，n个霍尔开关中有且仅有一个和磁性元件正对，从而产生一个脉冲跳变，当转轴相对固定件旋转一周时产生n*（n+1）个脉冲跳变。
8.根据权利要求1所描述的旋转状态检测装置，其特征在于，包括通过检测转轴旋转时所产生的脉冲的个数来判断转轴旋转的角度大小，见公式1。
9.根据权利要求1所描述的旋转状态检测装置，其特征在于，包括该装置对旋转角度的测量精度为360/(n*(n+1))度。
10.根据权利要求1所描述的旋转状态检测装置，其特征在于，包括转轴旋转的圈数，见公式2。
11.根据权利要求1所描述的旋转状态检测装置，其特征在于，包括通过计算单位时间内转轴转过的角度和圈数来计算转轴旋转的速度（单位度/秒或者圈/秒），见公式3。
12.根据权利要求1所描述的旋转状态检测装置，其特征在于，包括通过检测霍尔开关产生脉冲的先后顺序判断转轴相对于固定件的旋转方向，按时间先后产生的脉冲跳变分别对应的霍尔开关在转盘上的排列方向的反方向即为转旋转的方向。
13.根据权利要求1所描述的旋转状态检测装置，其特征在于，本发明中霍尔开关和磁性元件的数量不限于n个霍尔开关对应n+1个磁性元件，霍尔开关和磁性元件的数量可以互换，即也可以为n+1个霍尔开关和n个磁性元件。
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Application publication date: 20150318 |