CN114061438A - 基于无线电能传输的互感式角位移测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及角位移传感技术领域，尤其是基于无线电能传输的互感式角位移测量方法。该方法的步骤为：a)将无线电能传输装置的电能发射电路和电能发射线圈放置于被测物的定子上，无线电能传输装置的电能接收电路和电能接收线圈放置于被测物的动子上。本发明的有益效果是：本发明采用无线电能传输、互感装置组合，定子与动子之间无接触，无摩擦，延长测量装置工作寿命，且可通过调节无线输电频率，对多个动子进行辨识、检测，测试更灵活，并有良好的抗电磁干扰能力。具有更好的抗振、抗冲击性能。因为采用电磁场互感的检测方式，由于电磁场的特性，使得产品可以在盐雾、油污等恶劣环境下工作。
Description
技术领域
本发明涉及角位移传感技术领域，尤其是基于无线电能传输的互感式角位移测量方法。
背景技术
在工业生产及自动化设备中需要准确的测量机构件的旋转角位置、角位移物理量，需要特定的测量装置将该物理量转换为电信号再反馈到主控器。该测量装置可应用于自动化领域中用来检测角度、速度、长度、位移和加速度。其应用大到数控机床、机器人、包装机械、印刷机械、电梯、工厂自动化相关设备的位置检测、传输速度控制，小到磁盘、打印机等办公自动化设备的旋转量的测量和控制，已成为各个领域不可或缺的一部分。
目前，已有多种测量方法且已经转化为多类角位移传感器，按照检测的原理可分为光学编码器、磁性编码器等。其中，光学测量原理形成的传感器应用较多，磁性测量原理形成的传感器次之。
光学测量原理形成的传感器(即光电编码器)分为绝对编码器和增量编码器，输出为二进制的方波信号。增量式的编码器应用更普遍，原因是其结构平整、造价低廉，但它具有以下缺点：光学编码器必须将光束集中在光盘上的特定点，因此这类编码器对机械装配和安装误差较为敏感。这类编码器的结构仅能够提供有限的机械使用寿命。在恶劣环境下，如经常受到机械冲击、振动或处于高温环境下等，编码器内的光电码盘很容易受到外部因素的影响而损坏。
磁性测量原理形成的传感器(即磁编码器)一般包括永磁材料和磁敏感元件，通过永磁材料元件转动引起磁通强弱变化，变化的磁通经过敏感元件后被转换成为相应的数字或脉冲信号。这类编码器采用永磁材料作为核心部件，比较耐用，但是核心部件需要特种充磁设备制作，限制了产品的精度及体积。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决背景技术中描述的现有技术的不足，本发明采用无线电能传输、互感装置组合，定子与动子之间无接触，无摩擦，延长测量装置工作寿命，且可通过调节无线输电频率，对多个动子进行辨识、检测，测试更灵活，并有良好的抗电磁干扰能力。核心互感装置采用线圈绕制或PCB板制作，可根据被测物设计多个测量单元，测试精度高，外型结构灵活，且无易损坏的部件，因此具有更好的抗振、抗冲击性能。因为采用电磁场互感的检测方式，由于电磁场的特性，使得产品可以在盐雾、油污等恶劣环境下工作。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于无线电能传输的互感式角位移测量方法，识别步骤为：
a)将无线电能传输装置的电能发射电路和电能发射线圈放置于被测物的定子上，无线电能传输装置的电能接收电路和电能接收线圈放置于被测物的动子上；
b)将互感装置的磁场产生电路和磁场产生线圈放置于被测物的动子上，产生有规律的变化磁场，互感装置的磁场感应电路、磁场感应线圈放置于被测物定子上，用于检测所述磁场的变化并转化为周期的模拟信号输出；
c)用信号处理器来采集步骤b)中在模拟信号并输出角位移数字量。
具体地，所述无线电能传输装置采用核心部件线圈通过感应耦合完成电能传输，或采用天线辐射完成电能传输。
具体地，所述互感装置的数量为一个以上，多组互感装置对应不同精度级别的角位移测量码道。
具体地，所述互感装置的磁场产生线圈采用圆形或三角形或长方形的绕线形式形成正负交替磁场。
具体地，多个互感装置的磁场产生线圈在被测物的动子平面上平行分隔排布，或垂直分层叠加。
具体地，多个互感装置的磁场产生线圈采用多种频率电能驱动，用于辨识不同动子目标，或用于区分多个测量线圈。
具体地，单级互感装置中一个磁场产生线圈对应多个磁场感应线圈，多个磁场感应线圈在定子上放置在不同位置，用以输出不同形式的信号。
本发明的有益效果是：本发明采用无线电能传输、互感装置组合，定子与动子之间无接触，无摩擦，延长测量装置工作寿命，且可通过调节无线输电频率，对多个动子进行辨识、检测，测试更灵活，并有良好的抗电磁干扰能力。核心互感装置采用线圈绕制或PCB板制作，可根据被测物设计多个测量单元，测试精度高，外型结构灵活，且无易损坏的部件，因此具有更好的抗振、抗冲击性能。因为采用电磁场互感的检测方式，由于电磁场的特性，使得产品可以在盐雾、油污等恶劣环境下工作。
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为本发明的结构框图；
图2为本发明的两个互感装置示意图；
图3为本发明的单个磁场产生单元生成的交替磁场示意图；
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的结构框图；图2为本发明的两个互感装置示意图；图3为本发明的单个磁场产生单元生成的交替磁场示意图。
如附图1所示，该测量方法括无线电能传输装置、互感装置和信号处理器。无线电能传输装置包括电能发射电路、电能发射线圈、电能接收电路、电能接收线圈。互感装置包括磁场产生电路、磁场产生线圈、磁场感应电路、磁场感应线圈。电能发射电路、电能发射线圈、磁场感应电路、磁场感应线圈、信号处理器放置于被测物定子上，电能接收电路、电能接收线圈、磁场产生电路、磁场产生线圈放置于被测物动子上。
安装好后，动子的磁场发射线圈产生规律磁场，当动子沿固定于定子上的磁场感应线圈直线移动或绕定子转动时，所述定子感应路径周围的磁场发生改变，定子检测磁场的变化并转化为模拟信号输出。信号处理器用于采集模拟信号并输出为角位移数字量。电能接收电路与磁场产生电路连接，给其供电，最终驱动线圈产生磁场，磁场感应电路与信号处理器连接。
无线电能传输装置采用核心部件线圈通过感应耦合完成电能传输，或采用天线辐射完成电能传输。
如附图2所示，互感装置的数量为一个以上，多组互感装置对应不同精度级别的角位移测量码道。单个互感线装置包含多个测量单元。
如附图3所示，互感装置的磁场产生线圈采用圆形或三角形或长方形的绕线形式形成正负交替磁场。一组正负交替磁场形成一个测量单元。单个测量单元，包含一个磁场产生线圈和四个磁场感应线圈，两者长度或角度相等，其中四个磁场感应线圈为一个感应单元，且每个磁场感应线圈占感应单元的1/4面积，形成正、余弦输出信号。
多个互感装置的磁场产生线圈在被测物的动子平面上平行分隔排布，或垂直分层叠加。
多个互感装置的磁场产生线圈采用多种频率电能驱动，用于辨识不同动子目标，或用于区分多个测量线圈。
单级互感装置中一个磁场产生线圈对应多个磁场感应线圈，多个磁场感应线圈在定子上放置在不同位置，用以输出不同形式的信号。
无线电能传输采用谐振式电能传输，包括谐振式电能发射电路、电能谐振发射线圈，电能谐振接收线圈和谐振式电能接收电路。
该测量方法通过定子将电能传输给动子，使得动子产生规律变化的磁场，定子在感应路径进行磁场感应，当动子沿定子感应路径移动或转动时，定子感应到的磁场发生规律变化，进一步磁场感应电路将规律磁场转变为周期模拟信号，信号处理器采集该模拟信号，形成数字角位移量进行输出。因为采用无线电能传输、互感装置组合，定子与动子之间无接触，无摩擦，延长测量装置工作寿命，且可通过调节无线输电频率，对多个动子进行辨识、检测，测试更灵活，并有良好的抗电磁干扰能力。核心互感装置采用线圈绕制或PCB板制作，可根据被测物设计多个测量单元，测试精度高，外型结构灵活，且无易损坏的部件，因此具有更好的抗振、抗冲击性能。因为采用电磁场互感的检测方式，由于电磁场的特性，使得产品可以在盐雾、油污等恶劣环境下工作。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种基于无线电能传输的互感式角位移测量方法，其特征在于，识别步骤为：
a)将无线电能传输装置的电能发射电路和电能发射线圈放置于被测物的定子上，无线电能传输装置的电能接收电路和电能接收线圈放置于被测物的动子上；
b)将互感装置的磁场产生电路和磁场产生线圈放置于被测物的动子上，产生有规律的变化磁场，互感装置的磁场感应电路、磁场感应线圈放置于被测物定子上，用于检测所述磁场的变化并转化为周期的模拟信号输出；
c)用信号处理器来采集步骤b)中在模拟信号并输出角位移数字量。
2.根据权利要求1所述的基于无线电能传输的互感式角位移测量方法，其特征在于：所述无线电能传输装置采用核心部件线圈通过感应耦合完成电能传输，或采用天线辐射完成电能传输。
3.根据权利要求1所述的基于无线电能传输的互感式角位移测量方法，其特征在于：所述互感装置的数量为一个以上，多组互感装置对应不同精度级别的角位移测量码道。
4.根据权利要求1所述的基于无线电能传输的互感式角位移测量方法，其特征在于：所述互感装置的磁场产生线圈采用圆形或三角形或长方形的绕线形式形成正负交替磁场。
5.根据权利要求1所述的基于无线电能传输的互感式角位移测量方法，其特征在于：多个互感装置的磁场产生线圈在被测物的动子平面上平行分隔排布，或垂直分层叠加。
6.根据权利要求1所述的基于无线电能传输的互感式角位移测量方法，其特征在于：多个互感装置的磁场产生线圈采用多种频率电能驱动，用于辨识不同动子目标，或用于区分多个测量线圈。
7.根据权利要求1所述的基于无线电能传输的互感式角位移测量方法，其特征在于：单级互感装置中一个磁场产生线圈对应多个磁场感应线圈，多个磁场感应线圈在定子上放置在不同位置，用以输出不同形式的信号。
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|---|---|---|---|---|
| WO2024216748A1 (zh) * | 2023-04-21 | 2024-10-24 | 王元西 | 一种高精度线性位移和角位移系统 |
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2021
- 2021-10-08 CN CN202111169831.8A patent/CN114061438A/zh not_active Withdrawn
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