重載機(jī)械用非接觸式角度傳感器及角度校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工程機(jī)械行業(yè)中檢測(cè)角度的設(shè)備，特別涉及一種重載機(jī)械用非接觸式角度傳感器及角度校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在工程機(jī)械中的重載機(jī)械使用的角度傳感器，一般都是常規(guī)的角度傳感器，在工程機(jī)械工作的強(qiáng)震動(dòng)環(huán)境，往往無法得到準(zhǔn)確的角度值，其抗干擾、抗震動(dòng)性能差，同時(shí)由于工作環(huán)境的惡劣、使傳感器的使用壽命低。有的在工程機(jī)械中也會(huì)使用的GPS和光纖陀螺，高精度的檢測(cè)系統(tǒng)，但它的造價(jià)高，安裝維修不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)不足，提供一種分辨率高、抗干擾性能好、使用壽命長(zhǎng)的重載機(jī)械用非接觸式角度傳感器及角度校正方法。
[0004]本發(fā)明解決技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:重載機(jī)械用非接觸式角度傳感器包括:傳感器殼體、上端蓋、連接軸、軸承、螺栓、平墊圈、彈簧墊圈，其特點(diǎn)是在傳感器殼體的上方內(nèi)腔底部設(shè)有凹槽，在凹槽內(nèi)裝有隔離圈，在隔離圈的上面?zhèn)鞲衅鲀?nèi)腔中裝有電路板，在傳感器殼體的下方內(nèi)腔中心用軸承裝有連接軸，在連接軸的頂端中心處設(shè)有磁石安裝槽，在磁石安裝槽內(nèi)裝有磁石，在與磁石正對(duì)的電路板連接裝有傳感器芯片，在電路板上方中間處設(shè)有加速度傳感器和陀螺儀模塊，在傳感器殼體內(nèi)下方與連接軸外圓周之間密封設(shè)有包膠層，在軸承上方的連接軸上裝有擋圈，在軸承下面的連接軸上裝有彈性擋圈，傳感器殼體的上方的外圓周壁上設(shè)有線束防水孔，在傳感器殼體的上端面上用密封圈、螺栓、平墊圈和彈簧墊圈固定裝有上端蓋;其中電路板中包括:多路開關(guān)、放大器一、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號(hào)處理器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、放大器二、電壓電流變換器、模擬信號(hào)輸出、數(shù)字信號(hào)輸出；它們的連接關(guān)系是:多路開關(guān)單向輸出連接放大器一，放大器一單向輸出連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器單向輸出連接數(shù)字信號(hào)處理器，數(shù)字信號(hào)處理器單向輸出連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器單向輸出連接放大器二和電壓電流變換器，放大器二和電壓電流變換器形成模擬信號(hào)輸出；電路板上的陀螺儀模塊和加速度傳感器單向輸出連接數(shù)字信號(hào)處理器，通過數(shù)字信號(hào)處理器形成數(shù)字信號(hào)輸出；用非接觸式角度傳感器的角度校正方法如下:對(duì)重載機(jī)械的角度初始化值確定，讀取角度，然后建立姿態(tài)估計(jì)進(jìn)程，通過角度傳感器芯片、加速度傳感器、陀螺儀模塊融合算法計(jì)算實(shí)際角度值，經(jīng)過數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的數(shù)據(jù)模擬輸出電壓電流信號(hào)和串行差分?jǐn)?shù)字或工業(yè)總線數(shù)字輸出。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:重載機(jī)械用非接觸式角度傳感器采用融合算法姿態(tài)及震動(dòng)干擾，其解算速度快，可靠性高，安裝便捷，操作靈活方便，使用壽命長(zhǎng)，價(jià)格低，適用于水、油、氣、振動(dòng)、沖擊等惡劣環(huán)境下使用，滿足工程機(jī)械的工程實(shí)踐要求。
【附圖說明】
[0006]以下結(jié)合附圖以實(shí)施例具體說明。
[0007]圖1是重載機(jī)械用非接觸式角度傳感器的結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0008]圖2是重載機(jī)械用非接觸式角度傳感器的系統(tǒng)原理框圖。
[0009]圖3是圖2使用的角度融合算法框圖。
[0010]圖中，1-螺栓;2-平墊圈；3-彈簧墊圈；4-上端蓋;5-密封圈；6-傳感器殼體;6_1_線束防水孔;7-磁石;8-擋圈；9-軸承；I O-彈性擋圈；11-包膠層；12-連接軸；12-1-磁石安裝槽；13-電路板；13-1-多路開關(guān)；13-2-放大器一 ；13-3-模數(shù)轉(zhuǎn)換器；13_4_數(shù)字信號(hào)處理器；13-5-數(shù)模轉(zhuǎn)換器；13-6-放大器二； 13-7-電壓電流轉(zhuǎn)換器；14-陀螺儀模塊；15-加速度傳感器;16-傳感器芯片；17-隔離圈。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例，參照附圖1，重載機(jī)械用非接觸式角度傳感器的傳感器殼體6采用銅質(zhì)材質(zhì)制成，它可以有效避免傳感器周圍的電磁干擾。在傳感器殼體6的上方內(nèi)腔底部設(shè)有凹槽，在凹槽內(nèi)裝有隔離圈17，在隔離圈17上面的傳感器內(nèi)腔中裝有電路板13。在傳感器殼體6的下方內(nèi)腔中用軸承9裝有連接軸12，在連接軸12的頂端中心處設(shè)有磁石安裝槽12-1，在磁石安裝槽12-1內(nèi)裝有磁石7。在與磁石7正對(duì)的電路板13中連接裝有傳感器芯片16，在電路板13上方中間處連接設(shè)有加速度傳感器15和陀螺儀模塊14。在傳感器殼體6內(nèi)下方與連接軸12外圓周之間密封設(shè)有包膠層11，在軸承9上方的連接軸12上裝有擋圈8，在軸承9下方的連接軸12上裝有彈性擋圈10。在傳感器殼體6的上方的外圓周壁上設(shè)有線束防水孔6-1，在傳感器殼體6的上端面上用密封圈5、螺栓1、平墊圈2和彈簧墊圈3固定裝有上端蓋4。參照附圖2，電路板13中包括多路開關(guān)13-1、放大器一 13-2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器13-3，數(shù)字信號(hào)處理器13-4、數(shù)模轉(zhuǎn)換器13-5、放大器二 13-6、電壓電流變換器13-7。它們的連接關(guān)系是:多路開關(guān)13-1單向輸出連接放大器一 13-2，放大器一 13-2單向輸出連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器13-3，模數(shù)轉(zhuǎn)換器13-3單向輸出連接數(shù)字信號(hào)處理器13-4，數(shù)字信號(hào)處理器13-4單向輸出連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器13-5，數(shù)模轉(zhuǎn)換器13-5單向輸出連接放大器二 13-6和電壓電流變換器13_7;陀螺儀模塊14和加速度傳感器15單向輸出連接數(shù)字信號(hào)處理器13-4，數(shù)字信號(hào)處理器13-4經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)用模擬信號(hào)輸出和數(shù)字信號(hào)輸出。
[0012]參照附圖3，重載機(jī)械用非接觸式角度傳感器的角度校正方法是對(duì)重載機(jī)械的角度初始化值確定，讀取角度，然后建立姿態(tài)估計(jì)進(jìn)程，通過角度傳感器芯片16、加速度傳感器15和陀螺儀模塊14融合算法計(jì)算實(shí)際角度值，經(jīng)過數(shù)字信號(hào)處理器13-4處理數(shù)據(jù)處理，處理后的數(shù)據(jù)模擬輸出電壓電流信號(hào)和串行差分?jǐn)?shù)字或工業(yè)總線數(shù)字輸出。
[0013]重載機(jī)械用非接觸式角度傳感器的工作原理是:重載機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過聯(lián)軸器連接非接觸式角度傳感器的連接軸12，即可用數(shù)字信號(hào)處理器13-4完成角位移的初始提取，運(yùn)用陀螺儀模塊14和加速度傳感器15完成姿態(tài)估計(jì)，對(duì)獲取的角位移信號(hào)進(jìn)行二次融合解析，采用融合算法去除姿態(tài)及震動(dòng)干擾，解決重載機(jī)械強(qiáng)震動(dòng)下的角度失真問題。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種重載機(jī)械用非接觸式角度傳感器，包括傳感器殼體(6)、上端蓋(4)、連接軸(12)、軸承(9)、螺栓(1)、平墊圈(2)、彈簧墊圈(3)，其特征在于在傳感器殼體(6)的上方內(nèi)腔底部設(shè)有凹槽，在凹槽內(nèi)裝有隔離圈(17)，在隔離圈(17)的上面?zhèn)鞲衅鲀?nèi)腔(6)中裝有電路板(13)，在傳感器殼體(6)的下方內(nèi)腔中心用軸承(9)裝有連接軸(12)，在連接軸(12)的頂端中心處設(shè)有磁石安裝槽(12-1)，在磁石安裝槽(12-1)內(nèi)裝有磁石(7)，在與磁石(7)正對(duì)的電路板(13)連接裝有傳感器芯片(16)，在電路板(13)上方中間處設(shè)有加速度傳感器(15)和陀螺儀模塊(14)，在傳感器殼體(6)內(nèi)下方與連接軸(12)外圓周之間密封設(shè)有包膠層(11)，在軸承(9)上方的連接軸(12)上裝有擋圈(8)，在軸承(9)下面的連接軸(12)上裝有彈性擋圈(10)，傳感器殼體(6)的上方的外圓周壁上設(shè)有線束防水孔(6-1)，在傳感器殼體(6)的上端面上用密封圈(5)、螺栓(1)、平墊圈(2)和彈簧墊圈(3)固定裝有上端蓋(4);其中電路板(13)中包括:多路開關(guān)(13-1)、放大器一(13-2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(13-3)、數(shù)字信號(hào)處理器(13-4)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(13-5)、放大器二(13-6)、電壓電流變換器(13-7)、模擬信號(hào)輸出、數(shù)字信號(hào)輸出；它們的連接關(guān)系是:多路開關(guān)(13-1)單向輸出連接放大器一(13-2)，放大器一(13-2)單向輸出連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器(13-3)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(13-3)單向輸出連接數(shù)字信號(hào)處理器(13-4)，數(shù)字信號(hào)處理器(13-4)單向輸出連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器(13-5)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(13-5)單向輸出連接放大器二(I 3-6)和電壓電流變換器(I 3-7)，放大器二(I 3-6)和電壓電流變換器(13-7)形成模擬信號(hào)輸出；電路板(13)上的陀螺儀模塊(14)和加速度傳感器(15)單向輸出連接數(shù)字信號(hào)處理器(13-4)，通過數(shù)字信號(hào)處理器(13-4)形成數(shù)字信號(hào)輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重載機(jī)械用非接觸式角度傳感器，其特征在于用非接觸式角度傳感器的角度校正方法如下:對(duì)重載機(jī)械的角度初始化值確定，讀取角度，然后建立姿態(tài)估計(jì)進(jìn)程，通過角度傳感器芯片、加速度傳感器、陀螺儀模塊融合算法計(jì)算實(shí)際角度值，經(jīng)過數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的數(shù)據(jù)模擬輸出電壓電流信號(hào)和串行差分?jǐn)?shù)字或工業(yè)總線數(shù)字輸出。
【專利摘要】本發(fā)明屬于工程機(jī)械行業(yè)中檢測(cè)角度的設(shè)備，特別涉及一種重載機(jī)械用非接觸式角度傳感器及角度校正方法，在傳感器殼體（6）的上方內(nèi)腔底部設(shè)有凹槽，在凹槽內(nèi)裝有隔離圈（17），在隔離圈（17）的上面?zhèn)鞲衅鲀?nèi)腔（6）中裝有電路板（13），在傳感器殼體（6）的下方內(nèi)腔中心用軸承（9）裝有連接軸（12），在電路板（13）上方中間處設(shè)有加速度傳感器（15）和陀螺儀模塊（14），其中電路板（13）中包括：多路開關(guān)（13-1）、放大器一（13-2）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（13-3）、數(shù)字信號(hào)處理器（13-4）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（13-5）、放大器二（13-6）、電壓電流變換器（13-7）、模擬信號(hào)輸出、數(shù)字信號(hào)輸出；其解算速度快，可靠性高，安裝便捷，操作靈活方便，使用壽命長(zhǎng)，價(jià)格低。
【IPC分類】G01B7/30
【公開號(hào)】CN105627912
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610147174
【發(fā)明人】冀常鵬, 韓新平, 代巍, 王凱, 于瓏雪, 冀雯靖, 王楠, 李屏, 徐瑩
【申請(qǐng)人】遼寧瀚石機(jī)械制造有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2016年3月16日