部件分離式電磁角度傳感器的精確安裝的製作方法

2023-05-01 21:43:41 1

專利名稱：部件分離式電磁角度傳感器的精確安裝的製作方法
技術領域：
本發明屬於電磁角度傳感器技術領域，應用於機械轉動角度的測量。
背景技術：
目前，利用電磁原理製造的角度傳感器在各種儀器和設備上有著廣泛的應用，感 應同步器(INDUCT0SYN)就是這類部件的典型代表，它出現於20世紀50年代，由美國一家 公司(FARRAND)發明和生產，如今仍然是有著重大應用意義的一類測量部件。感應同步器 有角度傳感器和長度傳感器。電磁角度傳感器的工作原理是通過激磁電路對激磁線圈(原線圈)輸入變化電 流，使得感應線圈(副線圈)輸出感應電壓，感應電壓的形狀取決於激磁電流的變化、線圈 形狀和激磁線圈與感應線圈的相互位置，根據輸入和輸出信號即可得到激磁線圈與感應線 圈的相對角度。電磁角度傳感器通常將激磁線圈和感應線圈分別製作成兩個分離的部件，參看示 意

圖1。使用時，分別安裝在機體(相對靜止部件)和旋轉軸(相對轉動部件)之上，參看 示意圖2。以下稱安裝在機體上的部件為定子，安裝在旋轉軸上的部件為轉子。分離式電磁角度傳感器相對於一體式傳感器省去了轉子和定子相對位置的定位 軸承，也就省去了消除傳感器的軸承與工具機上的軸承相互幹擾而採取的某些部件。高精度 分離式角度傳感器製造過程中存在各種機械形位誤差和電子部分帶進的誤差，為了提高測 量精度，必需對每個半成品進行校正，其過程是將定子和轉子精確地安裝在一個精密軸系 上，檢測出系統誤差，將補償數據輸入到數顯表中，進行誤差補償，才可達到更高的測量精 度，用戶使用時，再次精確安裝的技術難度較大，安裝誤差直接影響傳感器的測量精度，低 精度的產品可以根據機械定位面來安裝，高精度的產品則難以做到。安裝技術難度大在一 定程度上阻礙了這類高精度分離式角度傳感器產品的廣泛應用。

發明內容
為了解決使用者自行再次精確安裝的問題，對電磁角度傳感器和與之配套的電子 數顯表進行了創新設計。利用數顯表顯示的有關數據，按照給定的方法進行調整，使用者即 可完成精確安裝，從而保證電磁角度傳感頭和與之配套的電子數顯表組成的角度測量系統 的測量精度。要解決的技術問題在電子數顯表上附加特殊功能，S卩，將轉子和定子相對於旋轉軸的垂直度、同軸度 誤差和轉子與定子之間的間隙由電子數顯表顯示的數字反映出來，以此作為精確安裝的 調整依據，給出調整方法，使得使用者自行做到精確安裝。技術方案為了得到一個切實可行的方案，要對這個測角系統做整體考慮和設計，利用其特 點，實現空間相對位置信息的獲得和具體的空間位置調整向量。3
分離式電磁角度傳感器由電磁傳感頭和電子線路兩部分組成。傳感頭分為具有 線圈的定子和轉子，考慮信號傳輸合理性，一般在轉子上制有激磁線圈(連續繞組)，在定 子上制有感應線圈(分段繞組)，圖1中上邊的為轉子示意圖，下邊的為定子示意圖。電子 部份分為給激磁線圈提供激磁電流的激磁電路和將感應線圈輸出的電壓信號轉換為空間 方位數據的編碼電路。高分辨力的電磁角度傳感頭上的線圈在圓周上分布周期θτ—般為 1°或0.5°，不影響原理的表述，圖3和圖4給出了 θ τ等於7. 5°的線圈示意圖。激磁電 流從Il和12兩個埠輸入，參看圖3。感應電壓由分段的感應線圈兩端輸出，本設計分段 數不得少於8個，以8個為例，參看圖4。工作時，Us2和Us3相連，Us4和Us5相連，Us6和 Us7相連，由Usl和Us8輸出一路感應電壓，Uc2和Uc3相連，Uc4和Uc5相連，Uc6和Uc7 相連，由Ucl和UcS輸出另一路感應電壓，這兩路信號供給電子部份進行編碼使用。在安裝 時則不相連，每個感應線圈輸出一路感應電壓信號。有多種電流變化曲線的激磁方式，以激 磁電流強度曲線為間斷鋸齒形為例，感應輸出的電壓為間斷方波，如圖5所示。採樣頻率 與激磁頻率相同，感應線圈在時刻^進行採樣，模數轉換後得到數據，此數據數值與激磁線 圈和感應線圈的相對位置有關，忽略微量的高次諧波，此數據數值相對於轉角θ為正弦函 數，定子上的線圈Si、S2、S3、S4在圓周上依次相差2Ν θ τ角位置，線圈Cl、C2、C3、C4在圓 周上依次相差2Ν θ τ角位置，而且這兩組線圈起始點相差N θ τ+0. 25 θ τ角位置，在理想情況 下，相對於轉角θ，第一組中各段線圈輸出電壓採樣數據的曲線相同，第二組中各段線圈輸 出電壓採樣數據的曲線相同，而且，兩組輸出電壓採樣數據曲線相差四分之一個周期，如圖 6所示，在360°內為周期函數，記為(i = 1,2,3,4)在指定的寬度為θτ的空間角度區間內，可以由的比值解算出θ值，也 可得到最大幅值的絕對值Ai。存在安裝誤差情況下，Dsi、D。i和Ai相對於準確值都會發生變化，各組內的感應線 圈對應的電壓採樣數據產生差異，根據Dsi、Dci和Ai的數值即可得到安裝誤差的信息，以此 為根據進行安裝位置調整。首先，選定工具機旋轉軸為坐標系的Z軸，定義感應線圈Sl與Cl的對稱線為X軸 向，定子線圈面與旋轉軸的交點為原點，定義角變量α、β、θ如圖7所示。轉子或定子安 裝位置誤差Δα、Δβ、ΔΧ、ΔΥ如圖8所示，轉子與定子之間的間隙H如圖2中所示。可 以利用千分表和卡尺等工具先進行粗裝，所以，上述安裝誤差是相對較小的，電子部分的各 項功能可以工作了，只是安裝精度不夠精確，角度測量達不到應有的精度。由激磁線圈與感應線圈的形狀和相互位置可知轉子上的激磁線圈與定子上的各 個感應線圈之間的間隙Hj主要影響感應電壓最大幅值的絕對值Ai，對於採樣曲線的相位 影響較小，從而對解算出的激磁線圈與感應線圈相對角位置數值影響較小。定子和轉子相 對於旋轉軸的垂直度誤差Δ ak、A i3k都可以引起Hj的不同變化。工作時，每組內的感應 電壓要相加後輸出，每組內的感應電壓強度不穩將會影響平均效果，從而影響角度解算精 Dci = Ai · COS度。定子和轉子相對於旋轉軸的同軸度誤差將會引起偏心AXk和，從而引起各個感應 線圈採樣曲線發生相移，直接影響解算出的相對角位置數值的準確性，對感應電壓最大幅 值的絕對值Ai影響不大。工作時，雖然軸心對稱的感應信號相互抵消一定量的採樣曲線的 相移，但會降低傳感器的測量精度。總之，垂直度誤差、轉子與定子之間的間隙和同軸誤差 要調整到允許的範圍內，才能保證傳感器的測量精度。綜上所述，粗裝後，微小的垂直度誤差和同軸度誤差對各個感應線圈對應的採樣 曲線的主要影響有所不同，因此，可以對垂直度和同軸度進行相對獨立地分別調整。下面做 具體介紹。轉子與定子之間間隙和垂直度的調整步驟由於信號放大器的非線性和對輸入信號的要求，感應信號強度要調整到要求的範 圍內。信號的最大幅值可以通過下面公式計算出來
權利要求
1.轉子與定子分離式電磁角度傳感器精確安裝方法。特徵點為根據不同位置的感應 線圈的感應電壓信號經與之配套的電子數顯表處理後得到的信號強度和角位置編碼數值， 按照給定的過程進行安裝調整，達到精確安裝。
2.為精確安裝的目的，在機械和電子兩方面的特殊設計。特徵點為電磁角度傳感頭 上間隔90°設置的4組感應線圈的信號輸出到數顯表，數顯表可根據得到的每組信號轉換 出各組信號的強度和空間角位置編碼數據，並且顯示出來。
全文摘要
本發明為一種轉子和定子分離式電磁角度傳感器的再次精確安裝的方法和與之相配的新型電磁角度傳感器角度測量系統的創新設計。利用電磁角度傳感器的原理和結構特點，增加電子部份(數顯表)特殊功能，設計出具體的安裝調整方法。利用電磁角度傳感器角度測量系統，使用者按照說明書給出的步驟，即可進行再次精確安裝，以保證電磁角度傳感器角度測量系統的使用精度。
文檔編號G01B7/30GK102042803SQ201010516550
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月25日 優先權日2010年10月25日
發明者不公告發明人 申請人:葛幸華