軸套式光電角位移傳感器及設置方法
2023-05-14 17:39:06 2
專利名稱：軸套式光電角位移傳感器及設置方法
技術領域：
本發明涉及軸轉動圈數及角度的傳感器，具體涉及應用於測試儀器設備轉動軸轉動圈數和角位移的傳感器。
背景技術：
目前已有的機械式、碼盤式或光柵式等角位移傳感器，這些角位移除存在著不能同時滿足精度、量程、體積、電信號輸出等要求及不能測試軸的轉動圈數外，最突出的是存在安裝不緊湊的問題，導致使用時的不便。
發明內容
本發明的目的是提供一種軸套式光電角位移傳感器及設置方法，具有精度高、量程大、功能多、體積小、數字電信號輸出、能測試軸的轉動圈數、安裝緊湊等特點，以滿足儀器設備轉動軸的測試需求。本發明的技術方案如下
一種軸套式光電角位移傳感器，其特徵在於包括有固定安裝在底座上的機殼，有筒軸從下到上依次穿過所述的機殼並與機殼的殼壁轉動配合，所述筒軸的端部旋合有內有錐螺紋的三爪夾帽，構成緊固被測試軸的三爪夾頭；位於機殼內部的筒軸上分別套裝有主動輪、 圈數調製輪和角位移調製輪，所述的主動輪通過齒輪減速機構分別與圈數調製輪和角位移調製輪相嚙合；所述的機殼內安裝有電路板，所述圈數調製輪的一側設有圈數槽型雙光電斷續器，所述角位移調製輪的一側設有角位移槽型雙光電斷續器，所述的圈數槽型雙光電斷續器和角位移槽型雙光電斷續器分別與電路板電連接，所述圈數調製輪與圈數槽型雙光電斷續器以及角位移調製輪與角位移槽型雙光電斷續器一起構成被測試軸的轉動信號檢測機構；所述的機殼的側壁上設有通孔並安裝有固定頭，所述電路板上的接線依次從機殼側壁上的通孔和固定頭中引出並外接軸角位移測試儀。所述的軸套式光電角位移傳感器，其特徵在於所述的底座上設有固定栓孔，有螺栓穿入固定栓孔將機殼固定在底座上。所述的軸套式光電角位移傳感器，其特徵在於所述的筒軸為通透圓筒狀，筒軸的端部具有三條順軸線方向且等距的變形通縫，筒軸端部的外側有錐螺紋，筒軸的中部有固定彈簧固定片的圓周凹槽，筒軸中部的下段部位有凸出的臺肩。所述的軸套式光電角位移傳感器，其特徵在於所述的圈數調製輪為圓套筒外弧面中部連接著一片等寬的圈數調製輪葉輪，圓套筒端面與圈數調製輪葉輪面平行，圓套筒上有固定螺栓孔。所述的軸套式光電角位移傳感器，其特徵在於所述的圈數槽型雙光電斷續器包括兩個光電斷續器，兩個光電斷續器軸線的平面夾角為15°，每個光電斷續器的發射極和接收極分別位於圈數調製輪葉輪轉動圓周面的兩側，且每個光電斷續器的發射極位於圈數調製輪葉輪面的上方。
所述的軸套式光電角位移傳感器，其特徵在於所述的角位移調製輪包括處於同一平面上四個結構相同的葉輪，四個結構相同的葉輪面上的中心處有齒輪，齒輪中心有通透的軸孔，相鄰葉輪間的夾角為45°。所述的軸套式光電角位移傳感器，其特徵在於所述的角位移槽型雙光電斷續器包括二個光電斷續器，二個光電斷續器軸線的平面夾角為67. 5°，每個光電斷續器的發射極和接收極分別位於角位移調製輪葉輪圓周面的兩側，且每個光電斷續器的發射極位於角位移調製輪葉輪面的上方。所述軸套式光電角位移傳感器的設置方法，其特徵在於其具體包括以下步驟
(1)、鬆開筒軸端部的的三爪夾頭帽，把被測試軸套在筒軸上，並安置到位；
(2)、將螺栓穿入底座的固定栓孔內，略擰緊螺栓，使得機殼相對固定在底座上；
(3)、略擰緊筒軸的三爪夾頭帽後，鬆開底座上固定栓孔內的螺栓，讓筒軸與被測試軸的位置有所調整，然後再擰緊螺栓，經多次擰緊和鬆開的調試，最後擰動筒軸的三爪夾頭帽緊固被測試軸，讓被測試軸與筒軸保持同軸心；
(4)、轉動被測試軸，使得被測試軸平穩轉動；
(5)、打開軸角位移測試儀，進行被測試軸轉動圈數和角度的測試。本發明的軸套式光電角位移傳感器基於以下工作原理
被測試軸與軸套式光電角位移傳感器的傳感接觸把該傳感器筒軸套於被測試軸上， 經調試安裝，擰動傳感器筒軸的三爪夾頭帽固緊被測試軸，以達到同軸心、同步、安裝緊湊的傳感接觸效果。被測試軸的轉動圈數傳感在機殼內，筒軸上安置有圈數調製輪，電路板的圈數調製輪位置安置有圈數槽型雙光電斷續器。圈數調製輪只有1片等寬的葉輪，筒軸轉動一周， 圈數調製輪相應轉動一周。每次調製葉輪轉到圈數槽型雙光電斷續器槽內，則計1次被測軸轉動的圈數。由於調製葉輪轉入圈數槽型雙光電斷續器槽內，是先後分切換兩個光電斷續器的光線，通過邏輯識別電路，就能得到被測試軸正反的轉動方向。所以，被測試軸的任何次序正反方向轉動，均能準確測得被測試軸正反方向轉動的圈數。被測試軸的角位移傳感由筒軸上的主動輪、減速齒輪機構、四個葉輪的角位移調製輪及角位移槽型雙光電斷續器組成角位移傳感的機構，每當主動輪傳動一周，經減速齒輪組變速，調製輪將轉動上萬周，這樣的高頻率地切換兩個槽型光電斷續器光線，提高了角位移測量的解析度；槽型光電斷續器是以自身發射與接收光源的定型電子元件，工作可靠， 靈敏度高，所以傳感器有較高的測試精度；調製葉輪轉入圈數槽型雙光電斷續器槽內，是先後分切換兩個光電斷續器的光線，通過邏輯識別電路和可逆計數器計數，就能得到被測試軸的正負角位移量。與已有技術相比，本發明有益效果體現在
(1)、本發明特定的結構形式尤其突出傳感器與被測儀器設備的安裝緊湊，適用於儀器設備轉動軸正反方向的轉動圈數和角位移量的測試；在滿足轉動圈數和角位移測試精度高、量程大的同時，能達到線性度好、環境要求低、體積小、重量輕。(2)、本發明直接將機械信號轉換成數字電信號，解析度高、工作可靠，便於後續的信號處理電路的設置，能夠滿足自動控制的要求。
圖1為本發明軸套式光電角位移傳感器設置示意圖。圖2a、圖2b、圖2c、圖2d分別為本發明軸套式光電角位移傳感器正剖視、俯剖視、 俯視、側視結構示意圖。圖3a、圖3b、圖3c分別為本發明軸套軸正剖視、俯視、仰視結構示意圖。圖4a、圖仙、圖如分別為本發明圈數調製輪正視、俯視、側視結構示意圖。圖5^圖恥分別為本發明角位移調製輪正視、俯剖結構示意圖。圖中標號1機殼、2底座、3筒軸、4三爪夾頭帽、5電纜固定頭、6電纜、7被測試軸、 8儀器設備；11主動輪、12齒輪減速機構、13圈數調製輪、14圈數槽型雙光電斷續器、15角位移調製輪、16角位移槽型雙光電斷續器、17電路板、18彈簧固定片；21變形通縫、22彈簧固定片凹槽、23臺肩；31圈數調製輪葉輪、32套筒、33固定螺栓孔；41角位移調製輪葉輪、 42齒輪、43軸孔。
具體實施例方式參見附圖，一種軸套式光電角位移傳感器，包括有固定安裝在底座2上的機殼1， 有筒軸3從下到上依次穿過機殼1並與機殼1的殼壁轉動配合，筒軸3的端部旋合有內有錐螺紋的三爪夾帽4，構成緊固被測試軸7的三爪夾頭；位於機殼1內部的筒軸3上分別套裝有主動輪11、圈數調製輪13和角位移調製輪15，主動輪11通過齒輪減速機構12分別與圈數調製輪13和角位移調製輪15相嚙合；機殼1內安裝有電路板17，圈數調製輪13的一側設有圈數槽型雙光電斷續器14，角位移調製輪15的一側設有角位移槽型雙光電斷續器16， 圈數槽型雙光電斷續器14和角位移槽型雙光電斷續器16分別與電路板17電連接，圈數調製輪13與圈數槽型雙光電斷續器14以及角位移調製輪15與角位移槽型雙光電斷續器16 一起構成被測試軸的轉動信號檢測機構；機殼1的側壁上設有通孔並安裝有固定頭5，電路板17上的接線依次從機殼1側壁上的通孔和固定頭5中引出並外接軸角位移測試儀。底座2上設有固定栓孔，有螺栓穿入固定栓孔將機殼1固定在底座2上。筒軸3為通透圓筒狀，筒軸3的端部具有三條順軸線方向且等距的變形通縫21，筒軸3端部的外側有錐螺紋，筒軸3的中部有固定彈簧固定片18的圓周凹槽22，筒軸3中部的下段部位有凸出的臺肩23。圈數調製輪13為圓套筒32外弧面中部連接著一片等寬的圈數調製輪葉輪31，圓套筒32端面與圈數調製輪葉輪面平行，圓套筒32上有固定螺栓孔33。圈數槽型雙光電斷續器14包括兩個光電斷續器，兩個光電斷續器軸線的平面夾角為15°，每個光電斷續器的發射極和接收極分別位於圈數調製輪葉輪31轉動圓周面的兩側，且每個光電斷續器的發射極位於圈數調製輪葉輪31輪面的上方。角位移調製輪15包括處於同一平面上四個結構相同的葉輪41，四個結構相同的葉輪41輪面上的中心處有齒輪42，齒輪42中心有通透的軸孔43，相鄰葉輪間的夾角為 45°。角位移槽型雙光電斷續器16包括二個光電斷續器，二個光電斷續器軸線的平面夾角為67. 5°，每個光電斷續器的發射極和接收極分別位於角位移調製輪葉輪41圓周面的兩側，且每個光電斷續器的發射極位於角位移調製輪葉輪面的上方。
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軸套式光電角位移傳感器的設置方法，具體包括以下步驟
(1)、鬆開筒軸3端部的的三爪夾頭帽4，把被測試軸套7在筒軸3上，並安置到位；
(2)、將螺栓穿入底座2的固定栓孔內，略擰緊螺栓，使得機殼1相對固定在底座2上；
(3)、略擰緊筒軸3的三爪夾頭帽4後，鬆開底座2上固定栓孔內的螺栓，讓筒軸3與被測試軸7的位置有所調整，然後再擰緊螺栓，經多次擰緊和鬆開的調試，最後擰動筒軸3的三爪夾頭帽4緊固被測試軸7，讓被測試軸7與筒軸3保持同軸心；
(4)、轉動被測試軸7，使得被測試軸7平穩轉動；
(5)、打開軸角位移測試儀，進行儀器設備8的被測試軸7轉動圈數和角度的測試。以下結合附圖對本發明作進一步的說明
參見圖2a、圖2b、圖2c和圖2d，本實施例中軸套式光電角位移傳感器的結構形式為方形機殼1固定於底座2，底座2上有固定栓孔。筒軸3從機殼1頂面和底座2的中心通透設置，筒軸3在機殼1的外露端上有三爪夾頭帽4，在機殼1內的筒軸3上有主動輪11和圈數調製輪13。筒軸3中部的彈簧固定片18支承於機殼1頂面內側，下段的臺肩23支承於底座2頂面。齒輪減速機構12為一組由大到小依序嚙合的傳動齒輪，用於驅動角位移調製輪15的是最小從動齒輪。電路板17固定於底座2的支架，電路板17的面板在圈數調製輪13處安置有圈數槽型雙光電斷續器14，在角位移調製輪15處安置有角位移槽型雙光電斷續器16。該些調製輪的葉輪和分別置於調製葉輪兩側的光電斷續器發射極與接收極，構成轉動信號檢測機構，轉動的調製葉輪以其輪齒在發射極與接收極之間形成光阻隔，以相鄰輪齒的齒間在發射極與接收極之間形成透光。機殼1的側壁上設置有電纜固定頭5，電纜6從該固定頭5中引出。圈數槽型雙光電斷續器14的兩個光電斷續器軸線的平面夾角為15°，每個光電斷續器的發射極和接收極分別位於圈數調製輪葉輪31轉動圓周面的兩側，且發射極在圈數調製輪31面的上方。角位移槽型雙光電斷續器16的兩個光電斷續器軸線的平面夾角為67. 5°，每個光電斷續器的發射極和接收極分別位於角位移調製輪葉輪 41圓周面的兩側，且發射極在角位移調製輪葉輪41面的上方。參見圖3a、圖北和圖3c，軸套式光電角位移傳感器的筒軸3結構形式為通透圓筒形狀，其上端部有三條順軸線方向且等距的變形通縫21，並外側有錐螺紋，中部有固定彈簧固定片18的圓周凹槽22，下段部位有凸出的臺肩23。筒軸3上端部上旋有內有錐螺紋的三爪夾頭帽4，構成緊固被測試軸7的三爪夾頭。參見圖4a、圖4b和圖4c，軸套式光電角位移傳感器的圈數調製輪13為圓套筒32 外弧面中部連接著一片等寬的圈數調製葉輪31，套筒32端面與圈數調製葉輪31面平行，套筒32上有固定螺栓孔33。參見圖fe和圖恥，軸套式光電角位移傳感器的角位移調製輪15結構形式為同一平面上四個相同的葉輪41，其葉輪41面上的中心處是齒輪42，齒輪42中心有通透的軸孔 43。葉輪41為等長，葉輪41間的夾角為45°。機殼1是用於支承筒軸3、齒輪減速機構12齒輪及保護圈數調製輪13等。底座2 是用於支承筒軸3、齒輪減速機構12齒輪，固定機殼1，安裝傳感器。筒軸3是用於傳遞被測試軸的轉動圈數和角位移。三爪夾頭帽4是用於夾緊被測試軸，與筒軸3傳感接觸。電纜固定頭5是用於固定電纜6。電纜6是用於傳輸圈數槽型雙光電斷續器14和角位移槽型雙光電斷續器16的電信號。主動輪11是用於帶動齒輪減速機構12轉動。齒輪減速機構12是用於角位移調製輪15變速，放大角位移量。圈數調製輪13是用於切換圈數槽型雙光電斷續器14的光線。圈數槽型雙光電斷續器14是用於被測試軸轉動圈數的傳感源。角位移調製輪15是用於切換角位移槽型雙光電斷續器16的光線。角位移槽型雙光電斷續器16是用於被測試軸角位移的傳感源。電路板17是用於固定圈數槽型雙光電斷續器14和角位移槽型雙光電斷續器16，以及連接電子元件線路。彈簧固定片18是用於限制筒軸3向機殼1 外移動。變形通縫21是用於三爪夾頭帽4旋緊後，使筒軸3的上段變形箍緊被測試軸。彈簧固定片凹槽22是用於固定彈簧固定片18。臺肩23是用於限制筒軸3向底座2外移動。 圈數調製輪葉輪31是用於切換圈數槽型雙光電斷續器14的光線。套筒32是用於將圈數調製輪葉輪31安裝於筒軸3。固定螺栓孔33是用於把圈數調製輪13固定於筒軸3。角位移調製輪葉輪41是用於切換角位移槽型雙光電斷續器16的光線。齒輪42是齒輪減速機構12最小從動齒輪。軸孔43是用於安裝軸，讓角位移調製輪15轉動。本發明的性能如下 1.圈數測試
1)精度士 0. 01η。2)量程0 99999η 或-49999 +49999η。2.角位移測試 1)精度士 0.1°。2)解析度0. 01°。
3)量程-360° 或+360°。
3.被測試軸最大轉速150r/min。
4.輸出數位訊號。
5.工作溫度一 10°C 60°C。
6.電源:+5v (開關電源)。
7.機殼尺寸45X40X20mm (長X寬X高)。
8.重量約80克。
權利要求
1.一種軸套式光電角位移傳感器，其特徵在於包括有固定安裝在底座上的機殼，有筒軸從下到上依次穿過所述的機殼並與機殼的殼壁轉動配合，所述筒軸的端部旋合有內有錐螺紋的三爪夾帽，構成緊固被測試軸的三爪夾頭；位於機殼內部的筒軸上分別套裝有主動輪、圈數調製輪和角位移調製輪，所述的主動輪通過齒輪減速機構分別與圈數調製輪和角位移調製輪相嚙合；所述的機殼內安裝有電路板，所述圈數調製輪的一側設有圈數槽型雙光電斷續器，所述角位移調製輪的一側設有角位移槽型雙光電斷續器，所述的圈數槽型雙光電斷續器和角位移槽型雙光電斷續器分別與電路板電連接，所述圈數調製輪與圈數槽型雙光電斷續器以及角位移調製輪與角位移槽型雙光電斷續器一起構成被測試軸的轉動信號檢測機構；所述的機殼的側壁上設有通孔並安裝有固定頭，所述電路板上的接線依次從機殼側壁上的通孔和固定頭中引出並外接軸角位移測試儀。
2.根據權利要求1所述的軸套式光電角位移傳感器，其特徵在於所述的底座上設有固定栓孔，有螺栓穿入固定栓孔將機殼固定在底座上。
3.根據權利要求1所述的軸套式光電角位移傳感器，其特徵在於所述的筒軸為通透圓筒狀，筒軸的端部具有三條順軸線方向且等距的變形通縫，筒軸端部的外側有錐螺紋，筒軸的中部有固定彈簧固定片的圓周凹槽，筒軸中部的下段部位有凸出的臺肩。
4.根據權利要求1所述的軸套式光電角位移傳感器，其特徵在於所述的圈數調製輪為圓套筒外弧面中部連接著一片等寬的圈數調製輪葉輪，圓套筒端面與圈數調製輪葉輪面平行，圓套筒上有固定螺栓孔。
5.根據權利要求1所述的軸套式光電角位移傳感器，其特徵在於所述的圈數槽型雙光電斷續器包括兩個光電斷續器，兩個光電斷續器軸線的平面夾角為15°，每個光電斷續器的發射極和接收極分別位於圈數調製輪葉輪轉動圓周面的兩側，且每個光電斷續器的發射極位於圈數調製輪葉輪面的上方。
6.根據權利要求1所述的軸套式光電角位移傳感器，其特徵在於所述的角位移調製輪包括處於同一平面上四個結構相同的葉輪，四個結構相同的葉輪面上的中心處有齒輪， 齒輪中心有通透的軸孔，相鄰葉輪間的夾角為45°。
7.根據權利要求1所述的軸套式光電角位移傳感器，其特徵在於所述的角位移槽型雙光電斷續器包括二個光電斷續器，二個光電斷續器軸線的平面夾角為67. 5 °，每個光電斷續器的發射極和接收極分別位於角位移調製輪葉輪圓周面的兩側，且每個光電斷續器的發射極位於角位移調製輪葉輪面的上方。
8.一種使用權利要求1所述軸套式光電角位移傳感器的設置方法，其特徵在於其具體包括以下步驟(1)、鬆開筒軸端部的的三爪夾頭帽，把被測試軸套在筒軸上，並安置到位；(2)、將螺栓穿入底座的固定栓孔內，略擰緊螺栓，使得機殼相對固定在底座上；(3)、略擰緊筒軸的三爪夾頭帽後，鬆開底座上固定栓孔內的螺栓，讓筒軸與被測試軸的位置有所調整，然後再擰緊螺栓，經多次擰緊和鬆開的調試，最後擰動筒軸的三爪夾頭帽緊固被測試軸，讓被測試軸與筒軸保持同軸心；(4)、轉動被測試軸，使得被測試軸平穩轉動；(5)、打開軸角位移測試儀，進行被測試軸轉動圈數和角度的測試。
全文摘要
本發明公開了軸套式光電角位移傳感器及設置方法，機殼固定於底座，筒軸從機殼頂面至底座的中心通透設置，筒軸在機殼的外露端上有三爪夾頭，在機殼內的筒軸上有主動輪和圈數調製輪，電路板在圈數調製輪處安置有圈數槽型雙光電斷續器，在角位移調製輪處安置有角位移槽型雙光電斷續器；將筒軸的三爪夾頭固緊被測試軸，被測試軸的轉動，帶動各調製輪的轉動，形成機械信號與電信號的轉換。本發明適用於儀器設備的被測試軸正反方向轉動圈數和角位移的測試，且精度高、量程大、解析度好、工作可靠，安裝緊湊、便於自動控制。
文檔編號G01P13/04GK102226692SQ201110090318
公開日2011年10月26日 申請日期2011年4月12日 優先權日2011年4月12日
發明者崔璨, 戴習民, 朱林, 湯臨春, 汪哲蓀 申請人:合肥工業大學