專(zhuān)利名稱(chēng)：凸輪式扭振傳感器以及扭振測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種扭振測(cè)量?jī)x，尤其是涉及一種凸輪式扭振傳感器，以及應(yīng)用這種傳感器的扭振測(cè)量?jī)x。
背景技術(shù)：
已有的扭振測(cè)量?jī)x是旋轉(zhuǎn)編碼式扭振測(cè)量?jī)x。旋轉(zhuǎn)編碼式扭振測(cè)量?jī)x的傳感器隨著轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生一連串有疏有密的方波，每個(gè)方波的上升、下降沿代表特定的轉(zhuǎn)角(角度位置)。測(cè)量?jī)x采用離散的高速采樣來(lái)提高這些轉(zhuǎn)角信號(hào)在時(shí)間刻度上的精度。但是，這些高速采樣大多只能測(cè)到方波基本無(wú)信息量的高、低水平位置，少數(shù)才能得到邊沿的信息。因此這種測(cè)量?jī)x測(cè)量信號(hào)的上限頻率較低，只適合測(cè)量低階扭振信號(hào)。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種凸輪式扭振傳感器及其扭振測(cè)量?jī)x，用以提高扭振測(cè)量的頻率范圍，滿足高階扭振信號(hào)的測(cè)量。
本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題而采用的技術(shù)方案是提出一種凸輪式扭振傳感器，包含凸輪以及至少兩非接觸式間隙位移傳感器。該凸輪設(shè)于待測(cè)量的轉(zhuǎn)軸上且與轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，該至少兩非接觸式間隙位移傳感器與凸輪的邊緣相對(duì)設(shè)置，用于檢測(cè)凸輪旋轉(zhuǎn)的信號(hào)。
在上述的凸輪式扭振傳感器中，所述凸輪可為三角凸輪或正弦凸輪。兩個(gè)非
接觸式間隙位移傳感器，位于三角凸輪的相對(duì)檢測(cè)信號(hào)成180度信號(hào)相位角的位置。而兩個(gè)非接觸式間隙位移傳感器位于正弦凸輪的相對(duì)檢測(cè)信號(hào)成90度信號(hào)相
位角的位置。
在上述的凸輪式扭振傳感器中，還可包含齒盤(pán)及齒沿檢測(cè)器。齒盤(pán)設(shè)于轉(zhuǎn)軸上且與轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，齒盤(pán)的圓周上具有多個(gè)凸齒。齒沿檢測(cè)器與齒盤(pán)的邊緣相
3對(duì)設(shè)置。
本實(shí)用新型還提供一種凸輪式扭振測(cè)量?jī)x，其具有上述的凸輪式扭振傳感器。
本實(shí)用新型由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于每個(gè)采樣都能得到轉(zhuǎn)角信息，同樣的技術(shù)條件下(例如采樣率、采樣精度等)，可以得到比傳統(tǒng)技術(shù)多得多的轉(zhuǎn)角信息，大大提高測(cè)量的頻率范圍。


為讓本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說(shuō)明，其中
圖1A-1B是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的單齒的凸輪式扭振傳感器結(jié)構(gòu)圖。
圖2A-2B是圖l所示凸輪式扭振傳感器測(cè)量信號(hào)示意圖。圖3A-3B示出圖l所示凸輪式扭振傳感器所測(cè)量的信號(hào)示意圖。圖4根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的的凸輪齒盤(pán)復(fù)合式扭振傳感器結(jié)構(gòu)圖。圖5根據(jù)本實(shí)用新型另一實(shí)施例的的凸輪齒盤(pán)復(fù)合式扭振傳感器測(cè)量信號(hào)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的實(shí)施例基于測(cè)量與轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)凸輪的信號(hào)，得到轉(zhuǎn)軸連續(xù)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)軸的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速包含平均轉(zhuǎn)速和扭振轉(zhuǎn)速合成的轉(zhuǎn)速。
從原理上說(shuō)，凸輪可以取任何形線。圖1A-1B示例2種單齒的凸輪式扭振傳感器結(jié)構(gòu)圖。其中圖1A所示的為三角凸輪10a，其展開(kāi)后為單邊三角直線，圖1B所示的為正弦齒輪10b，其展開(kāi)后為正弦曲線。在具體實(shí)施時(shí)，可以采用多齒多段重復(fù)形線，提高測(cè)量性能。
三角凸輪10a或正弦凸輪10b設(shè)置在待測(cè)量扭矩的轉(zhuǎn)軸20上，并隨轉(zhuǎn)軸20同步旋轉(zhuǎn)。本實(shí)施例中采用兩個(gè)非接觸式間隙位移傳感器31、 32檢測(cè)凸輪信號(hào)。其中，以轉(zhuǎn)軸中心為頂點(diǎn)，單邊三角直線的三角凸輪10a的兩個(gè)凸輪轉(zhuǎn)角檢測(cè)的非接觸式間隙位移傳感器31、 32相對(duì)成180度角，相應(yīng)地，它們的檢測(cè)信號(hào)相對(duì)成180度信號(hào)相位角，如圖2A所示。圖3A進(jìn)一步示出兩個(gè)傳感器所測(cè)量的信號(hào)。
另外，以轉(zhuǎn)軸中心為頂點(diǎn)，正弦曲線的正弦凸輪10b的兩個(gè)凸輪轉(zhuǎn)角檢測(cè)的非接觸式間隙位移傳感器31、 32相對(duì)成卯度角，相應(yīng)地，它們的檢測(cè)信號(hào)
相對(duì)成90度信號(hào)相位角，如圖2B所示。圖3B進(jìn)一步示出兩個(gè)傳感器所測(cè)量的信號(hào)。
在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，非接觸式間隙位移傳感器31、 32可以采用任何檢測(cè)非接觸式間隙的位移傳感器，包括光電、渦流、電容等形式。在一實(shí)施例中，為簡(jiǎn)化信號(hào)檢出，可以針對(duì)非接觸式間隙位移傳感器的特性修正凸輪線型。
扭振傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)角信號(hào)即是一種時(shí)域的振動(dòng)信號(hào)，可以直接觀察時(shí)域的振動(dòng)波型；也可將時(shí)域的信號(hào)輸入到頻率分析儀器，得到振動(dòng)信號(hào)頻域的頻譜。
根據(jù)需要，測(cè)量信號(hào)可以進(jìn)行時(shí)域信號(hào)處理和/或頻域信號(hào)處理，圖1A、1B示出扭振測(cè)量?jī)x所包含的一個(gè)用以進(jìn)行這些處理的信號(hào)處理裝置100。其中信號(hào)處理裝置IOO可以進(jìn)行以下的操作。
首先是時(shí)域信號(hào)處理，對(duì)凸輪式扭振傳感器31、32測(cè)到的旋轉(zhuǎn)的凸輪(10a或10b)的信號(hào)，采用等間隔時(shí)間At進(jìn)行信號(hào)數(shù)字化，再對(duì)數(shù)字化的信號(hào)進(jìn)行時(shí)域及頻域的信號(hào)處理得到轉(zhuǎn)軸的扭振信號(hào)。
幾乎各種形線的凸輪都能進(jìn)行扭振測(cè)量。其中，三角凸輪和正弦凸輪產(chǎn)生的信號(hào)處理容易、精度高。在具體實(shí)施中可以采用多齒多段重復(fù)形線，以提高測(cè)量性能。
三角凸輪10a產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理在時(shí)域內(nèi)解算出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角信號(hào)。本實(shí)施例定義t時(shí)刻測(cè)到的轉(zhuǎn)軸角位移6t為
e尸K承Vt..........................................(i)
式(1)中t——時(shí)間；
V_—凸輪式扭振傳感器電壓信號(hào)；K一~"傳感器靈敏度，定義角度比電壓；e—一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角信號(hào)。由于三角波在每個(gè)周期終點(diǎn)-起始間存在一段與主段反向的波形，將同一三角凸輪式扭振傳感器的兩個(gè)非接觸式間隙位移傳感器得到的信號(hào)相互補(bǔ)充處
理，取各自90度至270度的信號(hào)段，處理中將圖3A中三角凸輪輸出的三角波下降段刪去。
正弦凸輪信號(hào)根據(jù)的轉(zhuǎn)角信號(hào)9t，通過(guò)兩個(gè)非接觸式間隙位移傳感器分別輸出測(cè)量到的位移信號(hào)At和Bt:
價(jià)=Ow(e,) = c一， + Ae,)
因此，根據(jù)凸輪式扭振傳感器上兩路輸出的信號(hào)At和Bt可以依據(jù)下式得
到轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角信號(hào)-9力=S/"-14
efi, = Ow、
e,《,廣0,707d,《0.707
'"4, ' ..........................................(2)
e,= ,廣0.707<5,《0.707
式(2)中t——時(shí)間；
At、 Bt——凸輪式扭振傳感器兩個(gè)測(cè)量信號(hào)；0At、eBt——兩個(gè)通道分別測(cè)到的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角；0t—一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角。
上述三角凸輪扭振傳感器或正弦凸輪扭振傳感器測(cè)量得到的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角et
通過(guò)頻域信號(hào)處理即可得到轉(zhuǎn)軸的頻譜。例如，首先通過(guò)FFT信號(hào)處理，得到的轉(zhuǎn)軸的頻譜；然后根據(jù)轉(zhuǎn)速進(jìn)行重采樣，通過(guò)FFT信號(hào)處理，得到的轉(zhuǎn)軸的階次譜。
圖4根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的的凸輪齒盤(pán)復(fù)合式扭振傳感器結(jié)構(gòu)圖。在本實(shí)施例中，進(jìn)一步將凸輪10c與齒盤(pán)40整合在一起同時(shí)設(shè)置在轉(zhuǎn)軸20上，組合成高精度、寬頻率范圍的復(fù)合凸輪齒盤(pán)復(fù)合式扭振測(cè)量傳感器。其中凸輪10c是六個(gè)三角周期的凸輪，然而其周期數(shù)還可以有其他變化。2個(gè)電渦流式非接觸式間隙位移傳感器31、 32相對(duì)成90度設(shè)置在凸輪10c的邊緣，用于測(cè)量凸輪旋轉(zhuǎn)信號(hào)，如圖5所示的兩個(gè)三角波形lch、 2ch。齒盤(pán)40的圓周上具有
6多個(gè)凸齒，齒沿檢測(cè)器33設(shè)置在齒盤(pán)的邊緣，用以完成如圖5中3ch矩形波周
期的檢測(cè)。
由于方波齒盤(pán)有角度制造精度高的特點(diǎn)，凸輪齒盤(pán)有每個(gè)采樣都有信號(hào)輸 出的特點(diǎn)，因此本實(shí)施例的凸輪齒盤(pán)復(fù)合的扭振傳感器兼有二者的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu) 上也容易實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施例的測(cè)量信號(hào)如需進(jìn)行時(shí)域信號(hào)處理和頻域信號(hào)處理， 可參照前一實(shí)施例的處理過(guò)程，在此不再展開(kāi)描述。
本實(shí)用新型的凸輪式扭振測(cè)量?jī)x，通過(guò)展寬脈沖的上升和(或)下降沿， 使扭振測(cè)量?jī)x的每個(gè)采樣都能得到轉(zhuǎn)角信息，同樣的技術(shù)條件下(例如采樣率、 采樣精度等)，可以得到比傳統(tǒng)技術(shù)多得多的轉(zhuǎn)角信息，大大提高測(cè)量的頻率 范圍。例如，轉(zhuǎn)軸每秒一轉(zhuǎn)，波動(dòng)率為1% ，旋轉(zhuǎn)編碼為100個(gè)方波脈沖一一 即脈沖間隔3.6度，采樣頻率10kHz。已有的旋轉(zhuǎn)編碼式扭振測(cè)量?jī)x只得到100 個(gè)轉(zhuǎn)角信息，只能表征50Hz以下的扭振信號(hào)。而本實(shí)用新型的實(shí)施例的凸輪 式扭振測(cè)量?jī)x可得到10000個(gè)轉(zhuǎn)角信息，能表征5000Hz以下的扭振信號(hào)。實(shí) 際應(yīng)用中可以采用低得多的采樣頻率，就可達(dá)到已有的旋轉(zhuǎn)編碼式扭振測(cè)量?jī)x 的測(cè)量頻率范圍。
本實(shí)用新型用在研究和實(shí)測(cè)柴油機(jī)等機(jī)械裝置扭振特性，具有快速和精度 高的特點(diǎn)。
雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本實(shí)用新 型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許 的修改和完善，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書(shū)所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種凸輪式扭振傳感器，其特征在于包含凸輪，設(shè)于待測(cè)量的轉(zhuǎn)軸上且與轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)；至少兩非接觸式間隙位移傳感器，與所述凸輪的邊緣相對(duì)設(shè)置，用于檢測(cè)所述凸輪旋轉(zhuǎn)的信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求l所述的凸輪式扭振傳感器，其特征在于，所述凸輪為三角凸輪。
3. 如權(quán)利要求2所述的凸輪式扭振傳感器，其特征在于，包含兩個(gè)非接觸式 間隙位移傳感器，位于相對(duì)檢測(cè)信號(hào)成180度信號(hào)相位角的位置。
4. 如權(quán)利要求l所述的凸輪式扭振傳感器，其特征在于，所述凸輪為正弦凸輪。
5. 如權(quán)利要求4所述的凸輪式扭振傳感器，其特征在于，包含兩個(gè)非接觸式 間隙位移傳感器，位于相對(duì)檢測(cè)信號(hào)成90度信號(hào)相位角的位置。
6. 如權(quán)利要求l所述的凸輪式扭振傳感器，其特征在于，還包含齒盤(pán)，設(shè)于所述轉(zhuǎn)軸上且與轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，齒盤(pán)的圓周上具有多個(gè)凸齒；以及齒沿檢測(cè)器，與所述齒盤(pán)的邊緣相對(duì)設(shè)置。
7. —種凸輪式扭振測(cè)量?jī)x，其特征在于包含權(quán)利要求l-6任一項(xiàng)所述的凸輪 式扭振傳感器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種凸輪式扭振傳感器以及扭振測(cè)量?jī)x。該凸輪式扭振傳感器包含凸輪以及至少兩非接觸式間隙位移傳感器。該凸輪設(shè)于待測(cè)量的轉(zhuǎn)軸上且與轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，該至少兩非接觸式間隙位移傳感器與凸輪的邊緣相對(duì)設(shè)置，用于檢測(cè)凸輪旋轉(zhuǎn)的信號(hào)。本實(shí)用新型通過(guò)展寬脈沖的上升和(或)下降沿，使扭振測(cè)量?jī)x的每個(gè)采樣都能得到轉(zhuǎn)角信息，同樣的采樣率、采樣精度條件下，可以得到比傳統(tǒng)技術(shù)多得多的轉(zhuǎn)角信息，大大提高測(cè)量的頻率范圍。
文檔編號(hào)G01H1/10GK201408075SQ20092007245
公開(kāi)日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者炎 周, 周文建, 姜小熒, 王慰慈, 賓 胡, 韓彥民 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所