專利名稱：部件分離式電磁角度傳感器的精確安裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電磁角度傳感器技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用于機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量。
背景技術(shù)：
目前，利用電磁原理制造的角度傳感器在各種儀器和設(shè)備上有著廣泛的應(yīng)用，感 應(yīng)同步器(INDUCT0SYN)就是這類部件的典型代表，它出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，由美國(guó)一家 公司(FARRAND)發(fā)明和生產(chǎn)，如今仍然是有著重大應(yīng)用意義的一類測(cè)量部件。感應(yīng)同步器 有角度傳感器和長(zhǎng)度傳感器。電磁角度傳感器的工作原理是通過(guò)激磁電路對(duì)激磁線圈(原線圈)輸入變化電 流，使得感應(yīng)線圈(副線圈)輸出感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓的形狀取決于激磁電流的變化、線圈 形狀和激磁線圈與感應(yīng)線圈的相互位置，根據(jù)輸入和輸出信號(hào)即可得到激磁線圈與感應(yīng)線 圈的相對(duì)角度。電磁角度傳感器通常將激磁線圈和感應(yīng)線圈分別制作成兩個(gè)分離的部件，參看示 意

圖1。使用時(shí)，分別安裝在機(jī)體(相對(duì)靜止部件)和旋轉(zhuǎn)軸(相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)部件)之上，參看 示意圖2。以下稱安裝在機(jī)體上的部件為定子，安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的部件為轉(zhuǎn)子。分離式電磁角度傳感器相對(duì)于一體式傳感器省去了轉(zhuǎn)子和定子相對(duì)位置的定位 軸承，也就省去了消除傳感器的軸承與機(jī)床上的軸承相互干擾而采取的某些部件。高精度 分離式角度傳感器制造過(guò)程中存在各種機(jī)械形位誤差和電子部分帶進(jìn)的誤差，為了提高測(cè) 量精度，必需對(duì)每個(gè)半成品進(jìn)行校正，其過(guò)程是將定子和轉(zhuǎn)子精確地安裝在一個(gè)精密軸系 上，檢測(cè)出系統(tǒng)誤差，將補(bǔ)償數(shù)據(jù)輸入到數(shù)顯表中，進(jìn)行誤差補(bǔ)償，才可達(dá)到更高的測(cè)量精 度，用戶使用時(shí)，再次精確安裝的技術(shù)難度較大，安裝誤差直接影響傳感器的測(cè)量精度，低 精度的產(chǎn)品可以根據(jù)機(jī)械定位面來(lái)安裝，高精度的產(chǎn)品則難以做到。安裝技術(shù)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(chǎn)品的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決使用者自行再次精確安裝的問(wèn)題，對(duì)電磁角度傳感器和與之配套的電子 數(shù)顯表進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。利用數(shù)顯表顯示的有關(guān)數(shù)據(jù)，按照給定的方法進(jìn)行調(diào)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(shù)顯表組成的角度測(cè)量系統(tǒng) 的測(cè)量精度。要解決的技術(shù)問(wèn)題在電子數(shù)顯表上附加特殊功能，S卩，將轉(zhuǎn)子和定子相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的垂直度、同軸度 誤差和轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙由電子數(shù)顯表顯示的數(shù)字反映出來(lái)，以此作為精確安裝的 調(diào)整依據(jù)，給出調(diào)整方法，使得使用者自行做到精確安裝。技術(shù)方案為了得到一個(gè)切實(shí)可行的方案，要對(duì)這個(gè)測(cè)角系統(tǒng)做整體考慮和設(shè)計(jì)，利用其特 點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)空間相對(duì)位置信息的獲得和具體的空間位置調(diào)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(zhuǎn)子，考慮信號(hào)傳輸合理性，一般在轉(zhuǎn)子上制有激磁線圈(連續(xù)繞組)，在定 子上制有感應(yīng)線圈(分段繞組)，圖1中上邊的為轉(zhuǎn)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(yīng)線圈輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為空間 方位數(shù)據(jù)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等于7. 5°的線圈示意圖。激磁電 流從Il和12兩個(gè)端口輸入，參看圖3。感應(yīng)電壓由分段的感應(yīng)線圈兩端輸出，本設(shè)計(jì)分段 數(shù)不得少于8個(gè)，以8個(gè)為例，參看圖4。工作時(shí)，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(yīng)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(yīng)電壓，這兩路信號(hào)供給電子部份進(jìn)行編碼使用。在安裝 時(shí)則不相連，每個(gè)感應(yīng)線圈輸出一路感應(yīng)電壓信號(hào)。有多種電流變化曲線的激磁方式，以激 磁電流強(qiáng)度曲線為間斷鋸齒形為例，感應(yīng)輸出的電壓為間斷方波，如圖5所示。采樣頻率 與激磁頻率相同，感應(yīng)線圈在時(shí)刻^進(jìn)行采樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)數(shù)值與激磁線 圈和感應(yīng)線圈的相對(duì)位置有關(guān)，忽略微量的高次諧波，此數(shù)據(jù)數(shù)值相對(duì)于轉(zhuǎn)角θ為正弦函 數(shù)，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(diǎn)相差N θ τ+0. 25 θ τ角位置，在理想情況 下，相對(duì)于轉(zhuǎn)角θ，第一組中各段線圈輸出電壓采樣數(shù)據(jù)的曲線相同，第二組中各段線圈輸 出電壓采樣數(shù)據(jù)的曲線相同，而且，兩組輸出電壓采樣數(shù)據(jù)曲線相差四分之一個(gè)周期，如圖 6所示，在360°內(nèi)為周期函數(shù)，記為(i = 1,2,3,4)在指定的寬度為θτ的空間角度區(qū)間內(nèi)，可以由的比值解算出θ值，也 可得到最大幅值的絕對(duì)值A(chǔ)i。存在安裝誤差情況下，Dsi、D。i和Ai相對(duì)于準(zhǔn)確值都會(huì)發(fā)生變化，各組內(nèi)的感應(yīng)線 圈對(duì)應(yīng)的電壓采樣數(shù)據(jù)產(chǎn)生差異，根據(jù)Dsi、Dci和Ai的數(shù)值即可得到安裝誤差的信息，以此 為根據(jù)進(jìn)行安裝位置調(diào)整。首先，選定機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸為坐標(biāo)系的Z軸，定義感應(yīng)線圈Sl與Cl的對(duì)稱線為X軸 向，定子線圈面與旋轉(zhuǎn)軸的交點(diǎn)為原點(diǎn)，定義角變量α、β、θ如圖7所示。轉(zhuǎn)子或定子安 裝位置誤差Δα、Δβ、ΔΧ、ΔΥ如圖8所示，轉(zhuǎn)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(jìn)行粗裝，所以，上述安裝誤差是相對(duì)較小的，電子部分的各 項(xiàng)功能可以工作了，只是安裝精度不夠精確，角度測(cè)量達(dá)不到應(yīng)有的精度。由激磁線圈與感應(yīng)線圈的形狀和相互位置可知轉(zhuǎn)子上的激磁線圈與定子上的各 個(gè)感應(yīng)線圈之間的間隙Hj主要影響感應(yīng)電壓最大幅值的絕對(duì)值A(chǔ)i，對(duì)于采樣曲線的相位 影響較小，從而對(duì)解算出的激磁線圈與感應(yīng)線圈相對(duì)角位置數(shù)值影響較小。定子和轉(zhuǎn)子相 對(duì)于旋轉(zhuǎn)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(shí)，每組內(nèi)的感應(yīng) 電壓要相加后輸出，每組內(nèi)的感應(yīng)電壓強(qiáng)度不穩(wěn)將會(huì)影響平均效果，從而影響角度解算精 Dci = Ai · COS度。定子和轉(zhuǎn)子相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的同軸度誤差將會(huì)引起偏心AXk和，從而引起各個(gè)感應(yīng) 線圈采樣曲線發(fā)生相移，直接影響解算出的相對(duì)角位置數(shù)值的準(zhǔn)確性，對(duì)感應(yīng)電壓最大幅 值的絕對(duì)值A(chǔ)i影響不大。工作時(shí)，雖然軸心對(duì)稱的感應(yīng)信號(hào)相互抵消一定量的采樣曲線的 相移，但會(huì)降低傳感器的測(cè)量精度?？傊?，垂直度誤差、轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙和同軸誤差 要調(diào)整到允許的范圍內(nèi)，才能保證傳感器的測(cè)量精度。綜上所述，粗裝后，微小的垂直度誤差和同軸度誤差對(duì)各個(gè)感應(yīng)線圈對(duì)應(yīng)的采樣 曲線的主要影響有所不同，因此，可以對(duì)垂直度和同軸度進(jìn)行相對(duì)獨(dú)立地分別調(diào)整。下面做 具體介紹。轉(zhuǎn)子與定子之間間隙和垂直度的調(diào)整步驟由于信號(hào)放大器的非線性和對(duì)輸入信號(hào)的要求，感應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度要調(diào)整到要求的范 圍內(nèi)。信號(hào)的最大幅值可以通過(guò)下面公式計(jì)算出來(lái)
權(quán)利要求
1.轉(zhuǎn)子與定子分離式電磁角度傳感器精確安裝方法。特征點(diǎn)為根據(jù)不同位置的感應(yīng) 線圈的感應(yīng)電壓信號(hào)經(jīng)與之配套的電子數(shù)顯表處理后得到的信號(hào)強(qiáng)度和角位置編碼數(shù)值， 按照給定的過(guò)程進(jìn)行安裝調(diào)整，達(dá)到精確安裝。
2.為精確安裝的目的，在機(jī)械和電子兩方面的特殊設(shè)計(jì)。特征點(diǎn)為電磁角度傳感頭 上間隔90°設(shè)置的4組感應(yīng)線圈的信號(hào)輸出到數(shù)顯表，數(shù)顯表可根據(jù)得到的每組信號(hào)轉(zhuǎn)換 出各組信號(hào)的強(qiáng)度和空間角位置編碼數(shù)據(jù)，并且顯示出來(lái)。
全文摘要
本發(fā)明為一種轉(zhuǎn)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(cè)量系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。利用電磁角度傳感器的原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，增加電子部份(數(shù)顯表)特殊功能，設(shè)計(jì)出具體的安裝調(diào)整方法。利用電磁角度傳感器角度測(cè)量系統(tǒng)，使用者按照說(shuō)明書給出的步驟，即可進(jìn)行再次精確安裝，以保證電磁角度傳感器角度測(cè)量系統(tǒng)的使用精度。
文檔編號(hào)G01B7/30GK102042803SQ201010516550
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:葛幸華