即例如 齿槽对应地输出波峰，则定位槽的输出具有比该波峰更大的峰值。
[0050] 其次，将电涡流探头2布置于齿轮结构的外圆周侧，且优选地，探头的轴向中心线 与所述转轴的中心轴线（图1中垂直于纸面的轴线）垂直相交。此时，检测精度最高。当转轴 旋转时，电涡流探头2随着所述齿轮的齿槽间隙变化输出一系列具有多个周期，且周期内具 有对应于η个槽(齿)的η个波峰(或波谷)的信号曲线。
[0051] 图3示出了在所述定位结构为所述定位槽的情况下的电涡流探头2输出的信号曲 线。如图3所示，电涡流探头2的输出信号为对应于所述齿槽、轮齿的一系列波峰、波谷，而对 应于用于所述特征角度识别的所述定位槽，电涡流探头2输出一个明显高于其它齿槽波形 的尖峰脉冲ΡΚ(如图3所示）。
[0052]最后，利用处理单元3进行角度信号采集和处理。图4为根据本发明一优选实施例 的处理单元的结构示意图。如图4所示，电涡流探头2输出检测信号给所述处理单元3。处理 单元3优选包括接收电涡流探头2输出的检测信号的信号采集模块31，以及利用内置算法程 序对采集到的信号进行处理，以得到表征检测结果的角度信号并输出的信号处理模块32。 优选地，处理单元3包括显示模块33,例如LED显示器，用于显示从信号处理模块32输出的角 度信号。可选择地，处理单元3可以在进行硬件电路封装时，设置与PC进行通信的接口，从而 可以省略上述显示模块33,而利用PC显示、存储信号处理模块32输出的角度信号。上述在显 示装置上显示的角度信号，可以是表征角度信号的实时的曲线图，也可以是预定时间段内 的角度信号的曲线图。同时，还可将测量的角度信号存储在PC中。
[0053]此外，进一步优选地，处理单元3包括电源模块34,用于给处理单元3中的各模块供 电，并可以给电涡流探头供电。当然，也可以另外设置集成电源模块，为上述各部件供电。
[0054] 下面结合图5说明本发明的角度传感器的角度测量方法。图5为本发明的角度测量 处理流程图。如图5所示，所述角度测量方法包括如下步骤：
[0055] S1:原始脉冲信号输入，即处理单元3的信号采集模块31将采集到的电涡流探头2 的输出信号传送到信号处理模块32。
[0056] S2:判断角度特征信号，即，信号处理模块32识别对应于用于所述特征角度识别的 定位结构，例如定位槽的特征角度识别信号，例如图3所示的尖峰脉冲PK。
[0057] S3:选取角度周期信号，即，选取一个或多个周期角度信号。其中，齿轮结构旋转一 周，对应一个周期信号。具体地，可通过上述的尖峰脉冲PK，并由内置算法程序判定尖峰脉 冲处的特征角度信号自动选取一个或多个周期角度信号。
[0058] S4:角度测量信号运算，即，对所选取的周期角度信号进行分段式处理，以获得每 段的角度间隔及每段角度值，并进一步利用所述角度间隔和每段角度值获得表征角度测量 结果的角度测量信号。
[0059] 具体地，
[0060] S41:分段处理角度信号，即，对所选取的周期角度信号，对其采用无限分割思想 (即，所选取的数据信号段由多个数据采样点组成，精细到每相邻两个数据采样点之间划分 角度间隔区间）进行分段式处理。以选取一个周期角度信号为例，对于有η个齿槽的齿轮来 说，如图2所示，定义由齿轮的每个齿槽和轮齿得到的峰谷点信号段为χο~ Χη，定义均布齿槽 与轮齿两者中心线之间的角度为K，则每段数据信号段的角度间隔为：
[0061]
[0062]每段角度值为：
[0063] 1)χο~幻区间角度子数组
[0064] χο, χ〇+ Δ χ〇, χο+2 Δ χ〇, χ〇+3 Δ χ〇, . . . , χι
[0065] 2)Χ1~Χ2区间角度子数组
[0066] χι, χι+ Δ χι, χι+2 Δ χι, χι+3 Δ χι, · · · , χ2
[0067] ···
[0068] η)χη-!~知区间角度子数组
[0069] Xn-1，Xn-1+ A Xn-1，Xn-1+2 Δ χη-1，χη-1+3 Δ χη-1，· · ·，χη 0
[0070] S42:合成各段角度信号，即利用上述每段角度值合成一周期或所有周期内的角度 值。具体地，如下公式：
[0071]
[0072]此外，多个周期角度值同理可得。
[0073] S5:输出角度测量信号，即将在步骤S4中得到一周期或所有周期内角度值，在处理 单元3的显示模块33上进行显示或在PC上进行显示与保存。
[0074]以上对本发明的角度传感器及角度测量方法进行了描述。根据本发明的角度传感 器及角度测量方法，可应用在高温、高压、高速、粉尘、冷媒、浸水、浸油以及存在部分电磁干 扰的环境中，应用场合广泛，无较多环境限制。本发明的方案利用的算法程序可实现角度零 度自动识别、各时刻角度自动计算并输出，精度高达±〇 . 1°，且无需标定。电涡流探头与转 轴间的距离可根据探头量程灵活调整，即使转轴在高速运转下有一定的挠度，也可以实现 准确高精度的角度输出，有效解决了业内长期存在的挠度影响角度精度的问题。此外，本发 明中，可直接将加工的轮齿固定到转轴上，或者在转轴某位置上直接加工成轮齿状，仅需在 转轴侧面安装一个电涡流探头即可，结构设计简易、体积小、安装操作方便。
[0075] 同时，根据本发明的实现角度信号输出的处理单元包括信号采集模块、信号处理 模块，两个模块可一体化集成封装，并将算法内置于信号处理模块中。封装模块留有与PC通 信的接口，可非常直观的在PC显示当前实时角度值或一段时间的角度曲线，也可方便保存 历史角度数据。
[0076] 以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人 员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
【主权项】
1. 一种角度传感器，其特征在于，包括： 齿轮结构、电涡流探头以及处理单元;其中， 所述齿轮结构为安装固定于转轴的外圆周上的齿轮或者在转轴的外圆周上加工形成 齿轮，且在齿轮结构的外圆周侧上设置用于特征角度识别的定位结构； 所述电涡流探头定位在齿轮结构的所述外圆周侧，且探头面对所述齿轮的轮齿和齿 槽；以及 所述处理单元连接于电涡流探头，用于信号处理，并输出角度测量信号。2. 如权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，其中， 所述定位结构为零度定位结构。3. 如权利要求1或2所述的角度传感器，其特征在于，其中， 所述定位结构为定位槽。4. 如权利要求3所述的角度传感器，其特征在于，其中， 所述定位槽为，设置在齿槽位置且深度比齿槽更深的定位齿槽或定位尖角槽。5. 如权利要求1或2所述的角度传感器，其特征在于，其中， 所述轮齿和齿槽均匀分布。6. 如权利要求1或2所述的角度传感器，其特征在于，其中， 所述电涡流探头的轴向中心线与所述转轴的中心轴线垂直相交。7. 如权利要求3所述的角度传感器，其特征在于，其中， 电涡流探头的输出信号为对应于所述齿轮的所述齿槽、轮齿的一系列波峰、波谷，及对 应于用于所述特征角度识别的所述定位槽，电涡流探头输出一个高于对应所述齿轮的齿槽 的波峰的尖峰脉冲。8. 如权利要求1或2所述的角度传感器，其特征在于，其中， 所述处理单元包括用于接收电涡流探头的输出信号的信号采集模块，以及用于对信号 采集模块输出的信号进行运算，并输出角度测量信号的信号处理模块。9. 如权利要求8所述的角度传感器，其特征在于，其中， 在进行硬件电路封装时，在所述处理单元封装上设置与PC进行通信的接口，以在PC上 存储和显示所述角度测量信号。10. -种用如权利要求1-9任一项所述的角度传感器进行角度测量的角度测量方法，其 特征在于，所述方法包括： S1:原始脉冲信号输入步骤，接收电涡流探头的输出信号； S2:判断角度特征信号，基于所述输出信号识别对应于用于所述特征角度识别的定位 结构的特征角度识别信号； S3:选取角度周期信号，从所述特征角度识别信号中选取一个或多个周期角度信号； S4:角度测量信号运算，对所选取的周期角度信号进行分段式处理，以获得每段的角度 间隔及每段角度值，并利用所述角度间隔和每段角度值获得表征角度测量结果的角度测量 信号；以及 S5:输出角度测量信号，输出在步骤S4中得到的角度测量信号。11. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，其中， 步骤S4具体包括： S41:分段处理角度信号，对所选取的周期角度信号，对其进行无限分割式的分段式处 理，得到每段角度值;以及 S42:合成各段角度信号，利用上述每段角度值合成一周期或所有周期内的角度值，作 为测量角度信号。12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，其中 在步骤S41中，定义由齿轮的每个齿槽和轮齿得到的峰谷点信号段为XQ~Xn，定义均布 齿槽与轮齿两者中心线之间的角度为K，则每段信号段的角度间隔为：且每段角度值为： 1. XQ~X1g间角度子数组 X0，X0+ A X0，χο + 2 Δ X0，χο+3 Δ X0，· · ·，XI 2) χι~χ2区间角度子数组 XI , X1+ Δ XI, X1+2 Δ XI , X1+3 Δ XI , . . . , X2 n)Xn-i~&区间角度子数组 Xn-1，Xn-1+ A Xn-1，Xn-1+2 Δ Xn-1，Xn-1+3 Δ Xn-1，· · ·，Xn 〇13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，其中， 在步骤S42中，采用如下公式进行角度合成： X〇 , χ〇+ Δ χο , χο+2 Λ χ〇 , χο+3 Λ Χ0 , . . . XI, Χ1+ Δ XI , Χ1+2 Λ XI , χι+3 Λ XI , . Χ2 , , Χη-1 , Χη-1 + Λ Χη-1，Χη-1+2 Λ Χη-1，Χη-1+3 Λ Χη-1，· · · Χη 〇
【专利摘要】本发明涉及角度传感器及角度测量方法，根据本发明的所述角度传感器，包括，齿轮结构、电涡流探头以及处理单元；其中，所述齿轮结构为安装固定于转轴的外圆周上的齿轮或者在转轴的外圆周上加工形成齿轮，且在齿轮结构的外圆周侧上设置用于特征角度识别的定位结构；所述电涡流探头定位在齿轮结构的所述外圆周侧，且探头面对所述齿轮的轮齿和齿槽；以及所述处理单元连接于电涡流探头，用于信号处理，并输出角度测量信号。
【IPC分类】G01B7/30
【公开号】CN105466332
【申请号】CN201510785432
【发明人】耿继青, 黄伟才, 殷伟豪
【申请人】珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月13日