专利名称：部件分离式电磁角度传感器的精确安装的制作方法
技术领域：
本发明属于电磁角度传感器技术领域，应用于机械转动角度的测量。
背景技术：
目前，利用电磁原理制造的角度传感器在各种仪器和设备上有着广泛的应用，感 应同步器(INDUCT0SYN)就是这类部件的典型代表，它出现于20世纪50年代，由美国一家 公司(FARRAND)发明和生产，如今仍然是有着重大应用意义的一类测量部件。感应同步器 有角度传感器和长度传感器。电磁角度传感器的工作原理是通过激磁电路对激磁线圈(原线圈)输入变化电 流，使得感应线圈(副线圈)输出感应电压，感应电压的形状取决于激磁电流的变化、线圈 形状和激磁线圈与感应线圈的相互位置，根据输入和输出信号即可得到激磁线圈与感应线 圈的相对角度。电磁角度传感器通常将激磁线圈和感应线圈分别制作成两个分离的部件，参看示 意
图1。使用时，分别安装在机体(相对静止部件)和旋转轴(相对转动部件)之上，参看 示意图2。以下称安装在机体上的部件为定子，安装在旋转轴上的部件为转子。分离式电磁角度传感器相对于一体式传感器省去了转子和定子相对位置的定位 轴承，也就省去了消除传感器的轴承与机床上的轴承相互干扰而采取的某些部件。高精度 分离式角度传感器制造过程中存在各种机械形位误差和电子部分带进的误差，为了提高测 量精度，必需对每个半成品进行校正，其过程是将定子和转子精确地安装在一个精密轴系 上，检测出系统误差，将补偿数据输入到数显表中，进行误差补偿，才可达到更高的测量精 度，用户使用时，再次精确安装的技术难度较大，安装误差直接影响传感器的测量精度，低 精度的产品可以根据机械定位面来安装，高精度的产品则难以做到。安装技术难度大在一 定程度上阻碍了这类高精度分离式角度传感器产品的广泛应用。
发明内容
为了解决使用者自行再次精确安装的问题，对电磁角度传感器和与之配套的电子 数显表进行了创新设计。利用数显表显示的有关数据，按照给定的方法进行调整，使用者即 可完成精确安装，从而保证电磁角度传感头和与之配套的电子数显表组成的角度测量系统 的测量精度。要解决的技术问题在电子数显表上附加特殊功能，S卩，将转子和定子相对于旋转轴的垂直度、同轴度 误差和转子与定子之间的间隙由电子数显表显示的数字反映出来，以此作为精确安装的 调整依据，给出调整方法，使得使用者自行做到精确安装。技术方案为了得到一个切实可行的方案，要对这个测角系统做整体考虑和设计，利用其特 点，实现空间相对位置信息的获得和具体的空间位置调整向量。3
分离式电磁角度传感器由电磁传感头和电子线路两部分组成。传感头分为具有 线圈的定子和转子，考虑信号传输合理性，一般在转子上制有激磁线圈(连续绕组)，在定 子上制有感应线圈(分段绕组)，图1中上边的为转子示意图，下边的为定子示意图。电子 部份分为给激磁线圈提供激磁电流的激磁电路和将感应线圈输出的电压信号转换为空间 方位数据的编码电路。高分辨力的电磁角度传感头上的线圈在圆周上分布周期θτ—般为 1°或0.5°，不影响原理的表述，图3和图4给出了 θ τ等于7. 5°的线圈示意图。激磁电 流从Il和12两个端口输入，参看图3。感应电压由分段的感应线圈两端输出，本设计分段 数不得少于8个，以8个为例，参看图4。工作时，Us2和Us3相连，Us4和Us5相连，Us6和 Us7相连，由Usl和Us8输出一路感应电压，Uc2和Uc3相连，Uc4和Uc5相连，Uc6和Uc7 相连，由Ucl和UcS输出另一路感应电压，这两路信号供给电子部份进行编码使用。在安装 时则不相连，每个感应线圈输出一路感应电压信号。有多种电流变化曲线的激磁方式，以激 磁电流强度曲线为间断锯齿形为例，感应输出的电压为间断方波，如图5所示。采样频率 与激磁频率相同，感应线圈在时刻^进行采样，模数转换后得到数据，此数据数值与激磁线 圈和感应线圈的相对位置有关，忽略微量的高次谐波，此数据数值相对于转角θ为正弦函 数，定子上的线圈Si、S2、S3、S4在圆周上依次相差2Ν θ τ角位置，线圈Cl、C2、C3、C4在圆 周上依次相差2Ν θ τ角位置，而且这两组线圈起始点相差N θ τ+0. 25 θ τ角位置，在理想情况 下，相对于转角θ，第一组中各段线圈输出电压采样数据的曲线相同，第二组中各段线圈输 出电压采样数据的曲线相同，而且，两组输出电压采样数据曲线相差四分之一个周期，如图 6所示，在360°内为周期函数，记为(i = 1,2,3,4)在指定的宽度为θτ的空间角度区间内，可以由的比值解算出θ值，也 可得到最大幅值的绝对值Ai。存在安装误差情况下，Dsi、D。i和Ai相对于准确值都会发生变化，各组内的感应线 圈对应的电压采样数据产生差异，根据Dsi、Dci和Ai的数值即可得到安装误差的信息，以此 为根据进行安装位置调整。首先，选定机床旋转轴为坐标系的Z轴，定义感应线圈Sl与Cl的对称线为X轴 向，定子线圈面与旋转轴的交点为原点，定义角变量α、β、θ如图7所示。转子或定子安 装位置误差Δα、Δβ、ΔΧ、ΔΥ如图8所示，转子与定子之间的间隙H如图2中所示。可 以利用千分表和卡尺等工具先进行粗装，所以，上述安装误差是相对较小的，电子部分的各 项功能可以工作了，只是安装精度不够精确，角度测量达不到应有的精度。由激磁线圈与感应线圈的形状和相互位置可知转子上的激磁线圈与定子上的各 个感应线圈之间的间隙Hj主要影响感应电压最大幅值的绝对值Ai，对于采样曲线的相位 影响较小，从而对解算出的激磁线圈与感应线圈相对角位置数值影响较小。定子和转子相 对于旋转轴的垂直度误差Δ ak、A i3k都可以引起Hj的不同变化。工作时，每组内的感应 电压要相加后输出，每组内的感应电压强度不稳将会影响平均效果，从而影响角度解算精 Dci = Ai · COS度。定子和转子相对于旋转轴的同轴度误差将会引起偏心AXk和，从而引起各个感应 线圈采样曲线发生相移，直接影响解算出的相对角位置数值的准确性，对感应电压最大幅 值的绝对值Ai影响不大。工作时，虽然轴心对称的感应信号相互抵消一定量的采样曲线的 相移，但会降低传感器的测量精度。总之，垂直度误差、转子与定子之间的间隙和同轴误差 要调整到允许的范围内，才能保证传感器的测量精度。综上所述，粗装后，微小的垂直度误差和同轴度误差对各个感应线圈对应的采样 曲线的主要影响有所不同，因此，可以对垂直度和同轴度进行相对独立地分别调整。下面做 具体介绍。转子与定子之间间隙和垂直度的调整步骤由于信号放大器的非线性和对输入信号的要求，感应信号强度要调整到要求的范 围内。信号的最大幅值可以通过下面公式计算出来
权利要求
1.转子与定子分离式电磁角度传感器精确安装方法。特征点为根据不同位置的感应 线圈的感应电压信号经与之配套的电子数显表处理后得到的信号强度和角位置编码数值， 按照给定的过程进行安装调整，达到精确安装。
2.为精确安装的目的，在机械和电子两方面的特殊设计。特征点为电磁角度传感头 上间隔90°设置的4组感应线圈的信号输出到数显表，数显表可根据得到的每组信号转换 出各组信号的强度和空间角位置编码数据，并且显示出来。
全文摘要
本发明为一种转子和定子分离式电磁角度传感器的再次精确安装的方法和与之相配的新型电磁角度传感器角度测量系统的创新设计。利用电磁角度传感器的原理和结构特点，增加电子部份(数显表)特殊功能，设计出具体的安装调整方法。利用电磁角度传感器角度测量系统，使用者按照说明书给出的步骤，即可进行再次精确安装，以保证电磁角度传感器角度测量系统的使用精度。
文档编号G01B7/30GK102042803SQ201010516550
公开日2011年5月4日 申请日期2010年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者不公告发明人 申请人:葛幸华