一种测量转轴的转速和方向的装置及方法
【专利摘要】本发明提供了一种测量转轴的转速和方向的装置及方法，属于机械转轴测速、汽车测速、车床测速领域。本装置包括测速盘，所述测速盘安装在待测转轴上，其包括主体以及镶嵌在主体上的强磁铁；所述主体为由两个半环合起来形成的圆环；所述主体与待测转轴同轴线，主体的内径与待测转轴的外径配合，能够随待测转轴一起旋转；所述强磁铁镶嵌在主体的外缘圆周上。利用本发明能够测量低速旋转轴的转速和旋转方向，提高了转速和旋转距离的测量精度；而且本发明的结构简单，且便于安装和使用。
【专利说明】一种测量转轴的转速和方向的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械转轴测速、汽车测速、车床测速领域，具体涉及一种测量转轴的转速和方向的装置及方法，用于测量转轴转速和方向。
【背景技术】
[0002]转轴转速的测量广泛的应用于制造业和其他机械领域。测量转轴转速的方法有很多，目前的测速装置只能进行测速，不能测量轴的正反转，而且测量精度有限，且成本高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种测量转轴的转速和方向的装置及方法，能够测量低速旋转轴转速和正反转，提高转速和旋转距离的测量精度。同时具有能够测量正反转和结构简单的特点，便于安装和使用。
[0004]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0005]一种测量转轴的转速和方向的装置，包括测速盘，所述测速盘安装在待测转轴上，妻包括主体以及镶嵌在主体上的强磁铁；
[0006]所述主体为由两个半环合起来形成的圆环；所述主体与待测转轴同轴线,主体的内径与待测转轴的外径配合，能够随待测转轴一起旋转；
[0007]所述强磁铁镶嵌在主体的外缘圆周上。
[0008]所述强磁铁为圆柱状，如果采用其它形状，会影响测量效果；各个所述强磁铁平行设置，且强磁铁的轴线与待测转轴的轴线平行，并在主体的圆周上均布。
[0009]所有强磁铁均同向设置，即在主体的一个端面全是N极，在另一个端面全是S极，或者在主体的一个端面全是S极，在另一个端面全是N极。
[0010]所述测速装置进一步包括至少一个霍尔传感器；
[0011]所述霍尔传感器固定在所述测速盘外部的机架上，与测速盘不接触。
[0012]所述测速装置进一步包括两个霍尔传感器，当一个霍尔传感器处于正对一个强磁铁的位置时，另一个霍尔传感器刚好位于两个强磁铁之间的间隙的正中间位置。两个传感器之间距离几个强磁铁是没有规定的。
[0013]所述霍尔传感器和测速盘的外表面之间的距离小于6毫米。
[0014]所有所述霍尔传感器采用相同类型的霍尔传感器，均采用NPN霍尔传感器或均采用PNP霍尔传感器；如果使用PNP霍尔传感器，则S极朝上，当磁铁接近霍尔传感器时，传感器传出高电平信号。否则反之。
[0015]所述强磁铁的直径为6至7毫米，强磁铁的直径不易过大，因为过大或过小会影响脉冲信号的高低电平持续时间。磁铁过大，会导致转速快时，霍尔传感器反应不过来，而保持的都是高电平，反之，则都是低电平。相邻两个强磁铁之间在圆周上的距离大于6毫米。
[0016]两个半环是卡在待测转轴上的，两个半环之间采用螺栓进行固定连接。
[0017]所述半环均采用不导磁材料制作而成，如可以采用铝材料或塑料等，但是不用用铁等导磁材料，因为导磁材料会影响霍尔传感器的判断。
[0018]所述方法在待测转轴上安装测速装置，所述测速装置包括测速盘及两个霍尔传感器；所述测速盘随待测转轴一起旋转，所述霍尔传感器设置在测速盘的外侧，与测速盘不接触；
[0019]在所述测速盘的外缘圆周上设置均布且同向的强磁铁；
[0020]当待测转轴旋转时，通过任意一个霍尔传感器测得的单位时间内的脉冲数来获得转轴的转速，并通过两个霍尔传感器的电平时序信号来判断待测转轴的旋转方向。
[0021]所述方法在所述测速盘的外侧安装霍尔传感器时，将第一个霍尔传感器安装在正对一个强磁铁所在的位置，将第二个霍尔传感器安装在相邻两个强磁铁之间的间隙的正中间的位置。
[0022]所述通过霍尔传感器测得的单位时间内的脉冲数来获得转轴的转速是这样实现的:
[0023]转轴的转速=单位时间内的脉冲数/测速盘上的强磁铁的总数量。
[0024]所述通过两个霍尔传感器的电平时序信号来判断转轴的旋转方向是这样实现的:
[0025]如果当第一个霍尔传感器的信号位于上升沿时，第二个霍尔传感器的信号位于低电平，当第一个霍尔传感器的信号位于下降沿时，第二个霍尔传感器的信号位于高电平，此时判定待测转轴正在做顺时针旋转；
[0026]如果当第一个霍尔传感器的信号位于上升沿时，第二个霍尔传感器的信号位于高电平，当第一个霍尔传感器的信号位于下降沿时，第二个霍尔传感器的信号位于低电平，此时判定待测转轴正在做逆时针旋转。
[0027]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0028](I)利用本发明能够测量低速旋转轴的转速和旋转方向，提高了转速和旋转距离(旋转距离可以小于一周，即便旋转不到一周也能判定出转速和正反转)的测量精度；
[0029](2)本发明的结构简单，且便于安装和使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是本发明装置的结构示意图。
[0031]图2是本发明实施例中转轴顺时针旋转时两个霍尔传感器产生的电平时序图。
[0032]图3是本发明实施例中转轴逆时针旋转时两个霍尔传感器产生的电平时序图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本发明作进一步详细描述:
[0034]如图1所示，本发明的测速盘由两个半环型铝材构成，半环的外侧镶嵌有一排强磁铁，强磁铁的直径为6毫米左右，磁铁的直径不易过大，磁铁的间距在6毫米以上。强磁铁均匀分布在测速盘的外延，在半环的边缘要保证整环组装后，边缘磁铁空隙间距和非边缘的磁铁空隙间距相当。(也就是说对于整个测速盘，外延的磁铁分布是均匀的)。图1中的待测转轴没有画出，只是用文字进行了表示。
[0035]磁铁的镶嵌必须是同向的，也就是选择外延都是S极在外，N极在内。或者都是N极在外，S极在内。不允许出现S极和N极交错在外的情况，否则无法进行测速判定。
[0036]在测速盘的外侧安装近距离霍尔传感器，霍尔传感器。霍尔传感器安装要注意，当一个霍尔传感器位于某磁铁上时，另一个霍尔传感器刚好位于磁铁间隙位置，在实际应用中可以按照此原则安排磁铁的分布和选择适用的霍尔传感器。至于使用NPN霍尔传感器还是使用PNP霍尔传感器，跟磁铁的朝向有关，假定我们使用PNP的霍尔传感器。则S极朝上，当磁铁接近霍尔传感器时，传感器传出高电平信号。否则反之。
[0037]当转轴转动的时候霍尔传感器的电平时序信号如下图2所示:
[0038]如图2所示，若想测量测速盘的转速，可以通过单位时间内的脉冲数来进行计算。如按照图1所示的测速盘(40个磁铁)，在一分钟内，一共有2000个脉冲，则转速为2000 /40=50转/分。这个比较简单,在此不做赘述。任意一个传感器就能测出转速。
[0039]本发明还能够用来测量转轴的正反转，考察图2所示的时序图，图2所示为顺时针旋转，当第一霍尔传感器(附图中标为传感器A)上升沿时，第二霍尔传感器(附图中标为传感器B)位于低电平。当霍尔传感器A下降沿时，霍尔传感器B位于高电平。如果测速盘反向旋转(逆时针旋转)，如图3所示时序信号为，当霍尔传感器A上升沿时，霍尔传感器B位于高电平，霍尔传感器A位于下降沿时，霍尔传感器B位于低电平。如此，通过程序处理就可以容易得到测速盘正反转的情况。
[0040]实际使用时，测速盘的安装和调试对于能否测量转轴转速和正反转是至关重要的。两个半环是卡在转轴上的，半环之间的连接可以采用多种方式，最简单的是在半环垂直方向设置安装孔，采用螺栓进行固定。
[0041]霍尔传感器A，霍尔传感器B和测速盘的接近距离应该在霍尔传感器设计的工作范围内(即不超过6毫米)，不能距离太远，否则会对传感器信号产生影响。
[0042]本发明测速盘测量的精度和范围会跟霍尔传感器的反应时间快慢有关，普通的霍尔传感器可以测量转速2000转/分的转速，如果转轴转动速度过快，则普通的霍尔传感器就始终位于高电平状态，无法再进行正反转和转速的测量，此种情况下应该采用更高精度的霍尔传感器，但是相应地成本也会增加。
[0043]上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述【具体实施方式】所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
【权利要求】
1.一一种测量转轴的转速和方向的装置，其特征在于:所述测速装置包括测速盘，所述测速盘安装在待测转轴上，其包括主体以及镶嵌在主体上的强磁铁； 所述主体为由两个半环合起来形成的圆环；所述主体与待测转轴同轴线,主体的内径与待测转轴的外径配合，能够随待测转轴一起旋转； 所述强磁铁镶嵌在主体的外缘圆周上。
2.根据权利要求1所述的测量转轴的转速和方向的装置，其特征在于:所述强磁铁为圆柱状；各个所述强磁铁平行设置，且强磁铁的轴线与待测转轴的轴线平行，并在主体的圆周上均布。
3.根据权利要求2所述的测量转轴的转速和方向的装置，其特征在于:所有强磁铁均同向设置，即在主体的一个端面全是N极，在另一个端面全是S极，或者在主体的一个端面全是S极，在另一个端面全是N极。
4.根据权利要求3所述的测量转轴的转速和方向的装置，其特征在于:所述测速装置进一步包括至少一个霍尔传感器； 所述霍尔传感器固定在所述测速盘外部的机架上，与测速盘不接触。
5.根据权利要求4所述的测量转轴的转速和方向的装置，其特征在于:所述测速装置进一步包括两个霍尔传感器，当一个霍尔传感器处于正对一个强磁铁的位置时，另一个霍尔传感器刚好位于两个强磁铁之间的间隙的正中间位置。
6.根据权利要求4或5所述的测量转轴的转速和方向的装置，其特征在于:所述霍尔传感器和测速盘的外表面之间的距离小于6毫米； 所有所述霍尔传感器采用相同类型的霍尔传感器，即均采用NPN霍尔传感器或均采用PNP霍尔传感器； 所述强磁铁的直径为6至7毫米；相邻两个强磁铁之间在圆周上的距离大于6毫米； 两个半环是卡在待测转轴上的，两个半环之间采用螺栓进行固定连接； 所述半环均采用不导磁材料制作而成。
7.一种测量转轴的转速和方向的方法，其特征在于:所述方法在待测转轴上安装测速装置，所述测速装置包括测速盘及两个霍尔传感器；所述测速盘随待测转轴一起旋转，所述霍尔传感器设置在测速盘的外侧，与测速盘不接触； 在所述测速盘的外缘圆周上设置均布且同向的强磁铁； 当待测转轴旋转时，通过任意一个霍尔传感器测得的单位时间内的脉冲数来获得转轴的转速，并通过两个霍尔传感器的电平时序信号来判断待测转轴的旋转方向。
8.根据权利要求7述的方法，其特征在于:所述方法在所述测速盘的外侧安装霍尔传感器时，将第一个霍尔传感器安装在正对一个强磁铁所在的位置，将第二个霍尔传感器安装在相邻两个强磁铁之间的间隙的正中间的位置。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于:所述通过霍尔传感器测得的单位时间内的脉冲数来获得转轴的转速是这样实现的: 转轴的转速=单位时间内的脉冲数/测速盘上的强磁铁的总数量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于:所述通过两个霍尔传感器的电平时序信号来判断转轴的旋转方向是这样实现的: 如果当第一个霍尔传感器的信号位于上升沿时，第二个霍尔传感器的信号位于低电平，当第一个霍尔传感器的信号位于下降沿时，第二个霍尔传感器的信号位于高电平，此时判定待测转轴正在做顺时针旋转； 如果当第一个霍尔传感器的信号位于上升沿时，第二个霍尔传感器的信号位于高电平，当第一个霍尔传感器的信号位于下降沿时，第二个霍尔传感器的信号位于低电平，此时判定待测转轴正在做逆时针 旋转。
【文档编号】G01P13/04GK103808960SQ201410068840
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】时珍全 申请人:天津工业大学