一种测量旋转加速度传感器及测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种测量旋转加速度传感器及测量方法, 包括便携部分和旋转部分两部分,便携部分包括操作手柄、机座、输出绕组、肘套垫片、多个定子铁心段、永磁磁钢、轴承和输出信号线接口。操作手柄与机座固定连接，多个定子铁心段拼接形成一个扇环形结构，扇环形结构的内弧上设有四个轴承，在相邻定子铁心段之间及最外侧定子铁心的外侧设置永磁磁钢，每一段定子铁心段的绕组槽内设置输出绕组，定子铁心的外弧面和磁钢的外弧面通过肘套垫片与机座固定连接；所述的旋转部分为被测转轴，作为感应绕组和磁路的一部分；发明与现有测量旋转加速度传感器相比较，具有结构简单，且输出电动势与旋转加速度一一对应，精度高。
【专利说明】一种测量旋转加速度传感器及测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种旋转加速度传感器，具体涉及一种测量旋转加速度传感器及测量 方法。
【背景技术】
[0002] 旋转速度瞬变即旋转加速度量是旋转机械系统中存在的最常见物理量之一，它 使旋转轴产生扭振，从而使机械系统产生振动与噪声，影响机械加工的精度，但该物理量精 确测量很难，公知的传感器有圆形光栅传感器和激光光栅传感器，这二种传感器所测到的 信号是离散的，精度不高，此外，有带杯形转子结构同轴相连的永磁式旋转加速度传感器， 该传感器测得的旋转加速度信号是连续的变化量，但由于与被测轴的连接方法必须同轴同 心直接连接，所以，对于已经定型并正在使用的且不能直接同轴同心安装永磁式旋转加速 度传感器的场合，特别是只露出轴中间部位的局部又不影响原系统运行的场合，就无法用 上述传感器对转轴的旋转加速度进行测量。为此，提出了本传感器及其方法。
【发明内容】
[0003] 本发明针对现有技术的不足，提出了一种被测转轴只露出轴中间部位的局部的旋 转机械系统且不影响原系统运行的转轴旋转加速度的测量用传感器及其方法。它与现有技 术相比，具有测量更方便可行，即在对现有运行系统不改动的情况下，把被测量轴作为传感 器的磁路和感应的一部分，把便携部分作为激磁和信号输出部分，在这里把它叫做便携式 永磁式旋转加速度传感器。由于采用便携方式，所以，测量使用更加方便。
[0004] 一种测量旋转加速度传感器，包括便携部分和旋转部分； 所述的便携部分包括操作手柄、机座、输出绕组、肘套垫片、多个定子铁心段、永磁磁 钢、轴承和输出信号线接口。
[0005] 所述的操作手柄与机座固定连接，所述的多个定子铁心段结构完全相同，多个定 子铁心段拼接形成一个扇环形结构，扇环形结构的内弧上设有四个轴承，在相邻定子铁心 段之间及最外侧定子铁心段的外侧设置永磁磁钢，任意相邻的永磁磁钢的相邻端的极性相 同，每一段定子铁心的绕组槽内设置输出绕组，定子铁心的外弧面和磁钢的外弧面通过肘 套垫片与机座固定连接；输出绕组的信号输出端穿过操作手柄与该操作手柄末端的输出信 号线接口连接；所述的旋转部分为被测转轴，作为感应绕组和磁路的一部分； 所述的扇环形结构的内弧半径大于待测旋转轴的半径； 所述的扇环形结构的圆心角ripIi1;^ 180° ; 所述的输出绕组采用铜电磁漆包线； 所述的定子铁心采用硅钢片； 所述的肘套垫片采用非铁磁材料； 所述的被测转轴相对放大，放大后转轴作为被测量轴然后进行测量。
[0006] -种测量旋转加速度传感器的测量方法，具体包括以下步骤： 将定子铁心段拼接形成的扇环形结构靠近转轴，在永磁磁钢的作用下， 永磁磁钢及定子铁心段与被测旋转轴之间构成磁路，所产生的磁场磁通为 Φ?，定子铁心与被测转轴间产生吸力，一个扇环形结构被吸附在转轴上，通过轴承支撑，扇 环形结构与转轴留有气隙，操作手柄通过操作者相对固定，轴承滚动使传感器便携部分与 转轴产生相对运动，转轴表面部分就相当于可导电导体，该导体切割磁场Φ1产生切割电势 A，从而产生电流，该电流产生的磁场磁通Φ2与输出绕组相交链。 当转轴旋转速度稳定无旋转加速度，则旋转轴导体上产生的感应电势恒定，产生的电 流恒定，与输出绕组相交链的磁场φ2恒定，输出绕组中无感应电势；当转轴转速不稳定时， 即存在旋转加速度，则转轴表面导体中产生的感应电势中存在变化分量，产生的电流中存 在变化分量，由电流产生的与输出绕组相交链的磁场φ2中存在变化分量的磁通，该变化分 量磁通与输出绕组交链，会在输出绕组中产生感应电势巧，把各绕组中的感应电势串联迭 加输出，输出电势的变化情况就反映了旋转轴中旋转加速度的变化情况。
[0007] 有益效果：在本发明中，由于把转轴作为传感器的一部分(磁路、感应绕组)，定子 铁心、励磁磁钢及输出绕组部分采用了便携靠近式结构，另外，靠四个轴承支撑使传感器的 便携部分与转轴可靠分离留出气隙，实现相对运动，靠便携部分的永磁磁钢的吸力，把便携 部分有效可靠吸附在转轴上，靠便携部分的操作手柄方便实现运行时便携部分的相对固 定，所以，大大简化了传感器的结构，实现了对没有足够空间安装永磁式旋转加速度传感器 的场合测量转轴旋转加速度量的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1为传感器剖面结构图； 图2为传感器测量原理图； 图3为F---F剖面图； 图4为转轴放大后的旋转加速度传感器剖面结构图； 图5为转轴放大F-F剖面图。
【具体实施方式】
[0009] 如图1、图2、图3所示，一种测量旋转加速度传感器，包括便携部分和旋转部分； 所述的便携部分包括操作手柄8、机座5、输出绕组6、肘套垫片7、定子铁心段4、永磁磁 钢3、轴承2和输出信号线接口 9。
[0010] 所述的操作手柄8与机座5固定连接，所述的定子铁心段结构完全相同，定子铁心 段拼接形成一个扇环形结构，扇环形结构的内弧上设有四个轴承2,在相邻定子铁心段之间 及最外侧定子铁心的外侧设置永磁磁钢3,任意相邻的永磁磁钢的相邻端的极性相同，每一 段定子铁心的绕组槽内设置输出绕组，定子铁心的外弧面和磁钢的外弧面通过肘套垫片7 与机座5固定连接；输出绕组的信号输出端穿过操作手柄8与该操作手柄末端的输出信号 线接口 9连接；所述的旋转部分为被测转轴1，既作为感应绕组又作为磁路的一部分；所述 的扇环形结构的内弧半径大于待测旋转轴1的半径。
[0011] 如图2所示，测量时，把传感器便携部分靠近转轴，在永磁磁钢的作用下，永磁磁 钢及定子铁心段与被测旋转轴之间构成磁路，所产生的磁场磁通为,传感器便携部分与 被测转轴间产生吸力，被吸附在转轴上，通过轴承支撑将传感器的内圆弧与转轴产生一定 的气隙，转轴旋转轴运行时，传感器便携部分通过操作手柄由操作者相对固定，轴承滚动使 传感器便携部分与转轴产生相对运动，若旋转方向如图2所示，则金属转轴(铁磁材料）表 面部分就相当于可导电导体，该导体切割磁场O1产生切割电势从而产生如图所示的电 流，该电流产生的磁场磁通Φ：!与输出绕组相交链。如果转轴旋转速度稳定无旋转加速度， 则旋转轴导体上产生的感应电势恒定，产生的电流恒定，与输出绕组相交链的磁场4=2恒 定，输出绕组中无感应电势；当转轴转速不稳定时，即存在旋转加速度，则旋转轴表面导体 中产生的感应电势中存在变化分量，产生的电流中存在变化分量，由电流产生的与输出绕 组相交链的磁场中存在变化分量的磁通，该变化分量磁通与输出绕组交链，会在输出绕 组中产生感应电势％，把各绕组中的感应电势串联迭加输出，输出电势的变化情况就反映 了旋转轴中旋转加速度的变化情况。
[0012]当被测转轴太细或轴向空间不够时，可进一步的采用图4、图5所示的办法，把转 轴相对放大，放大后转轴作为被测量轴然后进行测量。
【权利要求】
1. 一种测量旋转加速度传感器，包括便携部分和旋转部分； 其特征在于：所述的便携部分包括操作手柄、机座、输出绕组、肘套垫片、多个定子铁心 段、永磁磁钢、轴承和输出信号线接口； 所述的操作手柄与机座固定连接，所述的多个定子铁心段结构完全相同，多个定子铁 心段拼接形成一个扇环形结构，扇环形结构的内弧上设有四个轴承，在相邻定子铁心段之 间及最外侧定子铁心段的外侧设置永磁磁钢，任意相邻的永磁磁钢的相邻端的极性相同， 每一段定子铁心的绕组槽内设置输出绕组，定子铁心的外弧面和磁钢的外弧面通过肘套垫 片与机座固定连接；输出绕组的信号输出端穿过操作手柄与该操作手柄末端的输出信号线 接口连接；所述的旋转部分为被测转轴，作为感应绕组。
2. 根据权利要求1所述的一种测量旋转加速度传感器，其特征在于：所述的扇环形结 构的内弧半径大于待测旋转轴的半径。
3. 根据权利要求1所述的一种测量旋转加速度传感器，其特征在于：所述的扇环形结 构的圆心角rip180°。
4. 根据权利要求1所述的一种测量旋转加速度传感器，其特征在于：所述的肘套垫片 采用非铁磁材料。
5. 根据权利要求1所述的一种测量旋转加速度传感器，其特征在于：所述的输出绕组 采用铜电磁漆包线。
6. 根据权利要求1所述的一种测量旋转加速度传感器，其特征在于：所述的定子铁心 段采用硅钢片。
7. 根据权利要求1所述的一种测量旋转加速度传感器，其特征在于：所述的被测转轴 相对放大，放大后转轴作为被测量轴然后进行测量。
8. -种测量旋转加速度传感器的测量方法，其特征在于： 将定子铁心段拼接形成的扇环形结构靠近转轴，在永磁磁钢的作用下， 永磁磁钢及定子铁心段与被测旋转轴之间构成磁路，所产生的磁场磁通为 *1* 1，定子铁心与被测转轴间产生吸力，一个扇环形结构被吸附在转轴上，通过轴承支撑，扇 环形结构与转轴留有气隙，操作手柄通过操作者相对固定，轴承滚动使传感器便携部分与 转轴产生相对运动，转轴表面部分就相当于可导电导体，该导体切割磁场产生切割电势 el，从而产生电流，该电流产生的磁场磁通与输出绕组相交链； 当转轴旋转速度稳定无旋转加速度，则旋转轴导体上产生的感应电势恒定，产生的电 流恒定，与输出绕组相交链的磁场恒定，输出绕组中无感应电势；当转轴转速不稳定时， 即存在旋转加速度，则转轴表面导体中产生的感应电势中存在变化分量，产生的电流中存 在变化分量，由电流产生的与输出绕组相交链的磁场中存在变化分量的磁通，该变化分 量磁通与输出绕组交链，会在输出绕组中产生感应电势巧，把各绕组中的感应电势串联迭 加输出，输出电势的变化情况就反映了旋转轴中旋转加速度的变化情况。
【文档编号】G01P15/105GK104483510SQ201410611829
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】冯浩, 赵浩, 丁立军, 张娟娟 申请人:杭州电子科技大学