一种动力调谐陀螺仪及其角位置传感器的制作方法

本实用新型涉及角度测量技术领域，特别涉及一种用于动力调谐陀螺仪的角位置传感器。本实用新型还涉及一种包括该角位置传感器的动力调谐陀螺仪。

背景技术：

现有的动力调谐式挠性陀螺仪主要采用电感传感器对角位移进行测量，比较典型的用于测量角位置的电感传感器为φ角线圈，这种电感传感器有效量程较小，常用于测量较小的线位移或角位移，其在10°以内线性度较好，超过10°线性度变差，对解耦精度影响很大，在陀螺仪上进行大量程测量时，其非线性度指标差，严重影响陀螺仪传感器的性能；并且，电感元件对环境温度变化较为敏感，当环境温度发生变化时，会导致绕组参数变化及铁芯尺寸变形，使输出电流或电压产生变化从而引起误差；另外，若电源频率及电压不稳定，检测精度也会随着电参数波动而受到影响，从而产生较大误差。

因此，提供一种用于动力调谐陀螺仪的角位置传感器，以期提高其抗电磁干扰能力，扩大角位置测量范围，并提高输出信号的线性度，从而保证陀螺仪的角位置测量精度和性能稳定性，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于动力调谐陀螺仪的角位置传感器，以期提高其抗电磁干扰能力，扩大角位置测量范围，并提高输出信号的线性度，从而保证陀螺仪的角位置测量精度和性能稳定性。本实用新型的另一目的是提供一种包括该角位置传感器的动力调谐陀螺仪。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的角位置传感器用于动力调谐陀螺仪，所述动力调谐陀螺仪包括以预设的角速度自转的磁钢转子，所述磁钢转子径向充磁，所述角位置传感器包括至少两个相对于陀螺仪位置固定的电磁感应线圈，所述电磁感应线圈在所述磁钢转子的周向设置，且相对设置的两个所述电磁感应线圈相对于所述磁钢转子的转动轴线对称；所述磁钢转子在自转过程中产生正弦变化的磁场，各所述电磁感应线圈处于该正弦变化的磁场内，且其接线端子连接电压处理和采集设备。

该角位置传感器的电磁感应线圈固定在陀螺仪上，其位置始终不变，径向充磁的磁钢转子自身高速旋转，即磁钢转子相对于电磁感应线圈转动并切割磁感线；此时会在电磁感应线圈内部产生交变的磁场，根据电磁感应原理，线圈会产生周期性变化的感应电动势，线圈置于呈正弦变化的磁场中，从而产生正弦变化的感应电压；在磁钢转子发生偏转时，磁钢转子产生的磁场与线圈的重叠面积会发生变化，从而直接影响磁场作用面积的大小，进而引起感应电动势大小的变化；通过外接设备测量感应电动势的有效值，并将其与偏转角度对应起来，就可以得到感应电动势随偏转角度变化的曲线，从而得到磁钢转子偏转的角度。因此，该角位置传感器利用电磁感应原理将被测量角位置转换成电信号，它不需要辅助电源，就能把动力调谐陀螺仪的转子(即磁钢转子)的角位置转换成电信号进行测量。同时，为了抵抗电磁干扰，本方案采用了差动式连接方案，即在磁钢转子的一个偏转方向上，对称的布置两个传感器线圈，输出的感应电动势取其差值；当有电磁干扰时，两个线圈感应电动势都产生变化，且变化量相同，差动连接后，可以抵消电磁干扰对传感器线圈输出信号的影响。这样，该角位置传感器提高了其抗电磁干扰能力，扩大了角位置测量范围，并提高了输出信号的线性度，从而保证了陀螺仪的角位置测量精度、量程和性能稳定性。

进一步地，所述电磁感应线圈至少为四个，各所述电磁感应线圈在所述磁钢转子的周向均匀分布。

进一步地，所述电磁感应线圈为四个，分为相对设置的两个线圈组，两线圈组与所述磁钢转子的转动轴线形成正交坐标系。

进一步地，各所述电磁感应线圈设置于所述动力调谐陀螺仪的头罩上，并与所述头罩相贴合。

本实用新型还提供一种动力调谐陀螺仪，包括磁钢转子，和检测所述磁钢转子偏转角度的角位置传感器，所述角位置传感器为如上所述的角位置传感器，所述角位置传感器的接线端子连接电压处理和采集设备。

进一步地，所述电压处理和采集设备包括依次电连接的放大器、滤波器和电压采集系统。

附图说明

图1为本实用新型所提供的角位置传感器一种具体实施方式的使用状态图；

图2为图1所示角位置传感器中磁钢投射磁场与线圈安装位置的示意图；

图3为运动关系示意图。

附图标记说明：

1-磁钢转子

2-电磁感应线圈

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种用于动力调谐陀螺仪的角位置传感器，以期提高其抗电磁干扰能力，扩大角位置测量范围，并提高输出信号的线性度，从而保证陀螺仪的角位置测量精度和性能稳定性。本实用新型的另一核心是提供一种包括该角位置传感器的动力调谐陀螺仪。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1-图3，图1为本实用新型所提供的角位置传感器一种具体实施方式的使用状态图；图2为图1所示角位置传感器中磁钢投射磁场与线圈安装位置的示意图；图3为运动关系示意图。

在一种具体实施方式中，本实用新型提供的角位置传感器用于动力调谐陀螺仪，该动力调谐陀螺仪包括以预设的角速度自转的磁钢转子1，所述磁钢转子1径向充磁，所述角位置传感器包括至少两个相对于陀螺仪位置固定的电磁感应线圈2，所述电磁感应线圈2在所述磁钢转子1的周向设置，且相对设置的两个所述电磁感应线圈2相对于所述磁钢转子1的转动轴线对称；所述磁钢转子1在自转过程中产生正弦变化的磁场P，各所述电磁感应线圈2处于该正弦变化的磁场内，且其接线端子连接电压处理和采集设备。

具体地，上述各电磁感应线圈2设置于所述动力调谐陀螺仪的头罩上，并与所述头罩相贴合；由于该方案采用电磁感应线圈2作为检测元件，其占用空间小，可以完全贴合在头罩内部，在有限的空间内实现角位置测量，又不影响动力调谐陀螺仪的正常工作，提高了空间利用率。显然地，电磁感应线圈2不局限于设置在头罩，也可以设置在相对于陀螺仪固定的其他位置。

上述电磁感应线圈2至少为四个，各所述电磁感应线圈2在所述磁钢转子1的周向均匀分布，以便通过各向设置的线圈分别测量不同方向的偏转角度，扩大角位置的检测范围。理论上，电磁感应线圈2可以设置两个或以上，在保证抗干扰能力的基础上，实现与电磁感应线圈2所处与之相匹配的偏转方向，例如，在图1中，线圈L1对应的是磁钢转子1向前的俯角变化，线圈L2对应的是磁钢转子1向后的仰角变化，线圈L3和L4分别对应的是磁钢转子1的左右转动角度。

该电磁感应线圈2的数量具体为四个，分为相对设置的两个线圈组，两线圈组与所述磁钢转子1的转动轴线形成正交坐标系；该种空间对称布局的方式，可以有效测量动力调谐陀螺仪的转子偏转角度，并且实现空间三维角位置的测量，从而实现了大量程的角位置测量，输出信号具有较高的线性度，角度正负变化可实现连续测量。

该角位置传感器的电磁感应线圈2固定在陀螺仪上，其位置始终不变，径向充磁的磁钢转子1自身高速旋转，即磁钢转子1相对于电磁感应线圈2转动并切割磁感线；此时会在电磁感应线圈2内部产生交变的磁场，根据电磁感应原理，线圈会产生周期性变化的感应电动势，线圈置于呈正弦变化的磁场中，从而产生正弦变化的感应电压；在磁钢转子1发生偏转时，磁钢转子1产生的磁场与线圈的重叠面积会发生变化，从而直接影响磁场作用面积的大小，进而引起感应电动势大小的变化；通过外接设备测量感应电动势的有效值，并将其与偏转角度对应起来，就可以得到感应电动势随偏转角度变化的曲线，从而得到磁钢转子1偏转的角度。因此，该角位置传感器利用电磁感应原理将被测量角位置转换成电信号，它不需要辅助电源，就能把动力调谐陀螺仪的转子(即磁钢转子1)的角位置转换成电信号进行测量。同时，为了抵抗电磁干扰，本方案采用了差动式连接方案，即在磁钢转子1的一个偏转方向上，对称的布置两个传感器线圈，输出的感应电动势取其差值；当有电磁干扰时，两个线圈感应电动势都产生变化，且变化量相同，差动连接后，可以抵消电磁干扰对传感器线圈输出信号的影响。这样，该角位置传感器提高了其抗电磁干扰能力，扩大了角位置测量范围，并提高了输出信号的线性度，从而保证了陀螺仪的角位置测量精度和性能稳定性。

除了上述角位置传感器，本实用新型还提供一种包括该角位置传感器的动力调谐陀螺仪，该陀螺仪的其他各部分结构请参考现有技术，在此不做限定。为了保证电压信号采集和处理效果，可以在传感器与电压采集系统之间设置放大器和滤波器。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。