一种回转体狭小间隙层间转角测量方法及装置与流程

1.本发明涉及角度测量技术领域，更具体地说，它涉及一种回转体狭小间隙层间转角测量方法及装置。


背景技术：

2.角度传感器是用来检测角度的仪器设备，其主体中有一个孔，可以配合轴。当连结到rcx上时，轴每转过1/16圈，角度传感器就会计数一次。往一个方向转动时，计数增加，转动方向改变时，计数减少。计数与角度传感器的初始位置有关。当初始化角度传感器时，它的计数值被设置为0，如果需要，你可以用编程把它重新复位。传统的角度测量包括但不限于采用角度传感器、回转编码器。目前，在角度测量技术中，主要针对的是被测量角度的实体的周边空间比较大，操作比较方便的场合，可以通过安装成品的角度测量传感器进行测量。但是，很少涉及到狭小空间角度测量，特别是多层回转体相对封闭空间内部的相对转角测量，受到安装空间和结构等因素的限制，成品的角度传感器无法直接应用。因此，如何研究设计一种回转体狭小间隙层间转角测量方法及装置是我们目前急需解决的问题。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种回转体狭小间隙层间转角测量方法及装置。
4.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
5.第一方面，提供了一种回转体狭小间隙层间转角测量方法，该回转体包括至少两个同轴间隙分布的层结构，直径相对小的层结构为内层体，直径相对大的层结构为外层体，该测量方法包括以下步骤：
6.内层体、外层体的相对面分别设有至少一个负极电容片、至少一个正极电容片，负极电容片与正极电容片构成电容传感器，且负极电容片与正极电容片之间以始终保持存在相对面积进行设置；
7.电容传感器采集内层体与外层体之间发生相对同轴转动时的实时电容信号；
8.通过信号处理器对实时电容信号进行放大处理，并依据电容传感器处于初始位置状态时的初始电容信号分析计算得到内层体与外层体之间的回转角度值和回转方向。
9.进一步的，所述内层体与外层体之间发生相对同轴转动时，至少一对负极电容片、正极电容片之间存在相对面积变化，以及至多两对负极电容片、正极电容片之间存在相对面积变化。
10.进一步的，若所述外层体中布置有至少两个正极电容片，且满足θ
x
≥2(θ
h
+θ
j
)时，则负极电容片和正极电容片的布置参数具体为：θ
h
≥θ
j
,θ
d
＝θ
h
+mθ
j
,m＝2n；
11.其中，θ
x
表示外层体与内层体之间可相对圆周转动角度值；θ
h
表示正极电容片沿外层体圆周方向弧形轨迹所对应的角度值；θ
j
表示相邻正极电容片之间间隔沿外层体圆周方向弧形轨迹所对应的角度值；θ
d
表示负极电容片沿内层体圆周方向弧形轨迹所对应的角度
值；m表示中间值，无意义；n表示非负整数。
12.进一步的，所述回转角度值的计算公式具体为：
[0013][0014]
其中，δθ表示外层体与内层体之间的回转角度值；θ0表示正极电容片、负极电容片之间初始安装位的相对角度值；d表示外层体内壁与内层体外壁之间沿径向方向的间距；ε表示电容常数；s0表示正极电容片、负极电容片之间初始安装位的相对面积；δc表示所有电容片正负极对之间不同单一变化趋势下的电容变化量之和。
[0015]
进一步的，所述回转方向的分析过程具体为：
[0016]
根据正极电容片、负极电容片之间初始安装位进行偏移标定，得到标定方向；
[0017]
若初始安装位的正极电容片、负极电容片之间电容值初次变大，则回转方向与标定方向相同；
[0018]
若初始安装位的正极电容片、负极电容片之间电容值初次变小，则回转方向与标定方向相反。
[0019]
第二方面，提供了一种回转体狭小间隙层间转角测量装置，该回转体包括至少两个同轴间隙分布的层结构，直径相对小的层结构为内层体，直径相对大的层结构为外层体；内层体的外壁布设有至少一个负极电容片，外层体的内壁布设有至少一个正极电容片，负极电容片与正极电容片构成电容传感器，且负极电容片与正极电容片之间以始终保持存在相对面积进行设置；电容传感器的信号输出端外接有信号处理器。
[0020]
进一步的，所述负极电容片和正极电容片均为规则形状的弧形贴片。
[0021]
进一步的，若所述外层体与内层体之间的间隙间距大于预设间距值时，则负极电容片、正极电容片均采用预制电容片；若所述外层体与内层体之间的间隙间距小于或等于预设间距值时，则负极电容片、正极电容片均采用镀层电容片。
[0022]
进一步的，所述外层体与内层体之间设有回转滑环；回转滑环包括内滑环、外滑环以及接触件，内滑环与内层体外壁套接，外滑环环设在外层的内壁，接触件的两端分布与内滑环、外滑环活动接触；负极电容片与内滑环通过导线连接，外滑环和正极电容片均通过导线与信号处理器连接；外层体穿设有供导线穿过的通孔。
[0023]
进一步的，所述外层体与内层体之间设有信号连接器，负极电容片、正极电容片均通过信号连接器与信号处理器无线通信连接。
[0024]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0025]
1、本发明提供的一种回转体狭小间隙层间转角测量方法及装置，利用曲面电容传感器，由于层间转动，进而引发电容传感器两极板件覆盖面积的改变，从而改变了电容量，通过测量电容值的变化，通过电容值与转角值转换获得层间转角的变化值和转动方向；
[0026]
2、本发明具有使用范围广、精度高等特点，通过此方法，可以提高测量的精度和准确性。
附图说明
[0027]
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
[0028]
图1是本发明实施例中的整体结构示意图；
[0029]
图2是本发明实施例中的工作原理图。
[0030]
附图中标记及对应的零部件名称：
[0031]
1、内层体；2、外层体；3、负极电容片；4、正极电容片；5、信号处理器。
具体实施方式
[0032]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0033]
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
[0034]
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0035]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0036]
实施例1：一种回转体狭小间隙层间转角测量方法，如图1所示，该回转体包括至少两个同轴间隙分布的层结构，直径相对小的层结构为内层体1，直径相对大的层结构为外层体2。
[0037]
回转体狭小间隙层间转角测量方法包括以下步骤：
[0038]
s1：在内层体1的外壁布设一个负极电容片3，外层体2的内壁布设四个正极电容片4，负极电容片3与正极电容片4构成电容传感器，且负极电容片3与正极电容片4之间以始终保持存在相对面积进行设置；
[0039]
s2：电容传感器采集内层体1与外层体2之间发生相对同轴转动时的实时电容信号；
[0040]
s3：通过信号处理器5对实时电容信号进行放大处理，并依据电容传感器处于初始位置状态时的初始电容信号分析计算得到内层体1与外层体2之间的回转角度值和回转方向。
[0041]
需要说明的是，负极电容片3与正极电容片4的布置位置可直接进行变换。
[0042]
内层体1与外层体2之间发生相对同轴转动时，至少一对负极电容片3、正极电容片4之间存在相对面积变化，以及至多两对负极电容片3、正极电容片4之间存在相对面积变化。
[0043]
需要说明的是，若外层体2中布置有至少两个正极电容片4，且满足θ
x
≥2(θ
h
+θ
j
)时，则负极电容片3和正极电容片4的布置参数具体为：θ
h
≥θ
j
,θ
d
＝θ
h
+mθ
j
,m＝2n；
[0044]
其中，θ
x
表示外层体2与内层体1之间可相对圆周转动角度值；θ
h
表示正极电容片4
沿外层体2圆周方向弧形轨迹所对应的角度值；θ
j
表示相邻正极电容片4之间间隔沿外层体2圆周方向弧形轨迹所对应的角度值；θ
d
表示负极电容片3沿内层体1圆周方向弧形轨迹所对应的角度值；m表示中间值，无意义；n表示非负整数。
[0045]
如图1与图2所示，回转角度值的计算公式具体为：
[0046][0047]
其中，δθ表示外层体2与内层体1之间的回转角度值；θ0表示正极电容片4、负极电容片3之间初始安装位的相对角度值；d表示外层体2内壁与内层体1外壁之间沿径向方向的间距；ε表示电容常数；s0表示正极电容片4、负极电容片3之间初始安装位的相对面积；δc表示所有电容片正负极对之间不同单一变化趋势下的电容变化量之和。
[0048]
回转方向的分析过程具体为：
[0049]
s301：根据正极电容片4、负极电容片3之间初始安装位进行偏移标定，得到标定方向；
[0050]
s302：若初始安装位的正极电容片4、负极电容片3之间电容值初次变大，则回转方向与标定方向相同；
[0051]
s303：若初始安装位的正极电容片4、负极电容片3之间电容值初次变小，则回转方向与标定方向相反。
[0052]
实施例2：一种回转体狭小间隙层间转角测量装置，如图1所示，该回转体包括至少两个同轴间隙分布的层结构，直径相对小的层结构为内层体1，直径相对大的层结构为外层体2；需要说明的是，内层体1与外层体2为相邻的层结构，且内层体1与外层体2是相对直径大小定义的，即外层体2也可以是其他外层体2的相对内层体1。内层体1的外壁布设有一个负极电容片3，外层体2的内壁布设有四个正极电容片4，负极电容片3与正极电容片4构成电容传感器，且负极电容片3与正极电容片4之间以始终保持存在相对面积进行设置；电容传感器的信号输出端外接有信号处理器5。
[0053]
在本实施例中，负极电容片3和正极电容片4均为规则形状的弧形贴片。
[0054]
需要说明的是，若外层体2与内层体1之间的间隙间距大于预设间距值时，则负极电容片3、正极电容片4均采用预制电容片。若外层体2与内层体1之间的间隙间距小于或等于预设间距值时，则负极电容片3、正极电容片4均采用镀层电容片。
[0055]
若回转体的相对转动角度较大、且间隙较小时，外层体2与内层体1之间设置回转滑环；回转滑环包括内滑环、外滑环以及接触件，内滑环与内层体1外壁套接，外滑环环设在外层的内壁，接触件的两端分布与内滑环、外滑环活动接触；负极电容片3与内滑环通过导线连接，外滑环和正极电容片4均通过导线与信号处理器5连接；外层体2穿设有供导线穿过的通孔，可完成线缆的同步回转。
[0056]
此外，间隙较大时，外层体2与内层体1之间可以设置信号连接器，负极电容片3、正极电容片4均通过信号连接器与信号处理器5无线通信连接。
[0057]
工作原理：本发明提供的一种回转体狭小间隙层间转角测量方法及装置，利用曲面电容传感器，由于层间转动，进而引发电容传感器两极板件覆盖面积的改变，从而改变了电容量，通过测量电容值的变化，通过电容值与转角值转换获得层间转角的变化值和转动方向；具有使用范围广、精度高等特点，通过此方法，可以提高测量的精度和准确性。
[0058]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。