角度传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种角度传感器，尤其涉及一种基于电涡流的角度传感器。
【背景技术】
[0002] 根据传感器与待测对象是否接触，可以将目前市场上存在的测量角度的传感器分 为两种，一种是接触式角度传感器，另一种是非接触式角度传感器。
[0003] 其中，接触式角度传感器主要依靠结构进行触发。例如，中国发明专利第 201410074133.3号申请公开了一种角度传感器，主要包括2N个滚珠开关。通过将2N个滚珠 开关顺时针依次沿圆周按照触发端在前、稳定端在后的方向安装，或者是采用顺时针依次 沿圆周按照稳定端在前、触发端在后的方向安装。在进行角度测量时，利用触发所述滚珠开 关，在每个滚珠开关上设定好角度，当旋转轴旋转时，触发到哪个滚珠开关就输出相对应的 角度，从而得到测量结果。然而，该角度传感器测量精度低、易损坏，体积大、维护繁琐且只 能测试低速旋转的角度。
[0004] 另一方面，非接触式角度传感器根据测量原理不同，主要包括光电式角度传感器 和霍尔角度传感器。其中，光电式角度传感器利用光电效应进行测试，对使用环境要求非常 苛刻，有少许粉尘、少许振动或者安装稍有偏差均会导致传感器不能正常工作，且需要光电 发射与接收装置，体积大、价格昂贵。电磁式角度传感器利用霍尔元件进行测试，主要由转 子和定子组成。在工作中，对定子与转子安装的同轴度要求非常高，例如，定子、转子之间的 间隙一般要求小于〇.5mm。并且，转轴稍有挠度即出现刮擦卡死等现象，无法适用于有挠度 转轴的角度测试。
[0005] 中国实用新型专利ZL201420138818.5公开了一种基于电涡流效应的角度传感器。 如图6(a)、6(b)所示，该角度传感器包括:可固定于转轴上的金属环51、第一励磁线圈组52 和第二励磁线圈组53。其中，第一励磁线圈组52和第二励磁线圈组53分别与硬件电路54相 连接。其中，第一励磁线圈与第二励磁线圈需通过电路板直接连接到硬件电路上，当转轴55 旋转时，励磁线圈感应到金属环51产生的涡流场发生变化，然后利用硬件电路54等后端的 处理设备对涡流场变化量进行计算，得出所测量的角度。
[0006] 然而，该实用新型专利所公开的角度传感器存在如下问题:第一、其需要在转轴上 固定所述金属环，且金属环的形状不规则，质量分布不均匀，容易造成转轴的转动惯量不均 匀，使转轴出现挠度;第二，励磁线圈与金属环的相对位置有严格限制，金属环固定到转轴 上，而励磁线圈与检测线圈固定到其它结构上，当转轴运动出现挠度时，则无法完成对角度 的准确测试;第三、需要在所述金属环两侧布置2个励磁线圈、2个检测线圈，体积大、安装繁 琐。此外，该角度传感器在使用前需进行角度标定，工作量大。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型是鉴于现有技术中存在的问题而提出的，即本实用新型提供一种基于 电涡流测试原理的角度传感器，该传感器仅包括一个感应线圈，无需其他电子元器件，对环 境的适应性能良好，经测试可用于高温、高压、油污等多种恶劣环境中。进一步地，在测量过 程中，该传感器只要检测到轮齿和齿槽即可，无需对其安装位置进行过多的调整，从而对检 测面与传感器的相对位置无严格要求。
[0008]本实用新型提供一种角度传感器，包括，齿轮结构、电涡流探头以及处理单元；其 中，所述齿轮结构为安装固定于转轴的外圆周上的齿轮或者在转轴的外圆周上加工形成齿 轮，且在齿轮结构的外圆周侧上设置用于特征角度识别的定位结构;所述电涡流探头定位 在齿轮结构的所述外圆周侧，且探头面对所述齿轮的轮齿和齿槽；以及所述处理单元连接 于电涡流探头，用于信号处理，并输出角度测量信号。
[0009 ]优选地，所述定位结构为零度定位结构。
[0010]优选地，所述定位结构为定位槽，更优选地，为设置得比所述齿轮的齿槽更深的定 位齿槽或尖角槽。
[0011] 优选地，所述轮齿和齿槽均匀分布。
[0012] 优选地，所述电涡流探头的轴向中心线与所述转轴的中心轴线垂直相交。
[0013] 进一步优选地，电涡流探头的输出信号为对应于所述齿槽、轮齿的一系列波峰、波 谷，及对应于用于所述特征角度识别的所述定位槽，电涡流探头输出一个高于对应所述齿 槽的波峰的尖峰脉冲。
[0014]优选地，所述处理单元包括用于接收电涡流探头的输出信号的信号采集模块，以 及用于对信号采集模块输出的信号进行运算，以输出角度测量信号的信号处理模块。
[0015] 优选地，在进行硬件电路封装时，在所述处理单元封装上设置与PC进行通信的接 口，以在PC上存储和显示所述角度测量信号。
[0016] 以下结合本实用新型的【具体实施方式】和附图对本实用新型的具体方案进行描述， 本实用新型的有益效果将进一步明确。
【附图说明】
[0017] 此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部 分，用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
[0018] 图1是本实用新型一优选实施例的角度传感器的结构示意图。
[0019] 图2是用于说明定位结构的本实用新型另一优选实施例的角度传感器结构示意 图。
[0020] 图3示出了在所述定位结构为所述定位槽的情况下的电涡流探头输出的信号曲 线。
[0021 ]图4为根据本实用新型一优选实施例的处理模块的结构示意图。
[0022]图5为本实用新型一优选实施例的角度测量处理流程图。
[0023] 图6(a)、6(b)为现有技术的角度传感器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体 实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例 仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域 普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型 保护的范围。
[0025] 本实用新型所述角度传感器是基于电涡流效应的角度传感器。图1是本实用新型 一优选实施例的角度传感器的结构示意图。如图1所示，所述角度传感器包括齿轮结构1、电 涡流探头2以及处理单元3。所述齿轮结构为安装固定于转轴的外圆周上的齿轮或者在转轴 的外圆周上加工形成齿轮。在齿轮结构的外圆周侧上，例如，在所述齿轮的轮齿和齿槽中， 形成用于特征角度识别，即用于角度定位的定位结构P。所述定位结构优选为零度定位结 构，当然也可以是其他角度的定位结构。所述电涡流探头2定位在所述齿轮结构的所述外圆 周侧，且探头面对所述轮齿和齿槽，以在所述齿轮结构旋转时检测涡电流的变化。所述处理 单元3连接于电涡流探头2并用于信号处理，并输出角度测量信号。优选地，该处理单元3为 一体化集成封装的、内置有算法程序等的硬件信号处理单元。
[0026] 下面参照图1、2进一步描述所述定位结构P。如图1所示，当齿轮结构上的轮齿、齿 槽数η超过预定范围，例如η大于21时，所述定位结构优选为形成在齿槽位置的、且深度比所 述齿槽更深的槽的形式。此时，该角度传感器能够实现高精度的测量结果。图2为用于说明 定位结构的本实用新型另一优选实施例角度传感器的结构示意图，与图1所示实施例不同 之处仅在于齿轮的轮齿和齿槽的数量及所述定位结构的形式，因此省略与图1相同部分的 说明。如图2所示，齿轮结构相比图1所示的方案中，齿轮结构的轮齿、齿槽数较少，例如η小 于21，则所述定位结构优选设置为形成在齿槽位置的、且深度比所述齿槽更深的尖角槽的 形式。此时，由于齿轮结构的齿槽、轮齿的数量相对少，其测量精度相对较低。
[0027] 此外，定位结构还可以设置为其他形式，例如，比所述齿轮的轮齿更高或者更低的 突起的形式。需要指出的是，定位结构以能引起电涡流变化，以使得所述电涡流探头2能够 识别该结构，从而能够进行角度定位为准。
[0028] 以下以在转轴外圆周上安装固定齿轮为例，对本实用新型的角度传感器进行更为 详细的描述。
[0029] 首先，在转轴的外圆周上安装固定具有η个齿槽和轮齿的金属齿轮。其中，η的取值 越大测量结果显然越精确，因此可以根据所需的测量精度进行选取。本实用新型中，优选为 21-81个。此外，优选地，该齿轮的轮齿和齿槽为均匀分布。在轮齿和/或齿槽的某位置上设 置进行特征角度识别的所述定位结构Ρ，用于零角度或其他特征角度的识别，以便实现角度 定位。以定位结构Ρ为比所述齿槽深的定位槽的情况为例，则所述特征角度在电涡流探头2 的输出信号上表现为高于对应于齿轮的齿槽的电涡流探头2的输出信号的电压定值，即例 如齿槽对应地输出波峰，则定位槽的输出具有比该波峰更大的峰值。
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