[发明专利]部件分离式电磁角度传感器的精确安装

说明书

所属技术领域：

本发明属于电磁角度传感器技术领域，应用于机械转动角度的测量。 

背景技术：

目前，利用电磁原理制造的角度传感器在各种仪器和设备上有着广泛的应用，感应同步器(INDUCTOSYN)就是这类部件的典型代表，它出现于20世纪50年代，由美国一家公司(FARRAND)发明和生产，如今仍然是有着重大应用意义的一类测量部件。感应同步器有角度传感器和长度传感器。 

电磁角度传感器的工作原理是：通过激磁电路对激磁线圈(原线圈)输入变化电流，使得感应线圈(副线圈)输出感应电压，感应电压的形状取决于激磁电流的变化、线圈形状和激磁线圈与感应线圈的相互位置，根据输入和输出信号即可得到激磁线圈与感应线圈的相对角度。 

电磁角度传感器通常将激磁线圈和感应线圈分别制作成两个分离的部件，参看示意图1。使用时，分别安装在机体(相对静止部件)和旋转轴(相对转动部件)之上，参看示意图2。以下称安装在机体上的部件为定子，安装在旋转轴上的部件为转子。 

分离式电磁角度传感器相对于一体式传感器省去了转子和定子相对位置的定位轴承，也就省去了消除传感器的轴承与机床上的轴承相互干扰而采取的某些部件。高精度分离式角度传感器制造过程中存在各种机械形位误差和电子部分带进的误差，为了提高测量精度，必需对每个半成品进行校正，其过程是：将定子和转子精确地安装在一个精密轴系上，检测出系统误差，将补偿数据输入到数显表中，进行误差补偿，才可达到更高的测量精度，用户使用时，再次精确安装的技术难度较大，安装误差直接影响传感器的测量精度，低精度的产品可以根据机械定位面来安装，高精度的产品则难以做到。安装技术难度大在一定程度上阻碍了这类高精度分离式角度传感器产品的广泛应用。 

发明内容：

为了解决使用者自行再次精确安装的问题，对电磁角度传感器和与之配套的电子数显表进行了创新设计。利用数显表显示的有关数据，按照给定的方法进行调整，使用者即可完成精确安装，从而保证电磁角度传感头和与之配套的电子数显表组成的角度测量系统的测量精度。 

要解决的技术问题： 

在电子数显表上附加特殊功能，即，将转子和定子相对于旋转轴的垂直度、同轴度误差和 转子与定子之间的间隙由电子数显表显示的数字反映出来，以此作为精确安装的调整依据，给出调整方法，使得使用者自行做到精确安装。 

技术方案： 

为了得到一个切实可行的方案，要对这个测角系统做整体考虑和设计，利用其特点，实现空间相对位置信息的获得和具体的空间位置调整向量。 

分离式电磁角度传感器由电磁传感头和电子线路两部分组成。传感头分为具有线圈的定子和转子，考虑信号传输合理性，一般在转子上制有激磁线圈(连续绕组)，在定子上制有感应线圈(分段绕组)，图1中上边的为转子示意图，下边的为定子示意图。电子部份分为给激磁线圈提供激磁电流的激磁电路和将感应线圈输出的电压信号转换为空间方位数据的编码电路。高分辨力的电磁角度传感头上的线圈在圆周上分布周期θ_T一般为1°或0.5°，不影响原理的表述，图3和图4给出了θ_T等于7.5°的线圈示意图。激磁电流从I1和I2两个端口输入，参看图3。感应电压由分段的感应线圈两端输出，本设计分段数不得少于8个，以8个为例，参看图4。工作时，Us2和Us3相连，Us4和Us5相连，Us6和Us7相连，由Us1和Us8输出一路感应电压，Uc2和Uc3相连，Uc4和Uc5相连，Uc6和Uc7相连，由Uc1和Uc8输出另一路感应电压，这两路信号供给电子部份进行编码使用。在安装时则不相连，每个感应线圈输出一路感应电压信号。有多种电流变化曲线的激磁方式，以激磁电流强度曲线为间断锯齿形为例，感应输出的电压为间断方波，如图5所示。采样频率与激磁频率相同，感应线圈在时刻t_i进行采样，模数转换后得到数据，此数据数值与激磁线圈和感应线圈的相对位置有关，忽略微量的高次谐波，此数据数值相对于转角θ为正弦函数，定子上的线圈S1、S2、S3、S4在圆周上依次相差2Nθ_T角位置，线圈C1、C2、C3、C4在圆周上依次相差2Nθ_T角位置，而且这两组线圈起始点相差Nθ_T+0.25θ_T角位置，在理想情况下，相对于转角θ，第一组中各段线圈输出电压采样数据的曲线相同，第二组中各段线圈输出电压采样数据的曲线相同，而且，两组输出电压采样数据曲线相差四分之一个周期，如图6所示，在360°内为周期函数，记为：