[发明专利]一种角度传感器及角度测量方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，特别涉及一种旋转轴平行于水平面的角度传感器及角度测量方法。

背景技术

旋转角度传感器的种类很多，例如，有光学的旋转编码器，还有电磁感应式、电容式以及电位器式等多种，他们的特点是精度高，在自动检测与控制中应用广泛，但体积大，安装不便，对诸如哑铃运动次数计数、仰卧起坐运动次数计数等精度要求不高但需要测量倾斜角度变化的场合无法应用。微加速度传感器等倾角传感器在测量过程中容易引入加速度等干扰，抗干扰算法设计复杂，且成本较高。

发明内容

本发明的目的之一在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种结构合理、价格低、简单可靠的角度传感器，可应用到精度要求不高、低速旋转、旋转轴平行于水平面的角度测量场合。

本发明的另一目的在于提供上述角度传感器的角度测量方法。

本发明的技术方案是：一种角度传感器，由2N个滚珠开关组成；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；2N个滚珠开关沿圆周均匀分布。 

所述角度传感器安装时，旋转轴应该平行于水平面。

所述滚珠开关是倾斜感应、单方向触发导通型滚珠开关。

所述N的数值为4、5、6三者之一。

一种上述角度传感器的角度测量方法，包括，

A、滚珠开关断开状态与接通状态的判定方法是，利用开关电平转换电路，将滚珠开关的通断状态转换成相应的电平信号，该电平信号作为触发信号输出；在检测时间区间之内，滚珠开关一直没有输出触发信号，则判定为断开状态，否则判定为接通状态。所述检测时间区间的长短根据滚珠开关在轻微震动状态下的连续通/断周期来确定。

B、角度传感器用角度号来表示当前的旋转角度与位置，角度号的定义方法是，由2N个滚珠开关组成的角度传感器共有2N个角度号，每个角度号对应360°/2N区间的旋转角度；角度传感器中的滚珠开关按照安装顺序从1至2N依次编号；在角度传感器处于每个角度号对应的旋转角度区间的中心位置时，有N个连续编号的滚珠开关断开，N个连续编号的滚珠开关接通；取连续断开的N个滚珠开关中最前一个滚珠开关的编号值为角度传感器的角度号；滚珠开关编号首尾循环相接时，开关2N在开关1之前。

C、角度传感器的初始角度号确定方法是，由2N个滚珠开关组成的角度传感器，有连续编号的N－1个滚珠开关断开、N个滚珠开关断开、N＋1个滚珠开关断开等三种初始状态，在该三种初始状态的任何一种情况中，取连续断开的滚珠开关中最前一个滚珠开关的编号值为角度传感器的初始角度号。

D、角度传感器旋转时角度号的确定方法是，由2N个滚珠开关组成的角度传感器，初始角度号确定后，只有在连续断开的滚珠开关数量和连续接通的滚珠开关数量同为N个时，才确定连续断开的滚珠开关中最前一个滚珠开关的编号值为角度传感器的新角度号。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

成本低，易于自制，简单可靠，测量方法简单，角度测量方法抗干扰能力强，很容易组成低功耗测量电路，可应用到精度要求不高、低速旋转、旋转轴平行于水平面的角度测量场合。

附图说明

图1为滚珠开关示意图。

图2为8个滚珠开关组成的角度传感器结构示意图。

图3为12个滚珠开关组成的角度传感器结构示意图。

图4为8个滚珠开关组成的角度传感器的角度1状态。

图5为8个滚珠开关组成的角度传感器的角度1与角度2过度状态。

图6为8个滚珠开关组成的角度传感器的角度2状态。

图7为8个滚珠开关组成的角度传感器的角度7状态。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。