CN103267869A - 双头型高精度速度传感器及工作方法 - Google Patents
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Abstract
双头型高精度速度传感器
及
工作方法。电机速度传感器做为电机控制的重要元件已被广泛应用在各种控制场合，是实现电机闭环控制和精度控制的重要元件。
本发明
其组成包括：
信号感应头本体
（
1
）
，信号感应头本体内装有一号霍尔检测元件
（
2
）
和二号霍尔检测元件
（
3
）
，连接带有振荡电路的信号检出器
（
4
）
，信号检出器连接带有信号倍频计算电路的双信号存储器
（
5
）
，所述双信号存储器连接带有信号输出电路的信号计算分析电路
（
6
）
；所述一号霍尔检测元件与所述二号霍尔检测元件同时连接中央处理电路***
（
7
）
。本发明在油田、矿山等恶劣环境条件中使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种双头型高精度速度传感器及工作方法。
背景技术
电机速度传感器做为电机控制的重要元件已被广泛应用在各种控制场合，是实现电机闭环控制和精度控制的重要元件。对于提高电机效率，实现电机的伺服特性（按需运行）起着至关重要的作用。通用型的电机速度传感器主要分为以下几种类型：光电编码器、磁编码器、旋转变压器。通用型传感器由于其对安装精度要求较高，且抗冲击、振动能力差，在安装和使用过程中极易损坏，价格较高，对电机本身的结构和防护等级要求较高，因此在类似于游梁式抽油机等野外、恶劣环境中无法大量使用。索菲公司所使用的电机角位移传感器也属于电机速度传感器的一种，是结合油田现场的安装和使用环境要求，由索菲公司自行设计开发而成，
霍尔传感器作为一种数字传感器以其结构简单、安装方便、耐环境性好、信号抗干扰能力强等优点，被广泛的应用于各种机电设备上作为反馈元件，信号的周期或频率反映了电机的速度变化。但由于霍尔元件的检测范围限制了齿轮的最小直径，再加上电机尺寸的限制，因此反馈圆盘的齿数不能太多，安装精度不是很高，这就从根本上决定了霍尔形式的传感器精度低，信号质量粗糙。电机在低速运行时这类传感装置的输出频率不会很高，电机转速的稳定性不好，导致方波信号的占空比随时发生变化，相邻信号的频率和周期差异过大（即检测单位时间内的脉冲信号个数差异太大），若采用直接时间检测法或频率检测法将会导致很大的误差，无法达到对电机运行状态的精准判断。另外，由于单纯的周期性的霍尔信号仅能对电机的转速进行反馈，而无法判断电机的旋转方向，使其使用的场合又有了很大的局限性。
中国专利CN201020124239.7公开了一种自动麻将机叠推机头齿轮定位装置，自动麻将机叠推机头齿轮定位装置是为了给齿轮进行定位的，无法进行信号检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有抗高冲击、高振动、耐粉尘、耐高低温冲击等特性，且安装精度要求低，调试方便，价格低廉的双头型高精度速度传感器及工作方法。
所述目的是通过如下方案实现的：
一种双头型高精度速度传感器，其组成包括：信号感应头本体，所述信号感应头本体内装有带有信号检测放大电路的一号霍尔检测元件和二号霍尔检测元件，所述一号霍尔检测元件与所述二号霍尔检测元件同时连接带有振荡电路的信号检出器，所述信号检出器连接带有信号倍频计算电路的双信号存储器，所述双信号存储器连接带有信号输出电路的信号计算分析电路；所述一号霍尔检测元件与所述二号霍尔检测元件同时连接中央处理电路***，所述一号霍尔检测元件与所述二号霍尔检测元件安装在同一个圆周上，相互之间相差90度电角度安装。
所述的双头型高精度速度传感器，所述信号感应头本体安装在齿形反馈圆盘，所述齿形反馈圆盘安装在电机轴上，所述信号感应头本体连接信号电缆。
所述的双头型高精度速度传感器，霍尔检测元件包括霍尔电路，所述霍尔电路连接一号调整电容，所述霍尔电路连接信号放大器，所述信号放大器具有一号管脚、二号管脚和三号管脚，所述三号管脚连接所述霍尔电路，所述一号管脚连接所述二号管脚，所述一号管脚连接所述信号计算分析电路。
所述的双头型高精度速度传感器，所述振荡电路包括晶振振荡器，所述晶振振荡器连接二号调整电容和三号调整电容，所述二号调整电容连接所述三号调整电容，所述晶振振荡器连接所述信号计算分析电路，所述信号计算分析电路连接所述信号输出电路。
一种双头型高精度速度传感器的工作方法，在一号霍尔检测元件检测一个脉冲信号的基础上将信号分为上升沿和下降沿分别检测，将检测到的相邻周期信号的上升沿时间差作为一个信号周期t1，并向外发出一个等时长t1的脉冲信号；将检测到的相邻周期信号的下降沿时间差作为另一个信号周期t2，并向外发出一个等时长t2的脉冲信号；采用一号霍尔检测元件、二号霍尔检测元件两个空间上相差90度电角度的霍尔检测元件分别检测两个脉冲信号的上升沿和下降沿，然后将信号按同步处理，在此基础上对信号再进行倍频处理并在信号检测电路中加装中央处理芯片，按照倍频电路计算出的信号稳定周期采用插值法对下一个信号的特征和信号发生规律进行趋势化计算，预测出将要检测到的信号的周期和频率并作为真实信号输出。
所述的双头型高精度速度传感器，齿形反馈圆盘由导磁材料制成，其圆周具有齿状凸起，齿与齿的间隔2-5mm，其轴向厚度不小于10mm；齿形反馈圆盘安装在电机轴上，并与电机轴同步旋转；信号感应头安装在电机端盖上并靠近齿形反馈圆盘安装。
本发明的有益效果是：
本发明在一个信号检测周期内对实际信号进行两次检测并向外输出包含脉冲时长的两次脉冲，使检测频率提高一倍，信号精度也提高一倍。
本发明采用一号霍尔检测元件、二号霍尔检测元件两个空间上相差90度电角度的霍尔检测元件分别检测两个脉冲信号的上升沿和下降沿，然后将信号按同步处理，则相当于使信号的精度提高到原来的4倍。
本发明在电机运行过程中中央处理芯片不断将利用插值法计算出来的信号特征和真实检测到的信号特征进行比较并根据比较结果不断修正插值法计算结果，使所计算和预测出的信号更加接近于真实信号。
本发明由于信号经过物理和数学上的几次倍频，单位时间内的数量增加，精度提高，同时单个信号的偏差对整体精度的影响程度也大大减小。
本发明利用数学方法弥补传感器由于结构上的缺陷所造成的精度过低的问题可大大简化高精度传感器的机械结构，降低其生产和加工的难度，提高传感器对工作环境的适应程度。在石油、石化、煤矿和矿山机械领域有着广泛的市场前景。
附图说明
附图1是本发明的原理框图。
附图2是附图1安装在电机上的示意图。
附图3是附图1中信号感应头的结构示意图。
附图4是附图1的电路图。
具体实施方式
下面结合附图详细阐述本发明优选的实施方式。
实施例一
一种双头型高精度速度传感器，如附图1、附图3所示，其组成包括：信号感应头本体1，所述信号感应头本体内装有带有信号检测放大电路的一号霍尔检测元件2和二号霍尔检测元件3，所述一号霍尔检测元件与所述二号霍尔检测元件同时连接带有振荡电路的信号检出器4，所述信号检出器连接带有信号倍频计算电路的双信号存储器5，所述双信号存储器连接带有信号输出电路的信号计算分析电路6；所述一号霍尔检测元件与所述二号霍尔检测元件同时连接中央处理电路***7，所述一号霍尔检测元件与所述二号霍尔检测元件安装在同一个圆周上，相互之间相差90度电角度安装。
两霍尔元件的空间排布为在同一个圆周上，相互之间相差90度电角度。
信号检测放大电路，由调整电阻和信号放大器组成，将采集到的两个霍尔元件的方波信号进行调整和放大，然后传送给专用芯片（信号分析计算电路）。
振荡（时钟）电路，由石英振荡体和滤波电容组成，为整个电路和DSP芯片提供稳定的时钟信号。
信号倍频计算电路（DSP***），由信号存储器和高速运算器组成，将接收到的方波信号按内置程序方法进行采样和分析计算。
信号输出电路，由专用通讯模块组成，将信号计算分析电路计算分析出的信号稳定特征（标准信号）输出给上位机***（变频器等）。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于，如附图2所示，所述的双头型高精度速度传感器，所述信号感应头本体连接齿形反馈圆盘8，所述齿形反馈圆盘安装在电机轴9上，所述电机轴安装在电机10，所述电机具有电机端盖11，所述信号感应头本体连接信号电缆12。
所述的双头型高精度速度传感器，齿形反馈圆盘由导磁材料制成，其圆周具有齿状凸起，齿与齿的间隔2-5mm，其轴向厚度不小于10mm；齿形反馈圆盘安装在电机轴上，并与电机轴同步旋转；信号感应头安装在电机端盖上并靠近齿形反馈圆盘安装。
实施例三
本实施例与实施例一的不同之处在于，如附图4所示，所述的双头型高精度速度传感器，霍尔检测元件包括霍尔电路，所述霍尔电路连接一号调整电容，所述霍尔电路连接信号放大器，所述信号放大器具有一号管脚、二号管脚和三号管脚，所述三号管脚连接所述霍尔电路，所述一号管脚连接所述二号管脚，所述一号管脚连接所述信号计算分析电路。
实施例四
本实施例与实施例一的不同之处在于，如附图4所示，所述的双头型高精度速度传感器，所述振荡电路包括晶振振荡器，所述晶振振荡器连接二号调整电容和三号调整电容，所述二号调整电容连接所述三号调整电容，所述晶振振荡器连接所述信号计算分析电路，所述信号计算分析电路连接所述信号输出电路13。
实施例五
一种双头型高精度速度传感器的工作方法，其特征在于在一号霍尔检测元件检测一个脉冲信号的基础上将信号分为上升沿和下降沿分别检测，将检测到的相邻周期信号的上升沿时间差作为一个信号周期t1，并向外发出一个等时长t1的脉冲信号；将检测到的相邻周期信号的下降沿时间差作为另一个信号周期t2，并向外发出一个等时长t2的脉冲信号；（普通信号检测方式是：检测一个信号周期内的上升沿与下降沿，并直接将其作为一个脉冲信号输出，记录在单位时间内所输出的脉冲信号数。如果信号占空比不等于0.5则无法反映真实转速情况）采用一号霍尔检测元件、二号霍尔检测元件两个空间上相差90度电角度的霍尔检测元件分别检测两个脉冲信号的上升沿和下降沿，然后将信号按同步处理，在此基础上对信号再进行倍频处理并在信号检测电路中加装中央处理芯片，按照倍频电路计算出的信号稳定周期采用插值法对下一个信号的特征和信号发生规律进行趋势化计算，预测出将要检测到的信号的周期和频率并作为真实信号输出。
实施例六
本实施例与实施例二的不同之处在于，所述的双头型高精度速度传感器，齿形反馈圆盘由导磁材料制成，其圆周具有齿状凸起，齿与齿的间隔2或3或4或5mm。
本实施方式只是对本专利的示例性说明而并不限定它的保护范围，本领域人员还可以对其进行局部改变，只要没有超出本专利的精神实质，都视为对本专利的等同替换，都在本专利的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种双头型高精度速度传感器，其组成包括：信号感应头本体，其特征在于所述信号感应头本体内装有带有信号检测放大电路的一号霍尔检测元件和二号霍尔检测元件，所述一号霍尔检测元件与所述二号霍尔检测元件同时连接带有振荡电路的信号检出器，所述信号检出器连接带有信号倍频计算电路的双信号存储器，所述双信号存储器连接带有信号输出电路的信号计算分析电路；所述一号霍尔检测元件与所述二号霍尔检测元件同时连接中央处理电路***，所述一号霍尔检测元件与所述二号霍尔检测元件安装在同一个圆周上，相互之间相差90度电角度安装。
2.根据权利要求1所述的双头型高精度速度传感器，其特征在于所述信号感应头本体安装在齿形反馈圆盘，所述齿形反馈圆盘安装在电机轴上，所述信号感应头本体连接信号电缆。
3.根据权利要求1所述的双头型高精度速度传感器，其特征在于
霍尔检测元件包括霍尔电路，所述霍尔电路连接一号调整电容，所述霍尔电路连接信号放大器，所述信号放大器具有一号管脚、二号管脚和三号管脚，所述三号管脚连接所述霍尔电路，所述一号管脚连接所述二号管脚，所述一号管脚连接所述信号计算分析电路。
4.根据权利要求1所述的双头型高精度速度传感器，其特征在于所述振荡电路包括晶振振荡器，所述晶振振荡器连接二号调整电容和三号调整电容，所述二号调整电容连接所述三号调整电容，所述晶振振荡器连接所述信号计算分析电路，所述信号计算分析电路连接所述信号输出电路。
5.一种双头型高精度速度传感器的工作方法，其特征在于在一号霍尔检测元件检测一个脉冲信号的基础上将信号分为上升沿和下降沿分别检测，将检测到的相邻周期信号的上升沿时间差作为一个信号周期t1，并向外发出一个等时长t1的脉冲信号；将检测到的相邻周期信号的下降沿时间差作为另一个信号周期t2，并向外发出一个等时长t2的脉冲信号；采用一号霍尔检测元件、二号霍尔检测元件两个空间上相差90度电角度的霍尔检测元件分别检测两个脉冲信号的上升沿和下降沿，然后将信号按同步处理，在此基础上对信号再进行倍频处理并在信号检测电路中加装中央处理芯片，按照倍频电路计算出的信号稳定周期采用插值法对下一个信号的特征和信号发生规律进行趋势化计算，预测出将要检测到的信号的周期和频率并作为真实信号输出。
6.根据权利要求2所述的双头型高精度速度传感器，其特征在于齿形反馈圆盘由导磁材料制成，其圆周具有齿状凸起，齿与齿的间隔2-5mm，其轴向厚度不小于10mm；齿形反馈圆盘安装在电机轴上，并与电机轴同步旋转；信号感应头安装在电机端盖上并靠近齿形反馈圆盘安装。
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