[發明專利]一種角度傳感器及角度測量方法

有效

• 申請號: 201410074133.3
• 申請日: 2014-03-03
• 公開（公告）號: CN103868451A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 凌云;孔玲爽;袁川來;李勇;羅樹英
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，特別涉及一種旋轉軸平行于水平面的角度傳感器及角度測量方法。

背景技術

旋轉角度傳感器的種類很多，例如，有光學的旋轉編碼器，還有電磁感應式、電容式以及電位器式等多種，他們的特點是精度高，在自動檢測與控制中應用廣泛，但體積大，安裝不便，對諸如啞鈴運動次數計數、仰臥起坐運動次數計數等精度要求不高但需要測量傾斜角度變化的場合無法應用。微加速度傳感器等傾角傳感器在測量過程中容易引入加速度等干擾，抗干擾算法設計復雜，且成本較高。

發明內容

本發明的目的之一在于克服上述現有技術的缺點與不足，提供一種結構合理、價格低、簡單可靠的角度傳感器，可應用到精度要求不高、低速旋轉、旋轉軸平行于水平面的角度測量場合。

本發明的另一目的在于提供上述角度傳感器的角度測量方法。

本發明的技術方案是：一種角度傳感器，由2N個滾珠開關組成；2N個滾珠開關順時針依次沿圓周按照觸發端在前、穩定端在后的方向安裝，或者是采用順時針依次沿圓周按照穩定端在前、觸發端在后的方向安裝；2N個滾珠開關沿圓周均勻分布。?

所述角度傳感器安裝時，旋轉軸應該平行于水平面。

所述滾珠開關是傾斜感應、單方向觸發導通型滾珠開關。

所述N的數值為4、5、6三者之一。

一種上述角度傳感器的角度測量方法，包括，

A、滾珠開關斷開狀態與接通狀態的判定方法是，利用開關電平轉換電路，將滾珠開關的通斷狀態轉換成相應的電平信號，該電平信號作為觸發信號輸出；在檢測時間區間之內，滾珠開關一直沒有輸出觸發信號，則判定為斷開狀態，否則判定為接通狀態。所述檢測時間區間的長短根據滾珠開關在輕微震動狀態下的連續通/斷周期來確定。

B、角度傳感器用角度號來表示當前的旋轉角度與位置，角度號的定義方法是，由2N個滾珠開關組成的角度傳感器共有2N個角度號，每個角度號對應360°/2N區間的旋轉角度；角度傳感器中的滾珠開關按照安裝順序從1至2N依次編號；在角度傳感器處于每個角度號對應的旋轉角度區間的中心位置時，有N個連續編號的滾珠開關斷開，N個連續編號的滾珠開關接通；取連續斷開的N個滾珠開關中最前一個滾珠開關的編號值為角度傳感器的角度號；滾珠開關編號首尾循環相接時，開關2N在開關1之前。

C、角度傳感器的初始角度號確定方法是，由2N個滾珠開關組成的角度傳感器，有連續編號的N－1個滾珠開關斷開、N個滾珠開關斷開、N＋1個滾珠開關斷開等三種初始狀態，在該三種初始狀態的任何一種情況中，取連續斷開的滾珠開關中最前一個滾珠開關的編號值為角度傳感器的初始角度號。

D、角度傳感器旋轉時角度號的確定方法是，由2N個滾珠開關組成的角度傳感器，初始角度號確定后，只有在連續斷開的滾珠開關數量和連續接通的滾珠開關數量同為N個時，才確定連續斷開的滾珠開關中最前一個滾珠開關的編號值為角度傳感器的新角度號。

與現有技術相比，本發明具有如下優點和有益效果：

成本低，易于自制，簡單可靠，測量方法簡單，角度測量方法抗干擾能力強，很容易組成低功耗測量電路，可應用到精度要求不高、低速旋轉、旋轉軸平行于水平面的角度測量場合。

附圖說明

圖1為滾珠開關示意圖。

圖2為8個滾珠開關組成的角度傳感器結構示意圖。

圖3為12個滾珠開關組成的角度傳感器結構示意圖。

圖4為8個滾珠開關組成的角度傳感器的角度1狀態。

圖5為8個滾珠開關組成的角度傳感器的角度1與角度2過度狀態。

圖6為8個滾珠開關組成的角度傳感器的角度2狀態。

圖7為8個滾珠開關組成的角度傳感器的角度7狀態。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。