[發明專利]一種磁共振安全的旋轉編碼器及旋轉角度檢測方法有效
| 申請號： | 202110483123.5 | 申請日： | 2021-04-30 |
| 公開（公告）號： | CN113253169B | 公開（公告）日： | 2022-03-01 |
| 發明（設計）人： | 高安柱;黃少平;楊廣中 | 申請（專利權）人： | 上海交通大學 |
| 主分類號： | G01R33/20 | 分類號： | G01R33/20 |
| 代理公司： | 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236 | 代理人： | 胡晶 |
| 地址： | 200240 *** | 國省代碼： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 磁共振 安全 旋轉 編碼器 角度 檢測 方法 | ||
1.一種磁共振安全的旋轉編碼器，其特征在于，包括旋轉軸(101)、偏心輪(121)、軸承(102)、軸套(111)、形狀感知應變片(122)、光纖布拉格光柵傳感器(124)、溫度補償應變片(123)、楔形槽(104)、固定楔子(103)、后蓋(114)和套管(105)；
所述旋轉軸(101)與待測物相連接；所述偏心輪(121)穿設在旋轉軸(101)尾端，并由旋轉軸(101)帶動偏心輪(121)旋轉；
所述軸承(102)安裝在軸套(111)的兩側；所述軸套(111)穿設在旋轉軸(101)上；
所述形狀感知應變片(122)與偏心輪(121)接觸設置，且所述形狀感知應變片(122)和溫度補償應變片(123)安裝在楔形槽(104)，所述固定楔子(103)用于固定形狀感知應變片(122)和溫度補償應變片(123)；
所述光纖布拉格光柵傳感器(124)安裝在形狀感知應變片(122)上，所述光纖布拉格光柵傳感器(124)上的光纖經過后蓋(114)穿過套管(105)與外部光柵解調器相連接；
所述旋轉軸(101)發生旋轉，形狀感知應變片(122)與偏心輪(121)的接觸點的運動軌跡近似為正弦曲線。
2.一種磁共振安全的旋轉編碼器的旋轉角度檢測方法，其特征在于，所述方法包括權利要求1中所述的一種磁共振安全的旋轉編碼器，所述方法包括如下步驟：
步驟1：建立旋轉軸的旋轉角θ與形狀感知應變片(122)與偏心輪(121)的接觸點P點坐標的幾何關系；
步驟2：采用三關節偽剛體模型PRB 3R建立P點坐標與形狀感知應變片(122)的狀態變量B之間的關系；
步驟3：采用鏈式算法求解安裝在形狀感知應變片(122)上的布拉格光柵(125)的應變；
步驟4：由布拉格光柵(125)的波長與應變的關系，得到經過溫度補償后的采集波長與實際形狀感知應變片(122)的應變之間的關系；
步驟5：通過步驟1-4建立的模型，設計相應的匹配算法用于最終的角度檢測。
3.根據權利要求2所述的一種磁共振安全的旋轉編碼器的旋轉角度檢測方法，其特征在于，所述偏心輪在xoy平面上旋轉，K是偏心輪的xoy平面沿著y軸方向與原點O距離最遠的點；當偏心輪旋轉θ時，K沿著圓形軌跡移動到K'點，該軌跡與偏心輪(121)的中心Q的移動軌跡一致；K的運動學表示為如下：
K＝[-rccosθ,rcsinθ+D/2,0]T
其中，rc是偏心半徑，D是偏心輪的直徑。
4.根據權利要求3所述的一種磁共振安全的旋轉編碼器的旋轉角度檢測方法，其特征在于，所述形狀感知應變片(122)的寬度w大于Kr和Kl之間的距離，形狀感知應變片(122)相切于位于K點正上方的曲面KS；
所述Kr和Kl分別表示K點的運動軌跡中的x坐標絕對值最大的兩個點；Kr表示x坐標為負數的點，Kl表示x坐標為正數的點；
所述P點為切點，P點的坐標取決于K點的y坐標；接觸力F的方向為從曲面KS中心指向P點；P點的運動學表示為如下：
P＝[-rccosθ,rscosβ+rcsinθ+D/2,rs-rssinβ]T
其中，rs是曲面KS的半徑，β是接觸力F與y軸正方向的夾角。
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