專利名稱：微型電渦流角度傳感器及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種角度傳感器，特別是一種微型電渦流角度傳感器及其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
目前公知的角度傳感器主要使用碼盤、圓光柵、圓磁柵、旋轉(zhuǎn)電位計或霍爾元件作為傳感單位。這些傳感角度的傳感器由于自身的特點(diǎn)很難應(yīng)用于對傳感器體積要求非?？量痰膱龊?，比如用在直徑小于Φ10的扇形掃描探頭內(nèi)。
其中碼盤、圓光柵、圓磁柵需要使用較大的事先記錄刻度信息的圓盤，其直徑在10mm以上，并且使用這三種方法進(jìn)行角度測量需要較大的讀數(shù)頭，使得傳感器的整體體積較大，對于傳感器體積要求非?？量痰膱龊喜⒉贿m用。
旋轉(zhuǎn)電位計使用接觸測量的方法，旋轉(zhuǎn)時需要一定的驅(qū)動力，并且其壽命也受到限制，因此其不宜用在高精度、長時間使用的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動系統(tǒng)中作為角度測量元件。
使用霍爾元件的角度傳感器雖然也是非接觸測量，但是其精度較低，一般在2°以上。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有角度傳感器在體積和精度方面的不足，本發(fā)明提出了一種高精度、小體積、測量范圍大的電渦流角度傳感器。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的電渦流角度傳感器的技術(shù)方案如下。
一種微型電渦流角度傳感器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是利用于旋轉(zhuǎn)過程具有不同切入電感交變磁場中的面積的渦流片，產(chǎn)生不同電渦流效應(yīng)強(qiáng)度，引起電感量的變化，通過對電感量的測量來實(shí)現(xiàn)角度測量。
所述的微型電渦流角度傳感器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是所述切入電感交變磁場中的渦流片具有漸開線輪廓，使在旋轉(zhuǎn)過程中切入電感交變磁場中的渦流片的面積隨旋轉(zhuǎn)角度的變化呈線性變化。
本發(fā)明還提供一種用所述方法所實(shí)現(xiàn)的微型電渦流角度傳感器，其特征是一旋轉(zhuǎn)軸，于該旋轉(zhuǎn)軸上垂直固設(shè)一具有漸開線輪廓的導(dǎo)電渦流片；一環(huán)形電感線圈，該環(huán)形電感線圈繞設(shè)于具有渦流槽的磁環(huán)上；所述具有漸開線輪廓的導(dǎo)電渦流片的旋轉(zhuǎn)軸與所述磁環(huán)軸線相交設(shè)置，且漸開線輪廓的導(dǎo)電渦流片切入所述磁環(huán)的渦流槽內(nèi)；一高頻電流源接電感線圈，向電感線圈提供恒定幅值的正弦電流；于電感線圈的兩端連接一正弦電壓幅值檢測裝置。
所述的微型電渦流角度傳感器，其特征是所述導(dǎo)電渦流片是一種不導(dǎo)磁的導(dǎo)電金屬片。
所述的微型電渦流角度傳感器，其特征是所述磁環(huán)是錳-鋅鐵氧體磁環(huán)。
所述的微型電渦流角度傳感器，其特征是所述繞設(shè)于磁環(huán)上的環(huán)形電感線圈是用線徑小于0.1mm的銅漆包線繞成。
所述的微型電渦流角度傳感器，其特征是所述高頻電流源是由正弦信號發(fā)生器和電壓/電流轉(zhuǎn)換器所組成，正弦信號發(fā)生其提供一定頻率的正弦電壓經(jīng)電壓/電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為正弦電流。
所述的微型電渦流角度傳感器，其特征是所述的正弦電壓幅值檢測裝置包含一連接所述電感線圈兩端的正弦電壓信號解調(diào)模塊。
本發(fā)明的電渦流角度傳感器是利用具有漸開螺旋線輪廓的渦流片旋轉(zhuǎn)引起電渦流作用面積的變化來改變電渦流效應(yīng)強(qiáng)度，直接進(jìn)行角度測量，能夠?qū)崿F(xiàn)超小體積、高精度的大角度測量。
本發(fā)明和背景技術(shù)相比具有的有益效果是使用了具有漸開螺旋線輪廓的導(dǎo)電渦流片作為渦流片，使用電渦流的面積效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)角度檢測。它能夠?qū)崿F(xiàn)非常小的體積，其中渦流片的體積可以小于4mm×4mm×0.3mm，磁環(huán)的體積可以小于Φ3mm×1mm，并且該傳感器能嵌入到設(shè)備的其他部分里，進(jìn)一步減少其體積。此外，高精度的渦流片輪廓能夠保證該種角度傳感器的精度能達(dá)到0.1°以下；選擇大旋轉(zhuǎn)角度的渦流片，能夠保證該種角度傳感器的測量范圍達(dá)到300°以上。
為對本發(fā)明的特征功效有進(jìn)一步了解，茲列舉具體實(shí)施例并結(jié)合附圖詳細(xì)說明如下。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施例的角度傳感單元結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是角度傳感器的電路框圖。
圖3為圖1所示的角度傳感器的輸出特性。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所提供的一種微型電渦流角度傳感器的實(shí)現(xiàn)方法是利用一與被測物件同步旋轉(zhuǎn)的渦流片，該渦流片在旋轉(zhuǎn)過程中隨旋轉(zhuǎn)角度的不同而具有不同切入電感交變磁場中的面積，使產(chǎn)生不同電渦流效應(yīng)強(qiáng)度，將引起電感量發(fā)生變化，當(dāng)向電感輸入一定大小的高頻電流時，則電感兩端的電壓幅值將隨旋轉(zhuǎn)角度而變化，通過對電壓幅值的測量即可實(shí)現(xiàn)角度測量。
為使電壓的測量電路簡化，所述切入電感交變磁場中的渦流片具有相對于旋轉(zhuǎn)中心的漸開線輪廓，使在旋轉(zhuǎn)過程中切入電感交變磁場中的渦流片的面積隨旋轉(zhuǎn)角度的變化呈線性變化，從而使所測電壓幅值的數(shù)值可直接對應(yīng)成旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)值。
本發(fā)明還提供一種用上述方法所實(shí)現(xiàn)的微型電渦流角度傳感器(如圖1所示)，該電渦流角度傳感器具有一旋轉(zhuǎn)軸2，于該旋轉(zhuǎn)軸2上垂直固設(shè)一具有相對于旋轉(zhuǎn)中心的漸開線輪廓6的電渦流片1；該旋轉(zhuǎn)軸2樞設(shè)于傳感器殼體的軸孔中，其外伸端供連接被測角度的物體。一環(huán)形電感線圈4，該環(huán)形電感線圈4繞設(shè)于具有渦流槽5的磁環(huán)3上；所述具有漸開線輪廓的導(dǎo)電渦流片1的旋轉(zhuǎn)軸2與所述磁環(huán)軸線相交設(shè)置(如正交設(shè)置)，并使具有漸開線輪廓的導(dǎo)電渦流片1切入所述磁環(huán)3的渦流槽5內(nèi)，且可隨旋轉(zhuǎn)軸2的轉(zhuǎn)角的不同而線性地改變切入渦流槽5內(nèi)的面積。當(dāng)切入渦流槽5內(nèi)的導(dǎo)電渦流片的面積越大(即深度越深)則電感線圈所呈現(xiàn)的電感量越小，當(dāng)保持加入到電感線圈中的高頻電流幅值不變時，則電感線圈兩端的電壓也將隨旋轉(zhuǎn)角度成線性變化，所測電壓的數(shù)值可直接對應(yīng)成旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)值。
在圖1具體實(shí)施例中，所述磁環(huán)是錳-鋅鐵氧體磁環(huán)，磁環(huán)上所設(shè)渦流槽5的寬度略大于渦流片1的厚度。所述導(dǎo)電渦流片是一種不導(dǎo)磁的導(dǎo)電金屬片，其厚度應(yīng)大于1.5倍趨膚深度。為了保證線性度，渦流片的漸開線輪廓6在渦流片1擺動過程中切入渦流槽5的深度應(yīng)小于渦流槽5本身的深度。
所述繞設(shè)于磁環(huán)上的環(huán)形電感線圈4是用線徑小于0.1mm的銅漆包線繞構(gòu)成。較佳地，電感線圈4采用直徑為0.06mm的銅芯漆包線繞制，繞制圈數(shù)100匝。在電感線圈4兩端施加150KHz的電流信號，通過對電感線圈4兩端的電壓信號進(jìn)行幅值解調(diào)，即可以得到電感線圈4電感的變化量，即得到了渦流片的擺動角度。
圖2是本發(fā)明微型電渦流角度傳感器的電路圖，一高頻電流源接于所述電感線圈的兩端，所述高頻電流源是由正弦信號發(fā)生器7和電壓/電流轉(zhuǎn)換器8所組成，正弦信號發(fā)生器7提供一定頻率的正弦電壓，經(jīng)電壓/電流轉(zhuǎn)換器8轉(zhuǎn)換為正弦電流，以供給電感線圈4一恒定的高頻電流。于電感線圈4的兩端連接一正弦電壓幅值檢測裝置。所述的正弦電壓幅值檢測裝置是檢測正弦電壓幅值的解調(diào)模塊9，正弦電壓信號解調(diào)模塊9接電感線圈，正弦電壓信號解調(diào)模塊9拾取該電壓信號并對其進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)輸出為與渦流片擺角線性對應(yīng)的電壓信號。
圖3為圖1中的角度傳感器的輸出特性。通過選擇合理的渦流片漸開線輪廓6和渦流槽5深度，該種電渦流角度傳感器最大能測量300°的旋轉(zhuǎn)角度。通過加工高精度的渦流片漸開線輪廓6，該種電渦流角度傳感器的測量精度能達(dá)到0.1°。
權(quán)利要求
1.一種微型電渦流角度傳感器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是利用于旋轉(zhuǎn)過程具有不同切入電感交變磁場中的面積的渦流片在交變磁場中產(chǎn)生不同電渦流效應(yīng)強(qiáng)度，引起電感量的變化，通過對電感量的測量來實(shí)現(xiàn)角度測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型電渦流角度傳感器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是所述切入電感交變磁場中的渦流片具有漸開線輪廓，使在旋轉(zhuǎn)過程中切入電感交變磁場中的渦流片的面積隨旋轉(zhuǎn)角度的變化呈線性變化。
3.一種用權(quán)利要求1的方法所實(shí)現(xiàn)的微型電渦流角度傳感器，其特征是一旋轉(zhuǎn)軸，于該旋轉(zhuǎn)軸上垂直固設(shè)一具有漸開線輪廓的導(dǎo)電渦流片；一環(huán)形電感線圈，該環(huán)形電感線圈繞設(shè)于具有渦流槽的磁環(huán)上；所述具有漸開線輪廓的導(dǎo)電渦流片的旋轉(zhuǎn)軸與所述磁環(huán)軸線相交設(shè)置，且漸開線輪廓的導(dǎo)電渦流片切入所述磁環(huán)的渦流槽內(nèi)；一高頻電流源接電感線圈，向電感線圈提供恒定幅值的正弦電流；于電感線圈的兩端連接一正弦電壓幅值檢測裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型電渦流角度傳感器，其特征是所述導(dǎo)電渦流片是一種不導(dǎo)磁的導(dǎo)電金屬片。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型電渦流角度傳感器，其特征是所述磁環(huán)是錳—鋅鐵氧體磁環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型電渦流角度傳感器，其特征是所述繞設(shè)于磁環(huán)上的環(huán)形電感線圈是用線徑小于0.1mm的銅漆包線繞成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型電渦流角度傳感器，其特征是所述高頻電流源是由正弦信號發(fā)生器和電壓/電流轉(zhuǎn)換器所組成，正弦信號發(fā)生其提供一定頻率的正弦電壓經(jīng)電壓/電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為正弦電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型電渦流角度傳感器，其特征是所述的正弦電壓幅值檢測裝置是檢測正弦電壓幅值的解調(diào)裝置。
全文摘要
本發(fā)明的電渦流角度傳感器是利用具有漸開螺旋線輪廓的渦流片旋轉(zhuǎn)引起電渦流作用面積的變化來改變電渦流效應(yīng)強(qiáng)度，直接進(jìn)行角度測量，能夠?qū)崿F(xiàn)超小體積、高精度的大角度測量。
文檔編號G01D5/12GK1667350SQ20051006650
公開日2005年9月14日 申請日期2005年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月27日
發(fā)明者王健發(fā), 王雪喬, 徐亮禹 申請人:天津市索維電子技術(shù)有限公司