专利名称：轴套式光电角位移传感器及设置方法
技术领域：
本发明涉及轴转动圈数及角度的传感器，具体涉及应用于测试仪器设备转动轴转动圈数和角位移的传感器。
背景技术：
目前已有的机械式、码盘式或光栅式等角位移传感器，这些角位移除存在着不能同时满足精度、量程、体积、电信号输出等要求及不能测试轴的转动圈数外，最突出的是存在安装不紧凑的问题，导致使用时的不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种轴套式光电角位移传感器及设置方法，具有精度高、量程大、功能多、体积小、数字电信号输出、能测试轴的转动圈数、安装紧凑等特点，以满足仪器设备转动轴的测试需求。本发明的技术方案如下
一种轴套式光电角位移传感器，其特征在于包括有固定安装在底座上的机壳，有筒轴从下到上依次穿过所述的机壳并与机壳的壳壁转动配合，所述筒轴的端部旋合有内有锥螺纹的三爪夹帽，构成紧固被测试轴的三爪夹头；位于机壳内部的筒轴上分别套装有主动轮、 圈数调制轮和角位移调制轮，所述的主动轮通过齿轮减速机构分别与圈数调制轮和角位移调制轮相啮合；所述的机壳内安装有电路板，所述圈数调制轮的一侧设有圈数槽型双光电断续器，所述角位移调制轮的一侧设有角位移槽型双光电断续器，所述的圈数槽型双光电断续器和角位移槽型双光电断续器分别与电路板电连接，所述圈数调制轮与圈数槽型双光电断续器以及角位移调制轮与角位移槽型双光电断续器一起构成被测试轴的转动信号检测机构；所述的机壳的侧壁上设有通孔并安装有固定头，所述电路板上的接线依次从机壳侧壁上的通孔和固定头中引出并外接轴角位移测试仪。所述的轴套式光电角位移传感器，其特征在于所述的底座上设有固定栓孔，有螺栓穿入固定栓孔将机壳固定在底座上。所述的轴套式光电角位移传感器，其特征在于所述的筒轴为通透圆筒状，筒轴的端部具有三条顺轴线方向且等距的变形通缝，筒轴端部的外侧有锥螺纹，筒轴的中部有固定弹簧固定片的圆周凹槽，筒轴中部的下段部位有凸出的台肩。所述的轴套式光电角位移传感器，其特征在于所述的圈数调制轮为圆套筒外弧面中部连接着一片等宽的圈数调制轮叶轮，圆套筒端面与圈数调制轮叶轮面平行，圆套筒上有固定螺栓孔。所述的轴套式光电角位移传感器，其特征在于所述的圈数槽型双光电断续器包括两个光电断续器，两个光电断续器轴线的平面夹角为15°，每个光电断续器的发射极和接收极分别位于圈数调制轮叶轮转动圆周面的两侧，且每个光电断续器的发射极位于圈数调制轮叶轮面的上方。
所述的轴套式光电角位移传感器，其特征在于所述的角位移调制轮包括处于同一平面上四个结构相同的叶轮，四个结构相同的叶轮面上的中心处有齿轮，齿轮中心有通透的轴孔，相邻叶轮间的夹角为45°。所述的轴套式光电角位移传感器，其特征在于所述的角位移槽型双光电断续器包括二个光电断续器，二个光电断续器轴线的平面夹角为67. 5°，每个光电断续器的发射极和接收极分别位于角位移调制轮叶轮圆周面的两侧，且每个光电断续器的发射极位于角位移调制轮叶轮面的上方。所述轴套式光电角位移传感器的设置方法，其特征在于其具体包括以下步骤
(1)、松开筒轴端部的的三爪夹头帽，把被测试轴套在筒轴上，并安置到位；
(2)、将螺栓穿入底座的固定栓孔内，略拧紧螺栓，使得机壳相对固定在底座上；
(3)、略拧紧筒轴的三爪夹头帽后，松开底座上固定栓孔内的螺栓，让筒轴与被测试轴的位置有所调整，然后再拧紧螺栓，经多次拧紧和松开的调试，最后拧动筒轴的三爪夹头帽紧固被测试轴，让被测试轴与筒轴保持同轴心；
(4)、转动被测试轴，使得被测试轴平稳转动；
(5)、打开轴角位移测试仪，进行被测试轴转动圈数和角度的测试。本发明的轴套式光电角位移传感器基于以下工作原理
被测试轴与轴套式光电角位移传感器的传感接触把该传感器筒轴套于被测试轴上， 经调试安装，拧动传感器筒轴的三爪夹头帽固紧被测试轴，以达到同轴心、同步、安装紧凑的传感接触效果。被测试轴的转动圈数传感在机壳内，筒轴上安置有圈数调制轮，电路板的圈数调制轮位置安置有圈数槽型双光电断续器。圈数调制轮只有1片等宽的叶轮，筒轴转动一周， 圈数调制轮相应转动一周。每次调制叶轮转到圈数槽型双光电断续器槽内，则计1次被测轴转动的圈数。由于调制叶轮转入圈数槽型双光电断续器槽内，是先后分切换两个光电断续器的光线，通过逻辑识别电路，就能得到被测试轴正反的转动方向。所以，被测试轴的任何次序正反方向转动，均能准确测得被测试轴正反方向转动的圈数。被测试轴的角位移传感由筒轴上的主动轮、减速齿轮机构、四个叶轮的角位移调制轮及角位移槽型双光电断续器组成角位移传感的机构，每当主动轮传动一周，经减速齿轮组变速，调制轮将转动上万周，这样的高频率地切换两个槽型光电断续器光线，提高了角位移测量的分辨率；槽型光电断续器是以自身发射与接收光源的定型电子元件，工作可靠， 灵敏度高，所以传感器有较高的测试精度；调制叶轮转入圈数槽型双光电断续器槽内，是先后分切换两个光电断续器的光线，通过逻辑识别电路和可逆计数器计数，就能得到被测试轴的正负角位移量。与已有技术相比，本发明有益效果体现在
(1)、本发明特定的结构形式尤其突出传感器与被测仪器设备的安装紧凑，适用于仪器设备转动轴正反方向的转动圈数和角位移量的测试；在满足转动圈数和角位移测试精度高、量程大的同时，能达到线性度好、环境要求低、体积小、重量轻。(2)、本发明直接将机械信号转换成数字电信号，分辨率高、工作可靠，便于后续的信号处理电路的设置，能够满足自动控制的要求。
图1为本发明轴套式光电角位移传感器设置示意图。图2a、图2b、图2c、图2d分别为本发明轴套式光电角位移传感器正剖视、俯剖视、 俯视、侧视结构示意图。图3a、图3b、图3c分别为本发明轴套轴正剖视、俯视、仰视结构示意图。图4a、图仙、图如分别为本发明圈数调制轮正视、俯视、侧视结构示意图。图5^图恥分别为本发明角位移调制轮正视、俯剖结构示意图。图中标号1机壳、2底座、3筒轴、4三爪夹头帽、5电缆固定头、6电缆、7被测试轴、 8仪器设备；11主动轮、12齿轮减速机构、13圈数调制轮、14圈数槽型双光电断续器、15角位移调制轮、16角位移槽型双光电断续器、17电路板、18弹簧固定片；21变形通缝、22弹簧固定片凹槽、23台肩；31圈数调制轮叶轮、32套筒、33固定螺栓孔；41角位移调制轮叶轮、 42齿轮、43轴孔。
具体实施例方式参见附图，一种轴套式光电角位移传感器，包括有固定安装在底座2上的机壳1， 有筒轴3从下到上依次穿过机壳1并与机壳1的壳壁转动配合，筒轴3的端部旋合有内有锥螺纹的三爪夹帽4，构成紧固被测试轴7的三爪夹头；位于机壳1内部的筒轴3上分别套装有主动轮11、圈数调制轮13和角位移调制轮15，主动轮11通过齿轮减速机构12分别与圈数调制轮13和角位移调制轮15相啮合；机壳1内安装有电路板17，圈数调制轮13的一侧设有圈数槽型双光电断续器14，角位移调制轮15的一侧设有角位移槽型双光电断续器16， 圈数槽型双光电断续器14和角位移槽型双光电断续器16分别与电路板17电连接，圈数调制轮13与圈数槽型双光电断续器14以及角位移调制轮15与角位移槽型双光电断续器16 一起构成被测试轴的转动信号检测机构；机壳1的侧壁上设有通孔并安装有固定头5，电路板17上的接线依次从机壳1侧壁上的通孔和固定头5中引出并外接轴角位移测试仪。底座2上设有固定栓孔，有螺栓穿入固定栓孔将机壳1固定在底座2上。筒轴3为通透圆筒状，筒轴3的端部具有三条顺轴线方向且等距的变形通缝21，筒轴3端部的外侧有锥螺纹，筒轴3的中部有固定弹簧固定片18的圆周凹槽22，筒轴3中部的下段部位有凸出的台肩23。圈数调制轮13为圆套筒32外弧面中部连接着一片等宽的圈数调制轮叶轮31，圆套筒32端面与圈数调制轮叶轮面平行，圆套筒32上有固定螺栓孔33。圈数槽型双光电断续器14包括两个光电断续器，两个光电断续器轴线的平面夹角为15°，每个光电断续器的发射极和接收极分别位于圈数调制轮叶轮31转动圆周面的两侧，且每个光电断续器的发射极位于圈数调制轮叶轮31轮面的上方。角位移调制轮15包括处于同一平面上四个结构相同的叶轮41，四个结构相同的叶轮41轮面上的中心处有齿轮42，齿轮42中心有通透的轴孔43，相邻叶轮间的夹角为 45°。角位移槽型双光电断续器16包括二个光电断续器，二个光电断续器轴线的平面夹角为67. 5°，每个光电断续器的发射极和接收极分别位于角位移调制轮叶轮41圆周面的两侧，且每个光电断续器的发射极位于角位移调制轮叶轮面的上方。
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轴套式光电角位移传感器的设置方法，具体包括以下步骤
(1)、松开筒轴3端部的的三爪夹头帽4，把被测试轴套7在筒轴3上，并安置到位；
(2)、将螺栓穿入底座2的固定栓孔内，略拧紧螺栓，使得机壳1相对固定在底座2上；
(3)、略拧紧筒轴3的三爪夹头帽4后，松开底座2上固定栓孔内的螺栓，让筒轴3与被测试轴7的位置有所调整，然后再拧紧螺栓，经多次拧紧和松开的调试，最后拧动筒轴3的三爪夹头帽4紧固被测试轴7，让被测试轴7与筒轴3保持同轴心；
(4)、转动被测试轴7，使得被测试轴7平稳转动；
(5)、打开轴角位移测试仪，进行仪器设备8的被测试轴7转动圈数和角度的测试。以下结合附图对本发明作进一步的说明
参见图2a、图2b、图2c和图2d，本实施例中轴套式光电角位移传感器的结构形式为方形机壳1固定于底座2，底座2上有固定栓孔。筒轴3从机壳1顶面和底座2的中心通透设置，筒轴3在机壳1的外露端上有三爪夹头帽4，在机壳1内的筒轴3上有主动轮11和圈数调制轮13。筒轴3中部的弹簧固定片18支承于机壳1顶面内侧，下段的台肩23支承于底座2顶面。齿轮减速机构12为一组由大到小依序啮合的传动齿轮，用于驱动角位移调制轮15的是最小从动齿轮。电路板17固定于底座2的支架，电路板17的面板在圈数调制轮13处安置有圈数槽型双光电断续器14，在角位移调制轮15处安置有角位移槽型双光电断续器16。该些调制轮的叶轮和分别置于调制叶轮两侧的光电断续器发射极与接收极，构成转动信号检测机构，转动的调制叶轮以其轮齿在发射极与接收极之间形成光阻隔，以相邻轮齿的齿间在发射极与接收极之间形成透光。机壳1的侧壁上设置有电缆固定头5，电缆6从该固定头5中引出。圈数槽型双光电断续器14的两个光电断续器轴线的平面夹角为15°，每个光电断续器的发射极和接收极分别位于圈数调制轮叶轮31转动圆周面的两侧，且发射极在圈数调制轮31面的上方。角位移槽型双光电断续器16的两个光电断续器轴线的平面夹角为67. 5°，每个光电断续器的发射极和接收极分别位于角位移调制轮叶轮 41圆周面的两侧，且发射极在角位移调制轮叶轮41面的上方。参见图3a、图北和图3c，轴套式光电角位移传感器的筒轴3结构形式为通透圆筒形状，其上端部有三条顺轴线方向且等距的变形通缝21，并外侧有锥螺纹，中部有固定弹簧固定片18的圆周凹槽22，下段部位有凸出的台肩23。筒轴3上端部上旋有内有锥螺纹的三爪夹头帽4，构成紧固被测试轴7的三爪夹头。参见图4a、图4b和图4c，轴套式光电角位移传感器的圈数调制轮13为圆套筒32 外弧面中部连接着一片等宽的圈数调制叶轮31，套筒32端面与圈数调制叶轮31面平行，套筒32上有固定螺栓孔33。参见图fe和图恥，轴套式光电角位移传感器的角位移调制轮15结构形式为同一平面上四个相同的叶轮41，其叶轮41面上的中心处是齿轮42，齿轮42中心有通透的轴孔 43。叶轮41为等长，叶轮41间的夹角为45°。机壳1是用于支承筒轴3、齿轮减速机构12齿轮及保护圈数调制轮13等。底座2 是用于支承筒轴3、齿轮减速机构12齿轮，固定机壳1，安装传感器。筒轴3是用于传递被测试轴的转动圈数和角位移。三爪夹头帽4是用于夹紧被测试轴，与筒轴3传感接触。电缆固定头5是用于固定电缆6。电缆6是用于传输圈数槽型双光电断续器14和角位移槽型双光电断续器16的电信号。主动轮11是用于带动齿轮减速机构12转动。齿轮减速机构12是用于角位移调制轮15变速，放大角位移量。圈数调制轮13是用于切换圈数槽型双光电断续器14的光线。圈数槽型双光电断续器14是用于被测试轴转动圈数的传感源。角位移调制轮15是用于切换角位移槽型双光电断续器16的光线。角位移槽型双光电断续器16是用于被测试轴角位移的传感源。电路板17是用于固定圈数槽型双光电断续器14和角位移槽型双光电断续器16，以及连接电子元件线路。弹簧固定片18是用于限制筒轴3向机壳1 外移动。变形通缝21是用于三爪夹头帽4旋紧后，使筒轴3的上段变形箍紧被测试轴。弹簧固定片凹槽22是用于固定弹簧固定片18。台肩23是用于限制筒轴3向底座2外移动。 圈数调制轮叶轮31是用于切换圈数槽型双光电断续器14的光线。套筒32是用于将圈数调制轮叶轮31安装于筒轴3。固定螺栓孔33是用于把圈数调制轮13固定于筒轴3。角位移调制轮叶轮41是用于切换角位移槽型双光电断续器16的光线。齿轮42是齿轮减速机构12最小从动齿轮。轴孔43是用于安装轴，让角位移调制轮15转动。本发明的性能如下 1.圈数测试
1)精度士 0. 01η。2)量程0 99999η 或-49999 +49999η。2.角位移测试 1)精度士 0.1°。2)分辨率0. 01°。
3)量程-360° 或+360°。
3.被测试轴最大转速150r/min。
4.输出数字信号。
5.工作温度一 10°C 60°C。
6.电源:+5v (开关电源)。
7.机壳尺寸45X40X20mm (长X宽X高)。
8.重量约80克。
权利要求
1.一种轴套式光电角位移传感器，其特征在于包括有固定安装在底座上的机壳，有筒轴从下到上依次穿过所述的机壳并与机壳的壳壁转动配合，所述筒轴的端部旋合有内有锥螺纹的三爪夹帽，构成紧固被测试轴的三爪夹头；位于机壳内部的筒轴上分别套装有主动轮、圈数调制轮和角位移调制轮，所述的主动轮通过齿轮减速机构分别与圈数调制轮和角位移调制轮相啮合；所述的机壳内安装有电路板，所述圈数调制轮的一侧设有圈数槽型双光电断续器，所述角位移调制轮的一侧设有角位移槽型双光电断续器，所述的圈数槽型双光电断续器和角位移槽型双光电断续器分别与电路板电连接，所述圈数调制轮与圈数槽型双光电断续器以及角位移调制轮与角位移槽型双光电断续器一起构成被测试轴的转动信号检测机构；所述的机壳的侧壁上设有通孔并安装有固定头，所述电路板上的接线依次从机壳侧壁上的通孔和固定头中引出并外接轴角位移测试仪。
2.根据权利要求1所述的轴套式光电角位移传感器，其特征在于所述的底座上设有固定栓孔，有螺栓穿入固定栓孔将机壳固定在底座上。
3.根据权利要求1所述的轴套式光电角位移传感器，其特征在于所述的筒轴为通透圆筒状，筒轴的端部具有三条顺轴线方向且等距的变形通缝，筒轴端部的外侧有锥螺纹，筒轴的中部有固定弹簧固定片的圆周凹槽，筒轴中部的下段部位有凸出的台肩。
4.根据权利要求1所述的轴套式光电角位移传感器，其特征在于所述的圈数调制轮为圆套筒外弧面中部连接着一片等宽的圈数调制轮叶轮，圆套筒端面与圈数调制轮叶轮面平行，圆套筒上有固定螺栓孔。
5.根据权利要求1所述的轴套式光电角位移传感器，其特征在于所述的圈数槽型双光电断续器包括两个光电断续器，两个光电断续器轴线的平面夹角为15°，每个光电断续器的发射极和接收极分别位于圈数调制轮叶轮转动圆周面的两侧，且每个光电断续器的发射极位于圈数调制轮叶轮面的上方。
6.根据权利要求1所述的轴套式光电角位移传感器，其特征在于所述的角位移调制轮包括处于同一平面上四个结构相同的叶轮，四个结构相同的叶轮面上的中心处有齿轮， 齿轮中心有通透的轴孔，相邻叶轮间的夹角为45°。
7.根据权利要求1所述的轴套式光电角位移传感器，其特征在于所述的角位移槽型双光电断续器包括二个光电断续器，二个光电断续器轴线的平面夹角为67. 5 °，每个光电断续器的发射极和接收极分别位于角位移调制轮叶轮圆周面的两侧，且每个光电断续器的发射极位于角位移调制轮叶轮面的上方。
8.一种使用权利要求1所述轴套式光电角位移传感器的设置方法，其特征在于其具体包括以下步骤(1)、松开筒轴端部的的三爪夹头帽，把被测试轴套在筒轴上，并安置到位；(2)、将螺栓穿入底座的固定栓孔内，略拧紧螺栓，使得机壳相对固定在底座上；(3)、略拧紧筒轴的三爪夹头帽后，松开底座上固定栓孔内的螺栓，让筒轴与被测试轴的位置有所调整，然后再拧紧螺栓，经多次拧紧和松开的调试，最后拧动筒轴的三爪夹头帽紧固被测试轴，让被测试轴与筒轴保持同轴心；(4)、转动被测试轴，使得被测试轴平稳转动；(5)、打开轴角位移测试仪，进行被测试轴转动圈数和角度的测试。
全文摘要
本发明公开了轴套式光电角位移传感器及设置方法，机壳固定于底座，筒轴从机壳顶面至底座的中心通透设置，筒轴在机壳的外露端上有三爪夹头，在机壳内的筒轴上有主动轮和圈数调制轮，电路板在圈数调制轮处安置有圈数槽型双光电断续器，在角位移调制轮处安置有角位移槽型双光电断续器；将筒轴的三爪夹头固紧被测试轴，被测试轴的转动，带动各调制轮的转动，形成机械信号与电信号的转换。本发明适用于仪器设备的被测试轴正反方向转动圈数和角位移的测试，且精度高、量程大、分辨率好、工作可靠，安装紧凑、便于自动控制。
文档编号G01P13/04GK102226692SQ201110090318
公开日2011年10月26日 申请日期2011年4月12日 优先权日2011年4月12日
发明者崔璨, 戴习民, 朱林, 汤临春, 汪哲荪 申请人:合肥工业大学