[发明专利]一种齿轮传感器

说明书

技术领域

本发明涉及磁性传感器技术领域，特别涉及一种测量机械上齿轮状态的磁性齿轮传感器。

背景技术

齿轮传感器主要应用于自动化控制系统中，以测量齿轮的转速、位置和转动方向。目前，常用的齿轮传感器为光敏传感器和磁性传感器。在机械转动系统中，面对震动、冲击、油污等恶劣环境，磁传感器比光敏传感器具有更大的优势。现有技术中有许多不同类型的磁传感器，例如以霍尔元件、各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件以及磁隧道结元件为敏感元件的磁传感器，其中霍尔传感器具有很大的测量范围，但是灵敏度和测量精度较低，后面几种属于磁电阻型传感元件，具有更高的灵敏度和测量精度。

现有的工业应用中通过在其机械结构中设置齿轮，然后利用齿轮传感器来测量齿轮的状态，如位移量、速度以及位移方向等来测量机件的相应状态。通常传感器的结构为背磁和一个传感单元，该传感单元由两个半桥组成一个梯度全桥输出一路信号。背磁和磁性材料构成的齿轮之间形成一个梯度磁场，当齿轮的齿经过传感器时，磁场的分布发生变化，传感单元的两个半桥分别感应齿轮经过时的磁场变化，然后两个半桥之间形成电势差，输出一路类正弦波信号。对于采用不同传感元件的传感器来说，传感单元沿敏感方向上的桥臂之间的距离D和齿周期的长度P之间具有以下的关系：

对于采用霍尔元件的传感器，有：

P=2·D                                                         (1)

对于采用巨磁电阻元件的传感器，有：

P=4·D                                                         (2)

对于采用磁隧道结元件的传感器，有：

P=2·D                                                         (3)

以上的公式为实际应用中的最优结果，当满足上述条件时，输出幅度最大。我们可以看出，传感器的两个传感单元的输出信号周期依赖于齿间距P，其测量精度依赖于齿的相对大小，也就是齿轮模数比（齿轮半径/齿轮数）。 

现代工业和机械系统要求齿轮传感器要有高精度和高的气隙（Air Gap）距离。对于高精度的要求，传统的方法有两种思路，一个是降低齿轮的模数比来感知齿轮微小的位移。但是低模数比的齿轮成本非常高，且对制作工艺要求高，不容易达到精度要求且容易造成磨损，同时，测量低模数比的齿轮其气隙距离也会非常小，若距离增大则信号量会非常低，测量精度也会随之降低；另外一个思路是采用细分的方法将高模数比齿轮的输出信号细分成小的周期，但是这样是建立在推算的基础上，当齿轮转速不稳定或发生变化时，其误差非常大。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的缺陷提供一种适用于测量高模数比大齿轮的高精度齿轮传感器，具有高精度，高灵敏度，高气隙距离，抗干扰能力强的特点。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种齿轮传感器，位于齿轮齿面上方，其特征在于：其包括多个传感单元、背磁以及外围的控制单元；

所述背磁提供磁场用于磁化齿轮；

所述多个传感单元并排设置，每个传感单元的磁场敏感方向相同，传感单元间的间距小于齿轮的齿距，用于检测背磁和齿轮之间的磁场沿其磁场敏感方向上的分量；

所述控制单元用于提供稳恒电压或电流，同时接收多个传感单元输出的信号，并分析判断齿轮的状态。

其进一步特征在于：所述传感单元包括感应部分和相应的电路；所述每个传感单元的感应部分为单电阻、半桥或全桥结构，所述单电阻、半桥或全桥的桥臂由一个或多个磁性传感元件并联和/或串联组成。所述传感单元的相应的电路可根据需求将原始信号转化为方波或数字信号。

优选的：所述全桥为梯度全桥结构。所述全桥的沿磁场敏感方向上的每个桥臂之间的距离小于齿轮的齿距。

所述磁性传感元件包括且不仅包括霍尔元件、各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件或磁性隧道结元件。其进一步特征还在于：所述背磁为永磁体或电磁铁。 

本发明的齿轮传感器适用于高模数比的齿轮，通过设置多个间距较小的传感单元，分析多路信号实现测量，其测量精度不依赖于齿轮的模数比而依赖于传感单元之间的距离，则在提升测量精度，减小误差的同时实现了大气隙距离的测量。

附图说明

图1是本发明提供的齿轮传感器的结构示意图。

图2是磁电阻元件的输出曲线示意图。