[发明专利]轴侧检测的旋转轴角度磁性测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种从轴侧检测旋转轴角度的磁性测量装置及方法，用于各种轴体高速旋转时的角度高精度测量。该磁性测量装置包括：磁场发生元件、磁感应单元以及外部微处理器。磁场发生元件固定在被测旋转轴上，并且与轴体同轴、同步转动。磁感应单元无接触处式安装在磁场发生元件侧面，用于对磁场发生元件的磁场强度与方向的变化进行检测，并计算出被测旋转轴转动角度的数据。外部微处理器与磁感应单元相连，用于读取磁感应单元产生的角度值，并根据修正参数自动校正检测结果，最后将处理后的角度数据经串口向外输出。本发明可实时测量带有旋转轴的被测对象旋转的角度；解决现有角度测量设备易受空间位置影响、成本高、安装困难等问题。

技术领域

本发明涉及一种磁性角度测量装置，特别涉及一种可以从旋转轴侧面测量旋转角度的磁性测量装置及方法。

背景技术

在需要精确角度测量的实际工程应用系统中，确定其实现方法是十分重要的。

目前常见的角度测量设备，有光电式、机械式以及磁电式等。光电式设备虽然应用广泛，但其成本高，寿命短，并且对于恶劣工作环境的适应性较差。机械式设备多为接触式测量，对于安装条件以及精度要求较为苛刻，并且不便于对所测数据进行处理和传输。磁电式传感器精度高，分辨率高，成本低，占用空间小，因此在一些转轴的转动角度测量的场景中具有巨大优势。

在现有的转轴角度磁性测量方法中，大多采用将磁场发生元件固定在旋转轴横截端面上的安装方式，使圆片形永久磁铁圆心正对旋转轴轴心，使其同轴、同步转动。这种测量方式中的配套传感器，甚至包括数据采集分析模块（包括电路板）也要对准磁场发生元件的中心，固定安装在正对的、轴断面外侧的外壳或者支架上，并且需要与磁场发生元件无接触地保留一个固定间隙。这样就需要在转轴端面外侧留出足够的空间以及稳固的支点。

然而在很多应用场景中，旋转轴的两端存在很多空间限制因素：一方面，圆片形永久磁铁无法在其圆心正对旋转轴轴心的位置固定安装，因而无法与旋转轴同轴、同步转动；另一方面，数据采集分析模块及其电路板没有足够的空间和固定点，从而也就无法将其安装在正对磁场发生元件的相应位置。

发明内容

针对上述技术的不足，本发明的目的是提供一种从旋转轴侧面测量旋转轴角度的磁性测量装置及方法。本发明的磁场发生元件与磁感应单元的固定安装方法，可用于解决磁场发生元件安装不当导致磁感应单元检测误差较大的问题。

本发明采用以下技术方案实现：

本发明的轴侧检测的旋转轴角度磁性测量装置，包括磁场发生元件、磁感应单元以及外部微处理器。

所述磁场发生元件通过辅助夹具固定在被测旋转轴上，使得磁场发生元件安装更为稳固且能够与被测旋转轴同轴、同步转动。

所述磁感应单元和外部微处理器设置在磁场发生元件的外侧。当被测旋转轴连同磁场发生元件同步旋转时，磁场方向和磁场强度也随之旋转变化。磁感应单元以非接触方式检测该磁场，并输出代表旋转角度的数字信号给外部微处理器做进一步处理。

进一步的，所述磁场发生元件采用环形久磁铁，充磁方式为径向充磁。

进一步的，所述磁感应单元核心元件为集成了霍尔元件的传感器芯片，采用方形封装。

进一步的，所述辅助夹具包括下层环形柱体平台和上层环形柱体盖板。

采用上述轴侧检测的旋转轴角度磁性测量装置的角度测量方法，是将所述磁感应单元安装在所述磁场发生元件侧面。所述磁感应单元的中心平面与所述环形永久磁铁的环形中心平面尽可能重合。所述传感器芯片方形封装的前侧边，尽可能垂直于所述传感器芯片中心与环形永久磁铁圆心的连线。所述传感器芯片与所述磁场发生元件的间隙为0.1~1mm，尽可能靠近所述磁场发生元件边缘。

所述外部微处理器通过编写SPI通信程序，向所述磁感应单元发送协定好的读取数据指令，获取所述磁感应单元寄存器内代表角度的二进制数据，并将数据进行分析处理以进行传输。