一种可应用于物体线性位移或转角位置的检测方法技术

本发明专利技术涉及一种可应用于物体线性位移或转角位置的检测方法，在本发明专利技术中，位置检测的精度由离散化数列的项差决定，可以根据所需精度，来确定离散化数列的相关特征，如项差，项数等,本发明专利技术将被测量物体和检测单元发生相对位移或相对转动时，检测单元输出余弦及正弦信号，在一个周期内信号的相位角和位移或转角成正比，通过建立构造函数F（x）及H（x），F（x）

【技术实现步骤摘要】
一种可应用于物体线性位移或转角位置的检测方法


[0001]本专利技术涉及一种可应用于物体线性位移或转角位置的检测方法，确切讲是关于一种基于周期内输出信号相位角与被测零件线性位移或转角成正比的位置检测方法。

技术介绍

[0002]使用非接触的方式检测运动零件的运动情况，具有对被检测零件影响小的优点，目前非接触的检测方式应用极广。
[0003]在零件表面附着磁栅尺，将检测单元固定在距离磁栅尺规定的位置，当磁栅尺相对检测单元在规定方向发生相对位移时，检测单元会输出电信号，目前已知的检测单元随相对位移增加，基本都输出一路正弦电压信号和一路余弦电压信号，对这两路信号进行处理，计算出相位角，该相位角和磁栅尺一个周期内的位移量成正比。据此就可以检测出磁栅尺和检测单元的相对位移。
[0004]现有的工程应用中，基本都是通过调理电路对正弦及余弦电压信号进行处理，使调理电路根据正弦及余弦电压信号电压值的相对变化输出脉冲信号，设计具体电路时根据检测精度要求来确定每个磁栅周期生成的脉冲个数，并且每个脉冲对应的位移量相同。这样，根据脉冲个数就可以计算位移量。
[0005]这种测量方法简单有效，但也存在一定问题，首先，测量精度由硬件决定，需根据测量精度要求选择硬件。其次，该方法是通过脉冲数计算相对位置，当因干扰等原因导致脉冲计数错误时，对位置的计算也会错误，绝对位置的错误会传递。
[0006]另外，由于磁场的变化，外界干扰等因素，检测单元输出信号量值可能影响检测结果，如被测零件和检测单元之间没有在检测方向发生相对位移，但其距离变化，则磁场会发生变化，导致输出信号量值变化，若检测方法对量值敏感，则会发生检测错误，如前述情况下，无相对运动，但检测结果会出现运动情况。
[0007]可见一种测量精度与硬件设计无关，通过软件在一定范围内就可以实现调整测量精度的方法，及检测结果对信号量值不敏感的方法，可以有效解决脉冲计数方法的缺陷，其工程应用更可靠，更有效。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种可应用于物体线性位移或转角位置的检测方法，它基于周期内输出信号相位角与被测零件线性位移或转角成正比的位置检测，或确定被检测物体在磁场周期内的绝对位置，实现在一定范围内调整测量精度。
[0009]本专利技术的技术方案是：涉及一种可应用于物体线性位移或转角位置的检测方法，其方法特征是：被测量物体和检测单元发生相对位移或相对转动时，检测单元输出余弦及正弦信号，在一个周期内信号的相位角和位移或转角成正比，步骤包括：构造函数F（x）及H（x），F（x）
∝
x且有F（x+ kπ/4）=F（x）+k
×
F（π/4），H（x）
∝
tanx，在x∈[0,π/4]内将F（x）及H（x）离散化且一一对应，F（x）离散化后记为数列A，H（x）离散化后记为
数列B，项数为N时，令F（π/4）=a
N
，H（π/4）=b
N
。
[0010]由检测单元输出的sinθ
t
和cosθ
t
计算tanθ
t
，根据sinθ
t
和cosθ
t
的数值可以确定θ
t
所处的象限，将相位角记为θ
t = β + kπ/2，β∈[0,π/2]，根据其所处象限确定k值，并由θ
t = β + kπ/2计算tanβ，情况1，θ
t 处于第一象限，当tanθ
t =tanβ≤1时，β∈[0,π/4]，由H（x）函数计算H（β），结合数列B
n
，确定用数列A
n
的项近似表达F（β）的表达式。
[0011]情况2，θ
t 处于第一象限，当tanθ
t =tanβ＞1时，β∈（π/4，π/2]，令β=π/4+η，则η∈[0,π/4]。
[0012]由于故有
…………ꢀ
按情况1确定F（η）的表达式，则F（β）=F（η）+F（π/4）情况3，θ
t 处于第二象限，令θ
t = β + π/2，则β∈[0，π/2]。
[0013]由于故有
…………
当tanβ≤1时，按照情况1求解F（β）的表达式，当tanβ＞1时，按照情况2求解F（β）的表达式数值，最终F（θ
t
）=F（β）+F（π/2）=F（β）+2
×
F（π/4）情况4，θ
t 处于第三象限，令θ
t = β + π，则β∈[0，π/2]。
[0014]由于故有
…………
当tanβ≤1时，按照情况1求解F（β）的表达式，当tanβ＞1时，按照情况2求解F（β）的表达式数值，最终F（θ
t
）=F（β）+F（π）=F（β）+4
×
F（π/4）情况5，θ
t 处于第四象限，令θ
t = β + 3π/2，则β∈[0，π/2]。
[0015]由于故有
…………
当tanβ≤1时，按照情况1求解F（β）的表达式，当tanβ＞1时，按照情况2求解F（β）的表达式数值，最终F（θ
t
）=F（β）+F（3π/2）=F（β）+6
×
F（π/4）若每线性移动距离L，正余弦信号变化一个周期，从周期起始位置发生位移S，对应信号相位角为θ，则有
由于F（θ）正比于θ，故有即
…………
若转动体每转动T角度，正余弦信号变化一个周期，从周期起始位置发生转角γ，对应信号相位角为θ，则有由于F（θ）正比于θ，故有即
…………
将前述计算所得F（θ
t
）代入式或式，即可求得对应位移s
t
或对应转角γ
t
。
[0016]若运动经过一个完整的信号周期，则进行记录，并进行累加，这样任何时刻与起始时刻的相对位移（转角）均可知道，且每个时刻处于对应周期内的具体位置也可知。
[0017]该方法中，位置检测的精度由F（θ）、H（θ）离散化的数列A和B的特征决定，可以根据所需精度，来设计数列A和B。
[0018]本专利技术的优点是：本专利技术中，位置检测的精度由离散化数列的项差决定，可以根据所需精度，来确定离散化数列的相关特征，如项差，项数等,本专利技术将被测量物体和检测单元发生相对位移或相对转动时，检测单元输出余弦及正弦信号，在一个周期内信号的相位角和位移或转角成正比，通过建立构造函数F（x）及H（x），F（x）
∝
x且有F（x+ kπ/4）=F（x）+k
×
F（π/4），H（x）
∝
tanx，在x∈[0,π/4]内将F（x）及H（x）离散化且一一对应，F（x）离散化后记为数列A，H（x）离散化后记为数列B，项数为N时，令F（π/4）=a
N
，H（π/4）=b
N...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可应用于物体线性位移或转角位置的检测方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1：使被测量物体和检测单元发生相对线性位移L或相对转动角度T时，检测单元输出一个周期的余弦及正弦信号，并且，在一个周期内正弦及余弦信号的相位角θ
t
和被测量物体相对零相位角对应位置的位移S
t
或转角γ
t
成正比，即S
t
=L
×
θ
t
/（2π）或者γ
t
=T
×
θ
t
/（2π）；步骤2：构造函数F（x）及H（x），使F（x）正比于x，H（x）正比于tanx，且有F（0）=0，F（x+ kπ/4）=F（x）+k
×
F（π/4），令θ
t
= kπ/4+η
t
，η
t
∈[0,π/4]，则有将t时刻的正余弦信号相位角θ
t
表示为θ
t
= kπ/4+η
t
，η
t
∈[0,π/4]，求得F（η
t
）及F（π/4）值后，可按公式 计算得到被测物体相对零相位角的位移S
t
，或按照公式计算得到被测物体相对零相位角的转角γ
t
:
………………
当0≤x≤π/4时，H（x）与F（x）一一对应，求得tanx后即可得H（x），由H（x）与F（x）一一对应关系可得F（x）;步骤3：不失一般性，假设检测单元输出的正弦及余弦信号的最大幅值为MAX，最小值为0，令MID=MAX/2，用sample（sinθ
t
）表示正弦信号通道t时刻信号采样值，用sample（cosθ
t
）表示余弦信号通道t时刻信号采样值，则可以如下计算tanθ
t
：并根据检测单元输出的正弦及余弦信号采样值，判断对应信号相位角θ
t
所处象限，令θ
t
= kπ/2+β
t
，β
t
∈[0，π/2]，则有可按照表1计算tanβ
t
;表1 信号相位角θ
t
所处象限判断及tanβ
t
计算方法
步骤4：当tanβ
t
≤1时，β
t
∈[0,π/4]，则由tanβ
t
求得H（β
t
），并根据H（x）与F（x）一一对应关系，求得F（β
t
），代入上式即可得F（θ
t
）；当tanβ
t
＞1时，β
t
∈（π/4,π/2]，令β
t
=π/4+η
t
，η
t
∈[0,π/4]，则由可求得，由tanη
t
求得H（η
t
），并根据H（x）与F（x）一一对应关系，求得F（η
t
），代入上式即可得F（θ
t
）。2.根据权利要求1所述的一种可应用于物体线性位移或转角位置的检测方法，其特征是：步骤2中构造函数为F（x）=x，H（x）=tanx，0≤x≤π/4时，将F（x）离散化为等差数列A，等差数列项数为N，公差为ε，首项为a1=C，且有0≤C≤ε，π/4-a
N
≤ε，其中N和ε由检测精度决定，若位移检测精度为ΔS，或者角度检测精度为ΔT，则公差应满足或者，将H（x）=tanx与F（x）一一对应离散化为数列B，则b
n
=tan（a
n
），相应的步骤4中，由tanβ
t
求出F
（β
t
）或由tanη
t
求出F（η
t
）的方法是，将tanβ
t
或tanη
t
在B中排序，有如下两种结果，tanβ
t
=b
k
或者b
k-1
＜tanβ
t
＜b
k
当tanβ
t
=b
k
时，F（β
t
）=a
k
，当b
k-1
＜tanβ
t
＜b
k
时，按照如下任意表达式计算：F（β
t
）=（a
k-1
+a
k
）/2，或者F（β
t
）=a
k-1
或者F（β
t
）=a
k
，对于F（η
t
）按照同样方法进行计算。3.根据权利要求1所述的一种可应用于物体线性位移或转角位置的检测方法，其特征是：步骤2中构造函数F（x）=x，H（x）=N
×
tanx，N的取值和测量精度相关，相位角从零至π/4时，对应位移为L/8，对应转角为T/8，若位移检测精度为ΔS，或者角度检测精度为ΔT，按照线性变化考虑，N取值应满足或者，实际存在非线性情况，N取值需要增大，0≤x≤π/4时，将H（x）离散化为等差数列B，项数为N，公差为1，首项b1=D，0≤D≤1，数列B通项表示为b
n
=b
1+
（n-1），对应的F（x）离散而成的数列为A，a
n
=arctan（b
n
/N），相应的步骤4中，由tanβ
t
求出F（β
t
），由tanη
t
求出F（η
t
）的方法是，将N
×
tanβ
t
或N
×
tanη
t

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晨涛，丁召荣，谢明军，李渊，秦高强，马振人，唐一鸣，
申请(专利权)人：通号西安轨道交通工业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：