多路绝对式轴角传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种多路绝对式轴角传感器，利用一个机械式光栅码盘实现多路电气独立的轴角信号采集，提供多路电气独立的绝对式角度信号，并能够实现各轴角信号采集通道输出的角度值相同，具有制造成本低、机械结构和装调工艺简单、可靠性高等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多路绝对式轴角传感器，具体为利用同一个光电轴角传感器的机械结构，实现多路电气独立的轴角信号采集，属传感器行业光电传感器

技术介绍
船舶自动操舵仪控制系统中的舵叶角度信号的采集是一个典型的同轴多路轴角信号采集问题，其轴角传感器是控制系统中常用的传感器设备。实际应用中，经常需要解决控制系统中多个子系统(如显示子系统、控制子系统、报警子系统等)或多个不同控制系统需要同一个轴角信号的问题，即同轴多路轴角信号采集问题。针对该问题，一种解决方法是所有子系统共用一个轴角传感器输出的角度信号，该方法的优点是系统结构简单、调试方便、成本低，缺点是系统的可靠性较低，因为当轴角传感器出现故障时会导致所有系统不能正常工作；另一种解决方法是采用多个轴角传感器独立完成各系统的轴角信号采集，该方法的优点是系统的可靠性高，其缺点是系统结构复杂，调试难度大、成本高。船舶自动操舵仪控制系统中的多个子系统(控制、显示、报警等)均需要舵叶角度信号，舵叶角度信号采集由安装舵角传感器的舵角反馈机构完成，为保证船舶自动操舵仪的可靠性，操舵仪中要求具备两套完全独立的控制系统和一套独立的舵角复示系统，因此舵角反馈机构中通常安装有两个相互独立的舵角传感器和一个独立的舵角复示传感器。根据《国家标准》(GJB5743-94)要求，这三个舵角传感器在电气上必须完全独立，其公共部分只能是机械传动机构。目前常见的舵角传感器及信号反馈输出机构，主要采用自整角机、旋转变压器、电位器和绝对式光电编码器作为角度传感器。采用自整角机或旋转变压器作为角度传感器的主要缺点是实现多路舵角信号测量时需多个电机，因此机械结构复杂，并且将其输出的信号转换为舵角数字量时需采用专用的模数转换模块，如中国专利技术专利《高精度CMOS集成电路自整角机/旋转变压器-数字转换技术》(申请号200810023441.8申请日2008-04-14)所采用的方案，其不足之处主要是成本高。采用电位器作为角度传感器的主要缺点同样是实现多路舵角信号测量时需多个电位器，因此机械结构复杂且成本较高，并且电位器存在机械磨损，长期使用后，其电气特性会出现较大变化，进而影响角度测量的线性度、灵敏度和准确性。光电编码器是目前采用较多的一种非接触式角度测量方法，其优点是使用寿命长，抗干扰能力强，可靠性高。其主要缺点为(1)已有的绝对式光电编码器通常只能完成单路轴角信号采集，如中国专利技术专利《一种绝对式光电轴角编码器精码信号幅值自动调整方法》(申请号200910218058. 2申请日2009-12-22)、《绝对式轴角编码器设计方法及编码器》(申请号90107279.6申请日 1990-08-25)及技术专利《密窄码道绝对式轴角光电编码器》(申请号200420025915. X申请日2004-04-01 )、《模块化高位单圈绝对式光电编码器》(申请号200520140334. 5 申请日2005-12-21)，因此采用常见绝对式光电编码器作为船舶舵角传感器，需要多个光电编码器，机械结构复杂且成本高。(2)另一方面，常见的光电编码器通常采用光学玻璃制作码盘，如技术专利 《密窄码道绝对式轴角光电编码器》所公开的码盘等，玻璃码盘的不足之处是抗震性能差。针对船舶自动操舵仪控制系统中涉及的同轴多路轴角信号采集，给出一种利用一个轴角传感器实现多路电气独立的轴角信号采集装置，既符合《国家标准》要求，又可显著的降低轴角传感器设备成本和机械结构的复杂程度，而且提高了系统的可靠性，无疑是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对
技术介绍
所述不足，提供一种多路绝对式轴角传感器，利用一个机械式光栅码盘实现多路电气独立的轴角信号采集，提供多路电气独立的绝对式角度信号，并能够实现各轴角信号采集通道输出的角度值相同，具有制造成本低、机械结构和装调工艺简单、可靠性高等特点。本专利技术的技术方案是多路绝对式轴角传感器，包括红外光发射装置、光栅码盘装置、红外光接收装置、转角输出装置、电源及信号输出装置，其特征在于所述的光栅码盘装置是一个机械式的与轴角同步的旋转码盘，有至少二路相互独立的红外光发射装置、红外光接收装置及转角输出装置；红外光发射装置位于所述的旋转码盘一侧，红外光接收装置及转角输出装置对称的位于所述的旋转码盘的另一侧。其有益效果是多路红外光发射装置、红外光接收装置及转角输出装置，通过旋转码盘进行轴角信号的发射与接收，实现轴角信号的多路独立采集及输出，克服了常规的轴角信号采集方法需要多个光电编码器或多个自整角机和复杂的齿轮装置的不足，简化了机械结构，降低了轴角信号采集的硬件成本。如上所述的多路绝对式轴角传感器，其特征在于所述的光栅码盘装置包括光栅码盘和主轴，所述的主轴包括上主轴和下主轴，所述的下主轴上有一个圆形托盘，所述的圆形托盘中间沿轴线方向上有一个螺杆；所述的上主轴上有一个圆形压盘，所述的圆形压盘中间沿轴线方向上有一个螺孔；所述的光栅码盘位于圆形托盘和圆形压盘之间，通过下主轴圆形托盘上的螺杆与上主轴圆形压盘的螺孔螺旋压接紧固，还有一个锁紧螺母将螺杆锁紧。如上所述的多路绝对式轴角传感器，其特征在于所述的光栅码盘是由高透光性的附铜环氧玻璃纤维板材通过腐蚀加工工艺制成的同心的圆弧形码道，圆弧形码道上被腐蚀掉附铜膜的区域为透光区域，保留附铜的区域为不透光区域。其有益效果是红外光发射与接收装置可通过各码道中的透光或不透光区域，完成同盘多路角度信号采集时的红外光发射与接收，配合转角输出装置上的接收电路完成同盘多路轴角信号采集。本专利技术的有益效果是⑴采用光电技术实现了轴角信号的无接触测量，传感器在使用过程中无机械磨损，具有可靠性高，使用寿命长的优点。⑵采用一个光电码盘实现了轴角信号的同盘多路采集，简化了机械结构，显著降低了轴角信号采集的硬件成本。⑶采用绝对式编码方式采集轴角信号，与增量式编码方式相比，该传感器的输出不受断电影响，可随时提供轴角信号的准确值，无积累误差，抗干扰能力强。⑷光栅码盘采用高透光性的附铜环氧玻璃纤维材料通过腐蚀加工工艺制成，克服了玻璃光栅码盘易碎的缺点，提高了装置的抗震性。附图说明附图1为多路绝对式轴角传感器总体结构示意图； 附图2为多路绝对式轴角传感器构造附图3为同盘两路轴角采集示意图； 附图4为同盘两路轴角采集的原理结构图； 附图5为同盘两路轴角采集的光栅码盘的码道图； 附图6为同盘四路轴角采集示意图； 附图7为同盘四路轴角采集的光栅码盘的码道图； 附图8为同盘η路轴角采集原理示意图； 附图9为同盘η路轴角采集通道原理结构图； 附图10为同盘η路轴角采集通道中的程序流程图。具体实施例方式附图中的标记附图1中，S—红外光发射装置，R—红外光接收及轴角输出装置，D—光栅码盘装置。附图2中，Dl—下主轴，D2—上主轴，D3—光栅码盘，D4—紧固螺丝；Ε1、Ε2—半圆形隔板，Ε3、Ε4—紧固螺丝；Rl—红外光接收电路板，R2—透光隔板，R3—滚珠轴承，R4—轴承压板，R5—轴承安装板；Sl—红外光发射电路板，S2—透光隔板，S3—滚珠轴承，S4—轴承压板，S5—轴承安装板。附图3中，S11、S12—红外光发射器件，Rll、R12—红外光接收器件。附图4中，R15、R22—电源电路，R16、R19—整形电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．多路绝对式轴角传感器，包括红外光发射装置、光栅码盘装置、红外光接收装置、转角输出装置、电源及信号输出装置，其特征在于：所述的光栅码盘装置是一个机械式的与轴角同步的旋转码盘，有至少二路相互独立的红外光发射装置、红外光接收装置及转角输出装置；红外光发射装置位于所述的旋转码盘一侧，红外光接收装置及转角输出装置对称的位于所述的旋转码盘的另一侧。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周岗，陈永冰，刘勇，陈阳，习喜龙，王度桥，李文魁，
申请(专利权)人：海军工程大学，
类型：发明
国别省市：83