旋转轴参数测量设备和旋转轴多参数传感器

摘要

本发明公开了一种旋转轴参数测量设备和旋转轴多参数传感器。该设备包括定子、转子、旋转轴多参数传感器、电源电路和光电耦合接收器，电源电路和旋转轴多参数传感器固设于转子上且相互连接，光电耦合接收器固设于定子上，旋转轴多参数传感器包括数字测量电路和光电耦合发射器。本发明通过数字测量电路可测得各转子参数的数字信号，同时可将数字信号通过光电耦合器传输出去，实现了多参数的测量和传输，测量设备的抗干扰能力强，信号的测量和传输稳定，同时，测量装置结构紧凑、体积小、重量轻，可适合各种旋转轴得参数测量，提高了测量装置的使用寿命。

权利要求

1.一种旋转轴多参数传感器，其特征在于，包括：数字测量电路和光电耦合发射器，所述光电耦合发射器和所述数字测量电路固设于转子上，且相互连接，所述光电耦合发射器将所述数字测量电路输出的转子参数的数字信号发射出去；所述数字测量电路包括依次连接的参数测量传感器、信号放大电路和微控制器，所述微控制器与所述光电耦合发射器连接，并输出所述转子参数的数字信号；所述参数测量传感器为转矩信号传感器、转速信号传感器、温度信号传感器、振动信号传感器和压力信号传感器中的一种或多种组合，分别与所述信号放大电路连接。

2.根据权利要求1所述的旋转轴多参数传感器，其特征在于，所述光电耦合发射器由一个以上的发光二极管并联构成，所述发光二极管均匀布设在环形电路板上，所述环形电路板固设于所述转子上，且与所述转子同轴设置。

3.根据权利要求1所述的旋转轴多参数传感器，其特征在于，还包括光电耦合接收器，所述光电耦合接收器设置在与所述光电耦合发射器相对应位置，且所述光电耦合接收器相对于与所述转子配合的定子位置固定。

4.一种旋转轴参数测量设备，包括定子和转子，其特征在于，还包括：

旋转轴多参数传感器、电源电路和光电耦合接收器，所述旋转轴多参数传感器与所述电源电路连接，所述旋转轴多参数传感器和所述电源电路固设于所述转子上，所述旋转轴多参数传感器包括：数字测量电路和光电耦合发射器，所述光电耦合发射器与所述数字测量电路连接，所述光电耦合发射器将所述数字测量电路输出的转子参数的数字信号发射出去；

所述光电耦合接收器设置在与所述光电耦合发射器相对应位置，且所述光电耦合接收器相对于与所述转子配合的定子位置固定；

所述数字测量电路包括依次连接的参数测量传感器、信号放大电路和微控制器，所述微控制器与所述光电耦合发射器连接，并输出所述转子参数的数字信号，所述参数测量传感器为转矩信号传感器、转速信号传感器、温度信号传感器、振动信号传感器和压力信号传感器中的一种或多种组合，分别与所述信号放大电路连接。

5.根据权利要求4所述的旋转轴参数测量设备，其特征在于，所述光电耦合发射器由一个以上的发光二极管并联构成，所述发光二极管均匀布设在环形电路板上，所述环形电路板固设于所述转子上，且与所述转子同轴设置。

6.根据权利要求4所述的旋转轴参数测量设备，其特征在于，所述光电耦合接收器由一个以上的光敏二极管或光敏三极管并联构成，所述光敏二极管或所述光敏三极管均匀布设在环形电路板上，所述环形电路板固设于所述定子上。

7.根据权利要求4所述的旋转轴参数测量设备，其特征在于，所述电源电路包括电源耦合器和电源稳压电路，所述电源稳压电路与所述电源耦合器连接。

说明书

旋转轴参数测量设备和旋转轴多参数传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及测试测量技术领域，特别是涉及一种旋转轴参数测量设备和旋转轴多参数传感器。

背景技术

[0002] 交通工具、生产制造及科学研究等领域，经常需要对各种旋转轴的运行参数进行测量，如对旋转轴的转动力矩、轴向力、振动、温度、压力、速度等参数进行测量，以获知旋转轴的运行状况。特别是在大型的机械生产设备中，由于设备中的各旋转轴工作负荷大，工作时间长，需要实时的获取机械设备中各旋转轴运行过程中的振动、扭矩、压力以及轴向力等参数，并根据该参数实时监控机械设备的安全性能，防止机械设备失效而无不知，消除机械设备的安全隐患，因此，旋转轴的参数测量是非常必要的，特别是随着科技技术的发展，对旋转轴的多个参数实时进行测量变得非常必要。

[0003] 由于旋转轴的转动特性，无法利用常规导线传输测量信号的手段进行旋转轴参数的测量，目前旋转轴测量主要采用以下方式：

[0004] 一种是利用导电滑环的方式实现测量信号的传输。该传输方式可实现对高速旋转轴的测量和传输，但是，在转轴高速转动测试过程中，由于滑动摩擦的存在，导致导电滑环发热大，易对测量信号造成干扰，造成测量结果不稳定，精度低；且滑动摩擦也易造成导电滑环损坏，使用寿命短，需经常维护更换，给旋转轴的测量带来不便，无法实现长时间的测量工作，目前这种测量方式已无法满足实际生产的需要。

[0005] 另一种方式是采用环形变压器实现测量信号的耦合传输，目前该方式被广泛应用。该测量方式主要是在定子(固定在转轴外的外壳)和转子(转轴)上分别固设有线圈，形成旋转变压器，利用变压器耦合的性质实现测量信号的耦合传输。由于需要在转子和定子上分别固设线圈绕组，环形变压器的制作困难，且环形变压器自身体积和重量均较大，转动惯量也大，无法应用于高速旋转和轻质旋转轴的测量；同时，环形变压器的耦合效率也不高，且易发热，变压器自身产生的电磁场也会干扰参数测量，影响信号测量的精度和稳定性。而且，每个环形变压器只能同时实现对一个测量信号的耦合传输，在需要同时测量多个参数时，需要安装多套环形变压器，必然加剧上述问题的严重性。

[0006] 综上所述，现有技术的测量装置中，导电滑环的测量传输方式的寿命短，易损坏，而环形变压器耦合传输方式中，环形变压器制造和组装困难，惯性和体积大，无法实现高速、轻质旋转轴的测量，且现有技术中每个参数的测量均需要单独的输出装置，在进行多个参数测量和输出时，必然造成测量设备体积大、成本高，同时，现有技术中的信号传输过程中均存在信号干扰问题，无法保证参数的测量以及传输的精度和稳定性。

发明内容

[0007] 本发明的目的是提供一种旋转轴参数测量设备和旋转轴多参数传感器，可有效解决现有技术中的技术缺陷，提高了测量装置的测量精度，减小测量装置的体积。

[0008] 为实现上述目的，本发明提供了一种旋转轴多参数传感器，包括：

[0009] 数字测量电路和光电耦合发射器，所述光电耦合发射器和所述数字测量电路固设于转子上，且相互连接，所述光电耦合发射器将所述数字测量电路输出的转子参数的数字信号发射出去。

[0010] 本发明提供了一种旋转轴参数测量设备，包括定子、转子、旋转轴多参数传感器、电源电路和光电耦合接收器，所述旋转轴多参数传感器与所述电源电路连接，所述旋转轴多参数传感器和所述电源电路固设于所述转子上，所述旋转轴多参数传感器包括：

[0011] 数字测量电路和光电耦合发射器，所述光电耦合发射器与所述数字测量电路连接，所述光电耦合发射器将所述数字测量电路输出的转子参数的数字信号发射出去；

[0012] 所述光电耦合接收器固设在与所述光电耦合发射器相对应位置，且所述光电耦合接收器相对于与所述转子配合的定子位置固定。

[0013] 本发明通过数字测量电路获得各转子参数的数字信号，并通过光电耦合器件将数字信号进行耦合传输，实现了非接触式传输；采用数字信号传输，提高了信号传输的质量和稳定性，便于对多种参数的统一管理，数字信号处理方便，可实现对多种参数的同时测量和传输，减少了测量电路的体积和电路之间的干扰，提高了参数测量的实时性和精度；采用光电耦合发射器和光电耦合接收器实现数字信号的传输，减少了测量设备的体积和重量，降低了转子的转动惯量，提高了测量设备的使用寿命，使得测量设备可适合各种轻质、高速旋转轴参数的测量；测量设备的信号传输过程不会产生任何电磁等干扰因素，提高了测量电路和信号传输的可靠性和稳定性，且光电耦合发射器和光电耦合接收器具有较强的抗干扰能力，可适合于各种工业应用现场；光电耦合器性能稳定，不易损坏，提高了测量装置的使用寿命。

[0014] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

[0015] 图1为本发明旋转轴多参数传感器实施例的结构示意图；

[0016] 图2为本发明光电耦合发射器和光电耦合接收器设置的一结构示意图；

[0017] 图3为本发明光电耦合发射器和光电耦合接收器设置的另一结构示意图；

[0018] 图4为本发明旋转轴参数测量设备实施例的结构示意图。

具体实施方式

[0019] 如图1所示，为本发明旋转轴多参数传感器实施例的结构示意图。该传感器包括数字测量电路31和光电耦合发射器32。数字测量电路31固设于转子1上，用于测量并获得各转子参数的数字信号；光电耦合发射器32与数字测量电路31连接，固设于转子1上，接收数字测量电路31输出的各转子参数的数字信号并发射出去。

[0020] 本实施例中的数字测量电路31可对转子旋转运动过程中的多种参数进行测量，如可对转动扭矩、轴向力、振动、温度、压力以及旋转速度等参数的测量，并可将测得的转子参数转换为数字信号。在对多个参数进行测量时，数字测量电路31也可将测试出的每个参数的数字信号按一定的规则先存储起来，并按一定次序对其进行发送，避免多路参数同时发送造成信号传输混乱。同时，数字测量电路31也可对多个参数的测量进行控制，在不同时刻有选择的对一个或多个参数进行测量，避免大量参数同时测量造成信号处理困难。光电耦合发射器32与数字测量电路31连接，用于将数字测量电路31测得的转子参数的数字信号发送出去，该光电耦合发射器32可由各种光电二极管组成。本实施例通过获得转子参数的数字信号并实现数字信号的非接触式传输，提高了信号传输的质量和传输效率，实现了多参数的实时测量和传输。

[0021] 本实施例中，还可包括与光电耦合发射器32对应设置的光电耦合接收器34，且光电耦合接收器34相对于与转子1相配合的定子2位置固定。

[0022] 如图2、3所示，本实施例中的光电耦合发射器32可为多个均匀布设在环形电路板上的多个发光二极管321并联构成，该环形电路板固设在转子1上，且与转子1同轴设置，所有发光二极管321的输入端均连接在一起，该种形式的光电耦合发射器32中的每个发光二极管均可将转子参数的数字信号在同一时刻以光的形式向四周发射出去，使得转子1四周的光电耦合接收器均可接收到该转子参数的数字信号；本实施例中的光电耦合发射器32也可为固设在转子1上的单个发光二极管321，将转子参数的数字信号以光的形式发射出去，可与外部定子2上设置的多个光敏二极管或光敏三极管的光电耦合接收器配合，实现转子参数数字信号的传输。应用中，可根据实际需要，光电耦合发射器32可由单个或多个发光二极管组成，最终保证与设置在定子上的光电耦合接收器之间可连续的进行信号传递，不会造成信号丢失。

[0023] 本实施例还可包括电源电路33，固设于转子1上，用于为数字测量电路31和光电耦合发射器32提供电源。该电源电路33可包括电源耦合器和电源稳压电路，其中，电源耦合器用于将外部电源耦合到转子上，并由电源稳压电路将耦合到转子上的电源转换成稳定电压输出到数字测量电路31和光电耦合发射器32，具体地，该电源耦合器可为变压器耦合装置，其中变压器的主线圈绕设在定子上，次级线圈绕设在转子上，外部的电源最终可通过变压器耦合装置将外部的电源耦合到转子上的电路上，并通过稳压电路将耦合到转子上的电源转换成稳定的电压，并提供给数字测量电路31和光电耦合发射器32，本实施例中的电源耦合器也可以为其它形式的耦合装置，可根据实际需要而设定。

[0024] 本实施例中的数字测量电路31还可包括参数测量传感器311、信号放大电路312和微控制器313。其中，参数测量传感器311用于测量并获得转子参数的模拟信号；信号放大电路312与参数测量传感器311连接，用于对参数测量传感器311输出的转子参数的模拟信号进行放大处理，放大到适合测量的量程；微控制器313与信号放大电路312连接，用于接收信号放大电路312放大处理后的转子参数的模拟信号并转化为数字信号。具体地，本实施例中的参数测量传感器311可为转矩信号传感器、转速信号传感器、温度信号传感器、振动信号传感器和压力信号传感器中的一种或多种组合，且各传感器分别于信号放大电路312连接，实际应用中，根据测试需要，设置一定数量的传感器，以获得所需要的参数。参数测量电路311可分别对转子参数进行测量，获得转子参数的模拟信号，并传给信号放大电路312进行信号放大处理，具体地，信号放大器312可以为集成放大器，包括多个通道的信号放大电路，每个通道分别对参数测量传感器311中的每个传感器测得的参数的模拟信号进行处理，并将处理后的参数的模拟信号分别传送到微控制器313。微控制器313可对各路通道的信号放大器传过来的模拟信号进行模数转换等处理，并按照一定的协议转换为适合串行通讯的数字信号，微控制器313还可对转换后的参数的数字信号进行一定的处理，如排序等处理，并按照一定的次序进行数字信号的输出，提高信号输出的质量和输出效率。本实施例中也可在微控制器313和信号放大电路312中间设置模数转换模块，由模数转换模块对各传感器测得的转子参数的模拟信号进行处理，获得转子参数的数字信号，并传给微控制器313进行相应的处理。

[0025] 具体地，本实施例旋转轴多参数传感器中扭矩、轴向力或拉压力等参数的测量均可采用应变电测原理的传感器，其通过在旋转轴上粘贴应变片，当旋转轴受扭力影响时，粘贴在旋转轴上的应变片阻值发生相应的变化，将具有相同应变特性的应变片组成测量电桥，应变片电阻的变化即可转变为电压信号，实现对旋转轴扭矩、轴向力或拉压力的测量；温度参数的测量可采用热电阻、热电偶或集成的温度传感器作为敏感元件的参数测量传感器，将敏感元件与被测旋转轴紧密接触，该接触式测温可准确的反应出旋转轴温度的变化，当旋转轴温度变化时，温度传感器可将温度变化以电压信号的形式测试出来，实现对温度的测量；振动参数的测量可采用硅压阻式或压电薄膜式器件的振动传感器，按照被测旋转轴的振动方向，将振动器件与被测旋转轴紧密接触，当振动产生时，振动传感器可将振动变化的信号转换为电压信号，实现对振动参数的测量；转速信号的测量可通过设计测速码盘来实现，当测速码盘连续旋转时，通过光电开关输出具有一定周期的脉冲信号，根据码盘的齿数和输出信号的频率，即可计算出旋转轴的转速，实现对转速的测量。具体地，可根据不同的需要，采用各种类型的传感器对需要测量的参数进行测量。

[0026] 本实施例通过数字测量电路获得各转子参数的数字信号，并可将参数的数字信号通过光电耦合发射器发射出去，实现多参数的测量和传输，由于光电耦合发射器采用光的形式对数字信号进行传输，提高了信号的传输效率；光电耦合发射器体积小、重量轻，使得传感器可适合各种高速、轻质旋转轴参数的测量，提高了传感器的使用范围；同时由于光电耦合发射器本身不会产生任何电磁等干扰，保证了数字测量电路的测试和信号的传输精度，提高了旋转轴参数测量的精度和传输的便捷性。

[0027] 如图4所示，为本发明旋转轴参数测量设备实施例的结构示意图。包括转子1、定子2、旋转轴多参数传感器3、光电耦合接收器34和电源电路33。其中，旋转轴多参数传感器3和电源电路33相连，且均固设于转子1上，旋转轴多参数传感器3包括数字测量电路31和光电耦合发射器32，数字测量电路31用于测量并获得各转子参数的数字信号；光电耦合发射器32固设于转子上，与数字测量电路31连接，用于接收数字测量电路输出的转子参数的数字信号，并发射出去；电源电路33用于为数字测量电路31和光电耦合发射器32提供电源；光电耦合接收器34设置在定子2上，用于接收光电耦合发射器32发射出的各转子参数的数字信号。

[0028] 本实施例中的数字测量电路31可对转子旋转运动过程中的多种参数进行测量，如可对转动扭矩、轴向力、振动、温度、压力以及旋转速度等参数的测量，并可将测得的转子参数转换为数字信号。在对多个参数进行测量时，数字测量电路31也可将测试出的每个参数的数字信号按一定的规则先存储起来，并按一定次序对其进行发送，避免多路参数同时发送造成传输混乱。同时，数字测量电路31也可对多个参数的测量进行控制，在不同时刻有选择的对一个或多个参数进行测量，避免大量参数同时测量造成信号的处理困难。光电耦合发射器32与数字测量电路31连接，用于将数字测量电路31测得的转子参数的数字信号发送出去，该光电耦合发射器32可由各种光电二极管组成。定子2上设置的光电耦合接收器34可将光电耦合发射器32发射出的数字信号接收，并将接收到的信号通过信号输出电路4输出到管理中心，如计算机中心等，并由管理中心对参数进行解析、计算等其它处理，满足了各种旋转轴参数测量的需要，本实施例可实现多参数的测量和传输，提高了参数测量和传输的实时性。

[0029] 数字测量电路31可对各转子参数进行统一处理，并将各种参数测量的结果以数字信号的形式发送出去，相比现有技术中每种参数的测量均需要单独的测试和传输电路相比，减小了测试电路的体积，同时也减少了各测量电路之间的干扰，提高了测试的精度和便利性；光电耦合发射器32和光电耦合接收器34实现了信号的非接触传输，且以数字信号的形式传输，抗干扰性能好，提高了信号传输的稳定性；并且，光电耦合发射器32和光电耦合接收器34体积小、重量轻，安装便利，所有信号的传输只需要一对光电耦合发射器和光电耦合接收器即可，极大的减小了整个测量装置的体积，可适合轻质旋转轴参数的测量，同时，由于实现了非接触式信号传输，可适于各种高速旋转轴参数的测量；光电耦合接收器和光电耦合发射器不会产生电磁等干扰因素，本身不会对数字测量电路和信号的传输造成干扰，提高了参数测量的精度和稳定性，可适用于各种工业环境下旋转轴的测量。

[0030] 本实施例中的数字测量电路31可包括参数测量传感器311、信号放大电路312和微控制器313。具体地，可参考本发明旋转轴多参数传感器实施例中的说明，不再赘述。

[0031] 本实施例中的光电耦合发射器32和光电耦合接收器34的设置可参见图2和3。具体地，光电耦合发射器32可为由均匀布设在环形电路板上的多个发光二极管321并联构成，该环形电路板固设在转子1上，且与转子1同轴设置，所有发光二极管321的输入端均并联在一起，如可在环形电路板上设置8个发光二极管，二极管之间均匀分布；同时，固定在定子2上的光电耦合接收器34可为与发光二极管对应的单个光敏二极管341，光敏二极管341与发光二极管321对应设置，保证发光二极管321发射的信号可被光敏二极管341接收到。发光二极管321的均匀分布设置可以将测得的参数的数字信号向四周发射，转子
1转动时光敏二极管341均可接收到数字信号，保证了信号传输的稳定性。光电耦合发射器32也可为固设于转子1上的单个发光二极管321，光电耦合接收器34也可为由均匀布设在环形电路板的多个光敏二极管341并联构成，光敏二极管341的输出端均并联在一起，此种设置方式同样可保证信号传输的精度和信号传输的连续性，不会造成信号丢失。根据实际需要，光电耦合发射器和光电耦合接收器可分别设置合适数量的发光二极管和光敏二极管，只要保证转子转动过程中，保证信号传输不会丢失，设置的光电二极管数量越多，其信号传输的稳定性就越好。此外，本实施例中的光电耦合接收器也可为单个光敏三极管或多个光敏三极管组成。本实施例中的发光二极管可为红外线发光二极管，光敏二极管为红外线接收二极管，红外线光电二极管信号传输质量好、性能稳定提高了测量装置的使用寿命。

[0032] 本发明实施例可通过转子与待测旋转轴连接，由于转子和旋转轴运动性质一样，旋转轴上各参数可通过转子上各参数表现出来，因此，通过对转子上各参数的测量获得旋转轴上参数，实现了对旋转轴参数的测量。

[0033] 本实施例通过数字测量电路获得各转子参数的数字信号，并通过光电耦合器件将数字信号进行耦合传输，实现了非接触式传输；采用数字信号传输，提高了信号传输的质量和稳定性，便于对多种参数的统一管理，数字信号处理方便，可实现对多种参数的同时测量和传输，减少了测量电路的体积和电路之间的干扰，提高了参数测量的实时性和精度；采用光电耦合发射器和光电耦合接收器实现数字信号的传输，减少了测量设备的体积和重量，降低了转子的转动惯量，提高了测量设备的使用寿命，使得测量设备可适合各种轻质、高速旋转轴参数的测量；测量设备的信号传输过程不会产生任何电磁等干扰因素，提高了测量电路和信号传输的可靠性和稳定性，且光电耦合发射器和光电耦合接收器具有较强的抗干扰能力，可适合于各种工业应用现场；光电耦合器性能稳定，不易损坏，提高了测量装置的使用寿命。

[0034] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。