基于慣性傳感器的自適應轉速測量系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于慣性傳感器的自適應轉速測量系統，包括轉速檢測器和顯示終端，轉速檢測器內設有加速度計、陀螺儀、第一微處理器、第一無線傳輸模塊和第一供電電池，顯示終端內設有第二無線傳輸模塊、第二微處理器、顯示器和第二供電電池；第一無線傳輸模塊與第二無線傳輸模塊無線連接，加速度計的Z軸和陀螺儀的Z軸均與旋轉體的轉軸平行。本實用新型結合陀螺儀和加速度計的功能，在旋轉體低速轉動時，系統自適應地根據陀螺儀的輸出，計算旋轉體的旋轉半徑，同時輸出轉速，在旋轉體高速轉動時，系統自適應地根據加速度計輸出的向心加速度，并結合低速的計算結果計算處理輸出高速轉速。
【專利說明】基于慣性傳感器的自適應轉速測量系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及旋轉體的轉速測量【技術領域】，尤其涉及一種基于慣性傳感器的自適應轉速測量系統。
【背景技術】
[0002]傳統的轉速測量方法分為兩大類，一類是基于霍爾效應的轉速測量，另一類是基于光電反射的轉速測量。
[0003]霍爾效應測量轉速需要在旋轉體上安裝磁鐵，并在磁鐵的旋轉軌跡上就近安裝霍爾感應器件，通過微處理器檢測霍爾感應器件輸出的開關信號來計算轉速。通過霍爾效應測量轉速的方法存在兩點不足，其一是安裝要求高，磁鐵旋轉軌跡上就近安裝霍爾器件，距離控制困難，其二是在旋轉體低速轉速下需要非常多的磁鐵點形成更多的開關信號，才能有效測量低轉速，但是，通過該方法進行低轉速測量時，需要預先有效的控制磁鐵數量和磁鐵霍爾器件的距離，一旦設計好，轉速測量裝置將不能變動，容易限制了轉速測量的靈活性。
[0004]光電反射測量轉速，是在旋轉體上貼上間斷反光條，外部通過光電檢測模塊檢測反光條的反光脈沖來測量轉速。通過光電反射測量轉速也存在以下兩點不足，其一是反光條貼裝比較麻煩，需要被測旋轉體有平行與轉動軸的圓面，其二是光電測試檢測端要與反光條平行穩定放置，否則測量不穩或者根本無法測量。
[0005]傳統的兩者轉速測量方法均難以靈活和精準的測量出旋轉體在低轉速運動時的轉速，同時在測量設備的安裝上復雜度高。
【發明內容】
[0006]本實用新型所要解決的技術問題是針對現有轉速測量方法存在測量設備結構復雜、不易安裝和低轉速不易測量的問題，提供了一種可以隨意安裝、結構簡單和具有低、高轉速自適應測量功能的基于慣性傳感器的自適應轉速測量系統。
[0007]為解決上述問題，本實用新型的一種技術方案是:
[0008]一種基于慣性傳感器的自適應轉速測量系統，包括安裝在旋轉體上的轉速檢測器和與之進行無線通信的顯示終端，所述轉速檢測器內設有用于輸出旋轉體三軸加速度的加速度計、用于輸出旋轉體三軸角速度的陀螺儀、用于控制及進行數據處理的第一微處理器、用于數據傳送的第一無線傳輸模塊和用于供電的第一供電電池，第一微處理器分別與加速度計、陀螺儀和第一無線傳輸模塊相連，所述顯示終端內設有用于數據傳送的第二無線傳輸模塊、第二微處理器、顯示器和用于供電的第二供電電池，第二微處理器分別與顯示器和第二無線傳輸模塊相連；所述轉速檢測器中的第一無線傳輸模塊與顯示終端中的第二無線傳輸模塊無線連接，所述加速度計的Z軸和陀螺儀的Z軸均與旋轉體的轉軸平行。
[0009]優選地，所述陀螺儀為三軸微機械陀螺儀，加速度計為三軸微機械加速度計。
[0010]優選地，所述第一無線傳輸模塊和第二無線傳輸模塊均為2.4G模塊。[0011]優選地，所述轉速檢測器內還設有用于顯示轉速檢測器運行狀態的指示模塊，指不模塊分別與第一微處理器和第一供電電池相連。
[0012]相比較于現有技術，本實用新型的基于慣性傳感器的自適應轉速測量系統結合陀螺儀和加速度計的功能，在旋轉體低速轉動時，系統自適應地根據陀螺儀的輸出，計算旋轉體的旋轉半徑，同時輸出轉速，在旋轉體高速轉動時，系統自適應地根據加速度計輸出的向心加速度，并結合低速的計算結果計算處理輸出高速轉速；本實用新型中的轉速檢測器可以隨意安裝旋轉體上，安裝方便、無方向和角度要求，有效的解決了低轉速不易精確測量和轉速檢測器不易安裝的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型基于慣性傳感器的自適應轉速測量系統的原理框圖。
[0014]圖2是本實用新型基于慣性傳感器的自適應轉速測量系統中實施例一結構示意圖。
[0015]圖3是本實用新型基于慣性傳感器的自適應轉速測量系統中實施例二結構示意圖。
[0016]圖4是本實用新型基于慣性傳感器的自適應轉速測量系統中實施例三結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例進一步詳細說明本實用新型，但本實用新型的保護范圍并不限于此。
[0018]參照圖1，本實用新型的一種基于慣性傳感器的自適應轉速測量系統，包括安裝在旋轉體上的轉速檢測器和與之相連并進行通信的顯示終端。轉速檢測器內設有加速度計、陀螺儀、第一微處理器、第一無線傳輸模塊、第一供電電池和指不模塊，第一微處理器分別與加速度計、陀螺儀、第一無線傳輸模塊和指示模塊相連，第一供電電池分別與加速度計、陀螺儀、第一微處理器、第一無線傳輸模塊和指示模塊相連，用于轉速檢測器的內部供電。顯示終端內設有第二無線傳輸模塊、第二微處理器、顯示器和第二供電電池，第二微處理器分別與顯示器和第二無線傳輸模塊相連，第二供電電池分別與第二無線傳輸模塊、第二微處理器和顯示器相連，用于顯示終端內部供電。其中，陀螺儀為三軸微機械陀螺儀，加速度計為三軸微機械加速度計。第一無線傳輸模塊和第二無線傳輸模塊均為2.4G模塊。
[0019]所述加速度計用于輸出旋轉體三軸加速度，陀螺儀用于輸出旋轉體三軸角速度，第一微處理用于控制及進行數據處，第一無線傳輸模塊用于數據傳送，第一無線傳輸模塊與第二無線傳輸模塊無線連接，指示模塊用于顯示轉速檢測器運行狀態的，指示模塊為LED燈。在轉速檢測器安裝時，將轉速檢測器固定到旋轉體上，使其不會振動，另外，需要將加速度計的Z軸和陀螺儀的Z軸與旋轉體的轉軸平行設計。
[0020]當旋轉體在低轉速時，由陀螺儀進行檢測輸出三軸角速度，并由第一微處理器輸出計算的轉速，當旋轉體在高轉速時，由加速度進行檢測輸出三軸加速度，由第一微處理器結合陀螺儀檢測的結果計算并輸出的轉速。第一微處理器輸出的計算結果由第一無線傳輸模塊傳送到第二無線傳輸模塊中，在第二微處理器的控制下，輸出到顯示器顯示。[0021]實施例一
[0022]通過本實用新型的系統實現旋轉體的低、高轉速自適應測量功能，包括以下兩種情形:
[0023]第一種情形:旋轉體處于低速轉動時，由陀螺儀進行轉速測量，所述低速轉動為旋轉體的轉速在陀螺儀的測量范圍內，目前三軸微機械陀螺儀的測量范圍僅2000度/秒，約330轉/分，即旋轉體的轉速小于等于330轉/分時，屬于低速轉動范圍。此時，陀螺儀輸出的三軸角速度的向量合成即為旋轉體的轉速值。陀螺儀輸出旋轉體的三軸角速度到第一微處理器中處理，得到旋轉體的轉速值，第一微處理器將轉速值通過第一無線傳輸模塊傳送到顯示終端中顯示，同時第一微處理器計算并保存旋轉體的旋轉半徑，所述旋轉半徑為轉速檢測器到旋轉體轉軸的距離。其中，第一種情形中計算得到的旋轉半徑為旋轉半徑關于加速度計上各軸轉動向心加速度的計算表達式。
[0024]任意時刻，陀螺儀的轉速方向與向心加速度的方向垂直，所以空間內三維向心加速度與三維轉速滿足以下公式，旋轉半徑關于加速度計上各軸轉動向心加速度的計算表達式由以下公式計算得到:
【權利要求】
1.一種基于慣性傳感器的自適應轉速測量系統，包括安裝在旋轉體上的轉速檢測器和與之進行無線通信的顯示終端，其特征在于，所述轉速檢測器內設有用于輸出旋轉體三軸加速度的加速度計、用于輸出旋轉體三軸角速度的陀螺儀、用于控制及進行數據處理的第一微處理器、用于數據傳送的第一無線傳輸模塊和用于供電的第一供電電池，第一微處理器分別與加速度計、陀螺儀和第一無線傳輸模塊相連，所述顯示終端內設有用于數據傳送的第二無線傳輸模塊、第二微處理器、顯示器和用于供電的第二供電電池，第二微處理器分別與顯示器和第二無線傳輸模塊相連；所述轉速檢測器中的第一無線傳輸模塊與顯示終端中的第二無線傳輸模塊無線連接，所述加速度計的Z軸和陀螺儀的Z軸均與旋轉體的轉軸平行。
2.根據權利要求1所述的基于慣性傳感器的自適應轉速測量系統，其特征在于，所述陀螺儀為三軸微機械陀螺儀，加速度計為三軸微機械加速度計。
3.根據權利要求1所述的基于慣性傳感器的自適應轉速測量系統，其特征在于，所述第一無線傳輸模塊和第二無線傳輸模塊均為2.4G模塊。
4.根據權利要求1所述的基于慣性傳感器的自適應轉速測量系統，其特征在于，所述轉速檢測器內還設有用于顯示轉速檢測器運行狀態的指示模塊，指示模塊分別與第一微處理器和第一供電電池相連。
【文檔編號】G08C17/02GK203629581SQ201320893836
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】鄧登峰, 汪建平 申請人:杭州士蘭微電子股份有限公司