多功能复合型传感器及其工作方法
阅读说明：本技术 多功能复合型传感器及其工作方法 (Multifunctional composite sensor and working method thereof ) 是由 吕华 于 2021-09-13 设计创作，主要内容包括：本发明属于传感器技术领域,具体涉及一种多功能复合型传感器及其工作方法,其中多功能复合型传感器包括：底座,角度检测装置,角度检测装置设置在所述底座上,角度检测装置适于检测待检测器件的旋转角度；若干扭矩检测装置,所述扭矩检测装置沿角度检测装置的边沿周向等距设置在底座上,所述扭矩检测装置适于在各自量程下检测待检测器件的扭矩；角度检测装置与扭矩检测装置配合同时检测待检测器件的旋转角度和扭矩,以及根据扭矩,角度检测装置适于切换扭矩检测装置,以在对应量程下检测待检测器件的扭矩,实现了同时检测扭矩和转角,并且在需要同时检测扭矩和转角时可以更换扭矩检测的量程,以更换扭矩检测的精度,提高了扭矩检测的精度。(The invention belongs to the technical field of sensors, and particularly relates to a multifunctional composite sensor and a working method thereof, wherein the multifunctional composite sensor comprises the following components: the device comprises a base and an angle detection device, wherein the angle detection device is arranged on the base and is suitable for detecting the rotation angle of a device to be detected; the torque detection devices are circumferentially and equidistantly arranged on the base along the edge of the angle detection device and are suitable for detecting the torque of the device to be detected under respective measuring ranges; the angle detection device is matched with the torque detection device to simultaneously detect the rotation angle and the torque of the device to be detected, and is suitable for switching the torque detection device according to the torque, so that the torque of the device to be detected is detected under a corresponding range, the torque and the rotation angle are simultaneously detected, the range of torque detection can be replaced when the torque and the rotation angle are required to be simultaneously detected, the torque detection precision is replaced, and the torque detection precision is improved.)
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种多功能复合型传感器及其工作方法。
背景技术
在实验室中测试待检测器件的旋转角度和扭矩的场景十分繁复，例如需要独立检测待检测器件的旋转角度和扭矩，也需要同时检测待检测器件的旋转角度和扭矩，在同时检测待检测器件的旋转角度和扭矩时需要在相应量程精度下检测扭矩。
因此，基于上述技术问题需要设计一种新的多功能复合型传感器及其工作方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种多功能复合型传感器及其工作方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多功能复合型传感器，包括：
底座，
角度检测装置，所述角度检测装置设置在所述底座上，所述角度检测装置适于检测待检测器件的旋转角度；
若干扭矩检测装置，所述扭矩检测装置沿角度检测装置的边沿周向等距设置在底座上，所述扭矩检测装置适于在各自量程下检测待检测器件的扭矩；
角度检测装置与扭矩检测装置配合同时检测待检测器件的旋转角度和扭矩，以及
根据扭矩，角度检测装置适于切换扭矩检测装置，以在对应量程下检测待检测器件的扭矩。
进一步，所述角度检测装置包括：转台、角度传感器、第一转帽和传动机构；
所述转台嵌设在底座上；
所述扭矩检测装置沿转台的边沿周向等距设置在底座上；
所述传动机构设置在所述转台上；
所述角度传感器设置在所述转台上；
所述第一转帽的底面与所述角度传感器的转头固定连接；
所述第一转帽的顶面设置有第一凹槽，以固定待检测器件；
所述第一转帽的外侧壁上周向设置有若干第一凸起；
所述第一转帽适于通过第一凸起与传动机构啮合；
待检测器件转动时通过第一转帽带动角度传感器的转头同步转动，以检测待检测器件旋转角度，在第一转帽转动时带动传动机构同步转动；以及
转台适于带动传动机构移动，使传动机构移动至各扭矩检测装置处，传动机构与扭矩检测装置啮合。
进一步，所述传动机构包括：固定轴、支撑板和传动齿轮；
所述固定轴设置在转台上；
所述支撑板套设在固定轴上，并且与固定轴固定；
所述传动齿轮套设在所述固定轴上，并且设置在支撑板上；
所述传动齿轮与第一转帽的第一凸起啮合，在第一转帽转动时传动齿轮同步转动。
进一步，所述转台上开设有凹槽，所述角度传感器的座台设置在凹槽内；
所述座台与凹槽底面之间通过弹簧连接，通过弹簧支撑座台；
所述凹槽的内壁上开设有两层限位槽；
所述座台的侧壁上设置有凸块，所述凸块与限位槽适配；
通过按压座台使座台向凹槽内部移动，通过凸块嵌入各层限位槽，以调节座台伸出凹槽的高度。
进一步，所述扭矩检测装置包括：移动机构和扭矩检测机构；
所述移动机构设置在所述底座上；
所述扭矩检测机构设置在所述移动机构上；
所述移动机构适于带动扭矩检测机构靠近或远离角度检测装置。
进一步，所述移动机构包括：电机、滑块和滑轨；
所述滑轨设置在所述底座上；
所述滑块设置在所述滑轨上，并且滑块与滑轨适配；
所述电机设置在所述底座上，所述电机与所述滑块连接；
所述扭矩检测机构设置在所述滑块上；
所述电机适于驱动所述滑块沿所述滑轨移动，以带动所述扭矩检测机构靠近或远离角度检测装置。
进一步，所述扭矩检测机构包括：连接轴、电阻应变片和第二转帽；
所述连接轴设置在所述滑块上；
所述电阻应变片设置在所述连接轴上；
所述第二转帽设置在所述连接轴上，并且第二转帽在连接轴上转动；
所述第二转帽的顶面设置有第二凹槽，以固定待检测器件；
所述第二转帽的外侧壁上周向设置有若干第二凸起；
所述第二转帽适于通过第二凸起与传动齿轮啮合；
第二转帽上的待检测器件转动时带动第二转帽在连接轴上转动，使连接轴上的电阻应变片发生扭转，以检测待检测器件的扭矩；
电机驱动滑块沿滑轨移动，带动连接轴向角度检测装置移动，使第二转帽通过第二凸起与传动齿轮啮合，在第一转帽上的待检测器件转动时通过传统齿轮和第二凸起带动第二转帽转动，以同时检测第一转帽上待检测器件的旋转角度和扭矩；
并且在检测扭矩后当前扭矩检测装置的电机驱动滑块沿滑轨移动使第二转帽远离传动齿轮，使第二转帽与传动齿轮的啮合脱离，此时转台带动传动齿轮移动至与检测的扭矩对应量程的扭矩检测装置，对应量程的扭矩检测装置中电机带动第二转帽与传动齿轮啮合，以再次同步检测扭矩和旋转角度。
另一方面，本发明还提供一种上述多功能复合型传感器的工作方法，包括：
单独检测待检测器件的旋转角度；
在各量程下独立检测待检测器件的扭矩；以及
在所需量程下同时检测待检测器件的扭矩和旋转角度。
本发明的有益效果是，本发明通过底座，角度检测装置，所述角度检测装置设置在所述底座上，所述角度检测装置适于检测待检测器件的旋转角度；若干扭矩检测装置，所述扭矩检测装置沿角度检测装置的边沿周向等距设置在底座上，所述扭矩检测装置适于在各自量程下检测待检测器件的扭矩；角度检测装置与扭矩检测装置配合同时检测待检测器件的旋转角度和扭矩，以及根据扭矩，角度检测装置适于切换扭矩检测装置，以在对应量程下检测待检测器件的扭矩，实现了同时检测扭矩和转角，并且在需要同时检测扭矩和转角时可以更换扭矩检测的量程，以更换扭矩检测的精度，提高了扭矩检测的精度。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所涉及的多功能复合型传感器的结构示意图；
图2是本发明所涉及的多功能复合型传感器的部分剖视图。
图中：
1为底座；
2为角度检测装置、21为转台、211为凹槽、212为弹簧、213为限位槽、
22为角度传感器、221为转头、222为座台、223为凸块、23为第一转帽、231为第一凹槽、232为第一凸起、24为传动机构、241为固定轴、242为支撑板、243为传动齿轮；
3为扭矩检测装置、31为移动机构、311为电机、312为滑块、313为滑轨、32为扭矩检测机构、321为连接轴、322为电阻应变片、323为第二转帽、3231为第二凹槽、3232为第二凸起。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1、图2所示，本实施例1提供了一种多功能复合型传感器，包括：底座1，角度检测装置2，所述角度检测装置2设置在所述底座1上，所述角度检测装置2适于检测待检测器件的旋转角度；若干扭矩检测装置3，所述扭矩检测装置3沿角度检测装置2的边沿周向等距设置在底座1上，所述扭矩检测装置3适于在各自量程下检测待检测器件的扭矩；每个角度检测装置2可以有不同的量程和精度；角度检测装置2可以独立检测待测器件的旋转角度；扭矩检测装置3可以独立检测待测器件的扭矩，并且各扭矩检测装置3可以一起检测扭矩；角度检测装置2与扭矩检测装置3配合同时检测待检测器件的旋转角度和扭矩，以及根据扭矩，角度检测装置2适于切换扭矩检测装置3，以在对应量程下检测待检测器件的扭矩，实现了同时检测扭矩和转角，并且在需要同时检测扭矩和转角时可以更换扭矩检测的量程，以更换扭矩检测的精度，提高了扭矩检测的精度。
在本实施例中，所述角度检测装置2包括：转台21、角度传感器22、第一转帽23和传动机构24；所述转台21嵌设在底座1上；所述扭矩检测装置3沿转台21的边沿周向等距设置在底座1上；所述传动机构24设置在所述转台21上；所述角度传感器22设置在所述转台21上；所述第一转帽23的底面与所述角度传感器22的转头221固定连接，角度传感器22的转头221转动一圈代表待测器件转动一圈360度；所述第一转帽23的顶面设置有第一凹槽231，以固定待检测器件，在第一凹槽231的边沿上可以设置插销孔、插销槽等，将待检测器件固定在第一凹槽231内，当待检测器件转动时确保带动第一转帽23转动；所述第一转帽23的外侧壁上周向设置有若干第一凸起232（第一凸起232的形状即为齿轮边缘凸起的形状）；所述第一转帽23适于通过第一凸起232与传动机构24啮合；待检测器件转动时通过第一转帽23带动角度传感器22的转头221同步转动，以检测待检测器件旋转角度，在第一转帽23转动时带动传动机构24同步转动；以及转台21适于带动传动机构24移动，使传动机构24移动至各扭矩检测装置3处，传动机构24与扭矩检测装置3啮合。
在本实施例中，所述传动机构24包括：固定轴241、支撑板242和传动齿轮243；所述固定轴241设置在转台21上；所述支撑板242套设在固定轴241上，并且与固定轴241固定；所述传动齿轮243套设在所述固定轴241上，并且设置在支撑板242上；所述传动齿轮243与第一转帽23的第一凸起232啮合，在第一转帽23转动时传动齿轮243同步转动；支撑板242的形状大小可以小于传动齿轮243，以在传动齿轮243转动时降低传动齿轮243与支撑板242之间的摩擦。
在本实施例中，所述转台21上开设有凹槽211，所述角度传感器22的座台222设置在凹槽211内；所述座台222与凹槽211底面之间通过弹簧212连接，通过弹簧212支撑座台222；所述凹槽211的内壁上开设有两层限位槽213；所述座台222的侧壁上设置有凸块223，所述凸块223与限位槽213适配；通过按压座台222使座台222向凹槽211内部移动，通过凸块223嵌入各层限位槽213，以调节座台222伸出凹槽211的高度；在扭矩检测装置3需要独立工作检测扭矩时，若角度传感器22的高度会阻挡扭矩检测装置3固定的待检测器件转动，则将角度传感器22缩入凹槽211内，便于扭矩检测装置3的检测；凸块223嵌设在靠上一层的限位槽213内可以在待测器件检测时防止座台222转动，提高角度检测精度，凸块223嵌设在靠下一层的限位槽213内可以使座台222伸入凹槽211内，转头221也可以伸入凹槽211内；转台21初始位置可以是凸块223嵌入在靠上一层的限位槽213内，按压座台222使凸块223嵌入靠下一层限位槽213内，再次按压座台222使凸块223离开靠下一层的限位槽213，此时通过弹簧212的回弹力使凸块223进入靠上一层的限位槽213。
在本实施例中，所述扭矩检测装置3包括：移动机构31和扭矩检测机构32；所述移动机构31设置在所述底座1上；所述扭矩检测机构32设置在所述移动机构31上；所述移动机构31适于带动扭矩检测机构32靠近或远离角度检测装置2；为了便于转台21的转动，在转台21转动过程中扭矩检测机构32与传动齿轮243不啮合，当转台21转动到位后，移动机构31带动扭矩检测机构32与传动齿轮243啮合，便于同时检测同一个待测器件的扭矩和转动角度。
在本实施例中，所述移动机构31包括：电机311、滑块312和滑轨313；所述滑轨313设置在所述底座1上；所述滑块312设置在所述滑轨313上，并且滑块312与滑轨313适配；所述电机311设置在所述底座1上，所述电机311与所述滑块312连接；所述扭矩检测机构32设置在所述滑块312上；所述电机311适于驱动所述滑块312沿所述滑轨313移动，以带动所述扭矩检测机构32靠近或远离角度检测装置2；当滑块312靠近传动齿轮243时，第二转帽323上的第二凸起3232逐渐与传动齿轮243啮合，当滑块312远离传动齿轮243时，第二转帽323上的第二凸起3232逐渐与传动齿轮243脱离啮合，防止第二凸起3232与传动齿轮243碰撞，损坏第二凸起3232或传动齿轮243，影响传动效果；电机311可以通过滑块312带动扭矩检测机构32远离传动齿轮243，即远离角度传感器22，给扭矩检测机构32检测扭矩留出空间，便于独立检测大型器件，同时给角度传感器22独立检测器件旋转角度留出空间，使扭矩检测机构32与角度传感器22互不干扰。
在本实施例中，所述扭矩检测机构32包括：连接轴321、电阻应变片322和第二转帽323；所述连接轴321设置在所述滑块312上；所述电阻应变片322设置在所述连接轴321上，电阻应变片322可以与惠斯通电桥连接，当电阻应变片322扭转时通过惠斯通电桥向连接的控制模块输出电压值，以获取扭矩；所述第二转帽323设置在所述连接轴321上，并且第二转帽323在连接轴321上转动；所述第二转帽323的顶面设置有第二凹槽3231，以固定待检测器件，在第二凹槽3231的边沿上可以设置插销孔、插销槽等，将待检测器件固定在第一凹槽231内，当待检测器件转动时确保带动第二转帽323转动；所述第二转帽323的外侧壁上周向设置有若干第二凸起3232；所述第二转帽323适于通过第二凸起3232与传动齿轮243啮合；第二转帽323上的待检测器件转动时带动第二转帽323在连接轴321上转动，使连接轴321上的电阻应变片322发生扭转，以检测待检测器件的扭矩；电机311驱动滑块312沿滑轨313移动，带动连接轴321向角度检测装置2移动，使第二转帽323通过第二凸起3232与传动齿轮243啮合，在第一转帽23上的待检测器件转动时通过传统齿轮和第二凸起3232带动第二转帽323转动，以同时检测第一转帽23上待检测器件的旋转角度和扭矩；并且在检测扭矩后当前扭矩检测装置3的电机311驱动滑块312沿滑轨313移动使第二转帽323远离传动齿轮243，使第二转帽323与传动齿轮243的啮合脱离，此时转台21带动传动齿轮243移动至与检测的扭矩对应量程的扭矩检测装置3，对应量程的扭矩检测装置3中电机311带动第二转帽323与传动齿轮243啮合，以再次同步检测扭矩和旋转角度。
在本实施例中，各扭矩检测装置3与角度检测装置2之间的工作配合可以是：以图1为例，图中有四个扭矩检测装置3，这四个扭矩检测装置3的量程可以分别是0-5N，0-50N，0-100N和0-500N，并且量程越小精度越高，当需要检测同一个待测器件的扭矩和旋转角度时，将该器件固定在第一转帽23上，转台21转动至与一个扭矩检测装置3对应，此时该扭矩检测装置3的电机311驱动滑块312沿滑轨313靠近传动齿轮243，使该扭矩检测装置3的第二转帽323与传动齿轮243啮合，转动器件检测扭矩，若检测的扭矩为4N，该扭矩检测装置3的量程为0-500N，则停止器件转动，该扭矩检测装置3的第二转帽323与传动齿轮243脱离，转台21转动，将传动齿轮243与0-5N的扭矩检测装置3对应，通过0-5N的扭矩检测装置3再次与角度检测装置2同步检测该器件的扭矩和旋转角度，以提高扭矩的检测精度；若检测扭矩超过当前的扭矩检测装置3，转台21则转动至更高量程对应的扭矩检测装置3。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例2还提供一种实施例1中多功能复合型传感器的工作方法，包括：角度检测装置2适于检测待检测器件的旋转角度；扭矩检测装置3适于在各自量程下检测待检测器件的扭矩；角度检测装置2与扭矩检测装置3配合同时检测待检测器件的旋转角度和扭矩，以及根据扭矩，角度检测装置2适于切换扭矩检测装置3，以在对应量程下检测待检测器件的扭矩。
在本实施例中，多功能复合型传感器的工作方法在实施例1中已经详细描述。
综上所述，本发明通过底座1，角度检测装置2，所述角度检测装置2设置在所述底座1上，所述角度检测装置2适于检测待检测器件的旋转角度；若干扭矩检测装置3，所述扭矩检测装置3沿角度检测装置2的边沿周向等距设置在底座1上，所述扭矩检测装置3适于在各自量程下检测待检测器件的扭矩；角度检测装置2与扭矩检测装置3配合同时检测待检测器件的旋转角度和扭矩，以及根据扭矩，角度检测装置2适于切换扭矩检测装置3，以在对应量程下检测待检测器件的扭矩，实现了同时检测扭矩和转角，并且在需要同时检测扭矩和转角时可以更换扭矩检测的量程，以更换扭矩检测的精度，提高了扭矩检测的精度。
本申请中选用的各个器件（未说明具体结构的部件）均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
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