專利名稱：六傳感器式編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種可測量軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度的磁性編碼電路。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)光電編碼器是集光、機(jī)、電技術(shù)于一體的轉(zhuǎn)速、位移傳感器。當(dāng)編碼器軸帶動(dòng)碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)光元件發(fā)出的光透過碼盤(或者圓光柵和指示光柵)的通、暗區(qū)域，被分割成斷續(xù)光線并被接收元件接收，產(chǎn)生初始信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)后繼電路處理后，輸出脈沖信號(hào)。
光電編碼器經(jīng)歷了從增量式到絕對(duì)式的發(fā)展過程。
增量式編碼器軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)光柵盤旋轉(zhuǎn)，發(fā)光元件發(fā)出的光被光柵盤、指示光柵的狹縫切割成斷續(xù)光線并被接收元件接收，輸出有相應(yīng)的脈沖信號(hào)，其旋轉(zhuǎn)方向和脈沖數(shù)量的增減需借助后部的判向電路和計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。其計(jì)數(shù)起點(diǎn)可任意設(shè)定，并可實(shí)現(xiàn)多圈的無限累加和測量。還可以把每轉(zhuǎn)發(fā)出的一個(gè)脈沖的Z信號(hào)，作為參考機(jī)械零位。當(dāng)脈沖數(shù)已固定，而需提高分辨率時(shí)，可利用90°相位差的A、B兩路信號(hào)，對(duì)原脈沖進(jìn)行倍頻。旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖，通過計(jì)數(shù)設(shè)備來知道其位置，當(dāng)編碼器不動(dòng)或停電時(shí)，依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動(dòng)，當(dāng)來電工作時(shí)，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯(cuò)誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。解決的方法是增加參考點(diǎn)，編碼器每經(jīng)過參考點(diǎn)，將參考位置修正進(jìn)計(jì)數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點(diǎn)，開機(jī)找零等方法。比如，打印機(jī)掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理，每次開機(jī)，我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響，它在找參考零點(diǎn)，然后才工作?？刂骗h(huán)中運(yùn)用增量式編碼器的數(shù)控機(jī)床，開機(jī)后必須先將各軸回零，才能正確執(zhí)行加工指令。這樣的方法對(duì)有些工控項(xiàng)目比較麻煩，甚至不允許開機(jī)找零(開機(jī)后就要知道準(zhǔn)確位置)，于是就有了絕對(duì)編碼器的出現(xiàn)。
絕對(duì)式光電編碼器軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸出與位置一一對(duì)應(yīng)的代碼(二進(jìn)制、BCD碼等)。從代碼大小變化即可判別正方向、位移，以及所處的絕對(duì)位置，無需判向電路。它有一個(gè)絕對(duì)零位代碼，當(dāng)停電或關(guān)機(jī)后，再開機(jī)重新測量時(shí)，仍可準(zhǔn)確地讀出停電或關(guān)機(jī)位置的代碼，并準(zhǔn)確地找到零位代碼。絕對(duì)編碼器從測量范圍上劃分，有單圈和多圈兩種類型。絕對(duì)編碼器是通過讀取編碼盤上的圖案來表示軸的角位置，圖1-2為簡化的編碼圖形，實(shí)際的碼盤是分割更多的的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。光碼盤上有許多道刻線，每道刻線從里到外依次以2線、4線、8線、16線……編排，這樣，在編碼器的每一個(gè)位置，通過讀取每道刻線的通(圖中白的部分)、暗(黑)，獲得一組從20到2n-1的唯一的2進(jìn)制編碼，這就稱為n位絕對(duì)編碼器。絕對(duì)編碼器的編碼方式有純二進(jìn)制編碼和循環(huán)碼等。絕對(duì)編碼器由機(jī)械位置決定了每個(gè)位置的唯一性，它無需掉電記憶，無需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì)數(shù)，什么時(shí)候需要知道位置，什么時(shí)候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。由于絕對(duì)編碼器在定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于各種工業(yè)系統(tǒng)中的角度、長度測量和定位控制。光電編碼器存在一些難以克服的缺點(diǎn)，要求體積較小精度較高的的場合，難以符合設(shè)計(jì)要求，并且制造成本較高，光電編碼器在市場競爭中將處于劣勢。
針對(duì)光電編碼器的這些缺點(diǎn)，近年來磁性編碼器的研制正逐漸展開。
傳感器定子和轉(zhuǎn)子用純鐵制成，定子上固定永久磁鐵，形成磁路系統(tǒng)。定子和轉(zhuǎn)子相對(duì)的環(huán)形端面上均勻地銑上齒和槽，二者齒槽數(shù)相等，轉(zhuǎn)子與軸固緊，軸與被測回轉(zhuǎn)軸連接。軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子齒與定子齒相對(duì)時(shí)，氣隙最小，整個(gè)磁路磁通最大；齒與槽相對(duì)時(shí)磁通最小。用線圈或磁敏元件感應(yīng)磁通變化產(chǎn)生脈沖電壓輸出，變化頻率與轉(zhuǎn)速成正比。此類編碼器測轉(zhuǎn)速比較常見，用來測轉(zhuǎn)動(dòng)角度精度很低，只能實(shí)現(xiàn)增量輸出。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的編碼器抗干擾性差、精度低、加工成本高，適用范圍受限制的技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種六傳感器式編碼器，利用固定在定子圓周上的磁敏元件感受固定在軸上的磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)引起的磁場強(qiáng)度變化來輸出不同相位變化的電壓信號(hào)，用電壓值判斷軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度，此類傳感器可以實(shí)現(xiàn)高精度的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和絕對(duì)位置的測量。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在像限位置上六個(gè)磁性傳感器等間距設(shè)置在同一圓周上，相鄰的兩個(gè)傳感器之間的夾角為60°，在同一直徑方向上的兩個(gè)磁性傳感器(211)、(214)的輸出信號(hào)(A1)、(A2)接差動(dòng)放大器(1)，在同一直徑方向上的兩個(gè)磁性傳感器(213)、(216)的輸出信號(hào)(B1)、(B2)接差動(dòng)放大器(2)，在同一直徑方向上的兩個(gè)磁性傳感器(212)、(215)的輸出信號(hào)(C1)、(C2)接差動(dòng)放大器(3)，三個(gè)差動(dòng)放大器(1)、(2)、(3)的三路輸出信號(hào)(A0)、(B0)、(C0)分別接三個(gè)AD轉(zhuǎn)換器(4)、(5)、(6)的輸入端，三個(gè)AD轉(zhuǎn)換器(4)、(5)、(6)的三路輸出信號(hào)(Ad)、(Bd)、(Cd)分別接三個(gè)乘法器(7)、(8)、(9)的一個(gè)輸入端，三個(gè)乘法器(7)、(8)、(9)的三個(gè)輸出信號(hào)接合成器(10)的輸入端，系數(shù)校正器(13)的輸出信號(hào)(K)分別接三個(gè)乘法器的另一個(gè)輸入端，合成器(10)的輸出信號(hào)(D)接第一存儲(chǔ)器(11)及第二存儲(chǔ)器(12)的輸入端，第一存儲(chǔ)器(11)的輸出信號(hào)(J0)接角度變換器(14)，系數(shù)校正器(13)的兩個(gè)輸入端分別接合成器(10)的輸出信號(hào)(R1)及第二存儲(chǔ)器(12)的輸出信號(hào)(R0)。
系數(shù)校正器由減法器(101)、除法器(102)、α增益器(103)及累加器(104)依次串接，除法器(102)的另一輸入端與減法器(101)的另一輸入端相連接，該輸入端接第二存儲(chǔ)器(9)的輸出信號(hào)(R0)，減法器(101)的另一輸入端接合成器(10)輸出信號(hào)(R1)。
本發(fā)明的有益效果是，利用固定在定子圓周上的磁敏元件感受固定在軸上的磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)引起的磁場強(qiáng)度變化來輸出不同相位變化的電壓信號(hào)，用電壓值判斷軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度，從而實(shí)現(xiàn)高精度的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和絕對(duì)位置的測量。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的電路原理框圖。
圖2是本發(fā)明圖1中系數(shù)校正器的電路原理圖。
圖中1.放大器，2.放大器，3.放大器，4.AD轉(zhuǎn)換器，5.AD轉(zhuǎn)換器，6.AD轉(zhuǎn)換器 7.乘法器，8.乘法器，9.乘法器，10.合成器，11.第一存儲(chǔ)器，12.第二存儲(chǔ)器，13.系數(shù)校正器，14.角度變換器，101.減法器，102.除法器，103.α增益器，104.累加器，211.傳感器，212.傳感器，213.傳感器，214.傳感器，215.傳感器，216.傳感器，A1.傳感器輸出信號(hào)，B1.傳感器輸出信號(hào)，C1.傳感器輸出信號(hào)，A2.傳感器輸出信號(hào)，B2.傳感器輸出信號(hào)，C2.傳感器輸出信號(hào)，A0.放大器輸出信號(hào)，B0.放大器輸出信號(hào)，C0.差動(dòng)放大器輸出信號(hào)，Ad.AD轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)，Bd.AD轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)，Cd.AD轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)，A.乘法器輸出信號(hào)，B.乘法器輸出信號(hào)，C.乘法器輸出信號(hào)，D.合成器輸出信號(hào)，R0.第二存儲(chǔ)器輸出信號(hào)，R1.合成器輸出信號(hào)，K.系數(shù)校正器輸出信號(hào)，J0第一存儲(chǔ)器輸出信號(hào)。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，在像限位置上六個(gè)磁性傳感器等間距設(shè)置在同一圓周上，相鄰的兩個(gè)傳感器之間的夾角為60°，在同一直徑方向上的兩個(gè)磁性傳感器(211)、(214)的輸出信號(hào)(A1)、(A2)接差動(dòng)放大器(1)，在同一直徑方向上的兩個(gè)磁性傳感器(213)、(216)的輸出信號(hào)(B1)、(B2)接差動(dòng)放大器(2)，在同一直徑方向上的兩個(gè)磁性傳感器(212)、(215)的輸出信號(hào)(C1)、(C2)接差動(dòng)放大器(3)，三個(gè)差動(dòng)放大器(1)、(2)、(3)的三路輸出信號(hào)(A0)、(B0)、(C0)分別接三個(gè)AD轉(zhuǎn)換器(4)、(5)、(6)的輸入端，三個(gè)AD轉(zhuǎn)換器(4)、(5)、(6)的三路輸出信號(hào)(Ad)、(Bd)、(Cd)分別接三個(gè)乘法器(7)、(8)、(9)的一個(gè)輸入端，三個(gè)乘法器(7)、(8)、(9)的三個(gè)輸出信號(hào)接合成器(10)的輸入端，系數(shù)校正器(13)的輸出信號(hào)(K)分別接三個(gè)乘法器的另一個(gè)輸入端，合成器(10)的輸出信號(hào)(D)接第一存儲(chǔ)器(11)及第二存儲(chǔ)器(12)的輸入端，第一存儲(chǔ)器(11)的輸出信號(hào)(J0)接角度變換器(14)，系數(shù)校正器(13)的兩個(gè)輸入端分別接合成器(10)的輸出信號(hào)(R1)及第二存儲(chǔ)器(12)的輸出信號(hào)(R0)。
本發(fā)明中X_I表示數(shù)據(jù)X的第I位；是在數(shù)據(jù)X的從左向右第I位的位置。其中數(shù)據(jù)X的第0位在數(shù)據(jù)X的最左邊；第I位當(dāng)數(shù)據(jù)X是有符號(hào)數(shù)時(shí)，數(shù)據(jù)X的第0位為其符號(hào)位。
X_0＝1表示數(shù)據(jù)X為負(fù)數(shù)；X_0＝0表示數(shù)據(jù)X為正數(shù)。
X_D表示數(shù)據(jù)X的數(shù)值位，在數(shù)據(jù)X的符號(hào)位的右邊并緊靠符號(hào)位。
{X_a；X_b；X_c}表示按圖6方式組成的數(shù)據(jù)X。
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為

本發(fā)明合成器(10)的輸出按以下方式IF({A_0；B_0；C_0}＝＝010 and A_D＞＝C_D)D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}R1＝AIF({A_0；B_0；C_0}＝＝010 and A_D＜C_D)D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}R1＝CIF({A_0；B_0；C_0}＝＝101 and A_D＞＝C_D)D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}R1＝AIF({A_0；B_0；C_0}＝＝101 and A_D＜C_D)D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}
R1＝CIF({A_0；B_0；C_0}＝＝011 and B_D＞＝C_D)D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}R1＝BIF({A_0；B_0；C_0}＝＝011 and B_D＜C_D)D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}R1＝CIF({A_0；B_0；C_0}＝＝100 and B_D＞＝C_D)D＝{A_0；B_0；C_0；C_D}R1＝BIF({A_0；B_0；C_0}＝＝100 and B_D＜C_D)D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}R1＝CIF({A_0；B_0；C_0}＝＝001 and B_D＞＝Ad_D)D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}R1＝BIF({A_0；B_0；C_0}＝＝001 and B_D＜Ad_D)D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}R1＝AIF({A_0；B_0；C_0}＝＝110 and B_D＞＝A_D)D＝{A_0；B_0；C_0；A_D}R1＝BIF({A_0；B_0；C_0}＝＝110 and B_D＜A_D)D＝{A_0；B_0；C_0；B_D}R1＝A在圖2中，系數(shù)校正器由減法器(101)、除法器(102)、α增益器(103)及累加器(104)依次串接而成，第二存儲(chǔ)器(9)的輸出信號(hào)(R0)及合成器(7)的輸出信號(hào)(R1)接減法器(101)的兩個(gè)輸入端，減法器(101)的輸出信號(hào)(E1)接除法器(102)輸入端，除法器(102)的另一輸入端也與第二存儲(chǔ)器(9)的輸出信號(hào)(R0)相接，除法器(102)的輸出信號(hào)(E2)接α增益器(103)，α增益器(103)的輸出信號(hào)(E3)接累加器(104)的輸入端，累加器(104)的輸出信號(hào)即系數(shù)校正器(10)的輸出信號(hào)(K)分別接乘法器(5)及乘法器(6)的一信號(hào)輸入端。
本發(fā)明組成系數(shù)校正器(13)的減法器(101)、除法器(102)、α增益器(103)及累加器(104)的輸出按以下方式E1＝R0-R1E2＝E1/R00＜α＜1E3＝α E2K(i)＝K(i-1)+E3；i＝0，1，2...K(0)＝1i為采樣序號(hào)，開始采樣時(shí)為0本發(fā)明前面所描述的差動(dòng)放大器1，差動(dòng)放大器2，差動(dòng)放大器3，AD轉(zhuǎn)換器4，AD轉(zhuǎn)換器5，AD轉(zhuǎn)換器6，乘法器7，乘法器8，乘法器9，合成放大器10，第一存儲(chǔ)器11，第二存儲(chǔ)器12，系數(shù)校正器13，角度變換器14，減法器101，除法器102，α增益器103，累加器104，磁性傳感器211，磁性傳感器212，磁性傳感器213，磁性傳感器214，磁性傳感器215，磁性傳感器216的電路結(jié)構(gòu)是本領(lǐng)域普通人員所公知公用的，這不再重復(fù)描述其結(jié)構(gòu)原理。
權(quán)利要求
1.一種六傳感器式編碼器，其特征在于在像限位置上六個(gè)磁性傳感器等間距設(shè)置在同一圓周上，相鄰的兩個(gè)傳感器之間的夾角為60°，在同一直徑方向上的兩個(gè)磁性傳感器(211)、(214)的輸出信號(hào)(A1)、(A2)接差動(dòng)放大器(1)，在同一直徑方向上的兩個(gè)磁性傳感器(213)、(216)的輸出信號(hào)(B1)、(B2)接差動(dòng)放大器(2)，在同一直徑方向上的兩個(gè)磁性傳感器(212)、(215)的輸出信號(hào)(C1)、(C2)接差動(dòng)放大器(3)，三個(gè)差動(dòng)放大器(1)、(2)、(3)的三路輸出信號(hào)(A0)、(B0)、(C0)分別接三個(gè)AD轉(zhuǎn)換器(4)、(5)、(6)的輸入端，三個(gè)AD轉(zhuǎn)換器(4)、(5)、(6)的三路輸出信號(hào)(Ad)、(Bd)、(Cd)分別接三個(gè)乘法器(7)、(8)、(9)的一個(gè)輸入端，三個(gè)乘法器(7)、(8)、(9)的三個(gè)輸出信號(hào)接合成器(10)的輸入端，系數(shù)校正器(13)的輸出信號(hào)(K)分別接三個(gè)乘法器的另一個(gè)輸入端，合成器(10)的輸出信號(hào)(D)接第一存儲(chǔ)器(11)及第二存儲(chǔ)器(12)的輸入端，第一存儲(chǔ)器(11)的輸出信號(hào)(J0)接角度變換器(14)，系數(shù)校正器(13)的兩個(gè)輸入端分別接合成器(10)的輸出信號(hào)(R1)及第二存儲(chǔ)器(12)的輸出信號(hào)(R0)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述六傳感器式編碼器，其特征在于所說的系數(shù)校正器由減法器(101)、除法器(102)、α增益器(103)及累加器(104)依次串接，除法器(102)的另一輸入端與減法器(101)的另一輸入端相連接，該輸入端接第二存儲(chǔ)器(9)的輸出信號(hào)(R0)，減法器(101)的另一輸入端接合成器(7)輸出信號(hào)(R1)。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電傳感技術(shù)領(lǐng)域。其特征是像限位置上六個(gè)磁性傳感器等間距設(shè)置在同一圓周上，在同一個(gè)直徑位置上的兩個(gè)磁性傳感器的輸出信號(hào)分別接一個(gè)放大器，三個(gè)放大器輸出信號(hào)分別接一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器與乘法器相連，系數(shù)校正器輸出信號(hào)接乘法器另一輸入端，乘法器的輸出信號(hào)接合器的輸入端，合成器的輸出信號(hào)作為第一存儲(chǔ)器及第二存儲(chǔ)器的輸入端，合成器另一輸出信號(hào)及第二存儲(chǔ)器另一輸出信號(hào)接系數(shù)校正器的輸入端，第一存儲(chǔ)器的輸出信號(hào)接角度變換器。
文檔編號(hào)G01D5/347GK1704728SQ20041002419
公開日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2004年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月3日
發(fā)明者郝雙暉, 郝明暉 申請(qǐng)人:威海華控電工有限公司