專利名稱：一種電保持多圈絕對值編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是控制系統(tǒng)的應(yīng)用，具體的是應(yīng)用于閘門開度及高度控制，高度信號手，自雙回路獨(dú)立，冗余控制。適用于各種起重設(shè)備起升高度、煤礦井下深度、船用水下深度和水壩間門起升高度測量等系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，傳統(tǒng)多圈絕對值編碼器采用光電碼盤和微型減速機(jī)來完成，也采用光電編碼器和單片機(jī)配合的電子式光電多圈絕對值編碼器。傳統(tǒng)的光電編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性及精度可以達(dá)到普通標(biāo)準(zhǔn)、一般要求，但容易碎。金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃碼盤差一個數(shù)量級。塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低，精度和耐高溫達(dá)不到高要求。此外，光電編碼器是通過在碼盤上刻線來計算精度，所以精度越高，碼盤就會越大，編碼器體積越大，并且精度也不是連續(xù)的。同時，傳統(tǒng)編碼器安裝相對較為復(fù)雜，且由于軸心有側(cè)向力拉引，若其安裝同心度有偏差，主軸越高速旋轉(zhuǎn)時， 其水平拉力越大、其偏擺度越高，其損壞率也相對增加。間接傳動安裝的工件(齒輪、皮帶) 多會有磨耗。在加工時馬達(dá)與主軸之間皮帶的松緊度影響加工精度，太松、精度差且易造成斷刀問題，太緊、加大其水平拉力，加速磨損主軸。低防護(hù)售后高維修IP等級較低。當(dāng)受到外力撞擊，易損壞。最大轉(zhuǎn)速通常標(biāo)注為6000rpm實(shí)際上經(jīng)常達(dá)不到，有些運(yùn)行到3000rpm 就會出現(xiàn)問題。對于單圈絕對式編碼器來說，當(dāng)轉(zhuǎn)動超過360度時，編碼又回到原點(diǎn)，這樣就不符合絕對編碼唯一的原則，這樣的編碼器只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測量，如果要測量旋轉(zhuǎn)超過360度范圍，單圈絕對式編碼器是無法滿足的。一般的增量型編碼器輸出兩個A、 B脈沖信號，和一個Z (L)零位信號，A、B脈沖互差90度相位角，通過脈沖計數(shù)可以知道位置，角度和圈數(shù)不斷增加，通過A，B脈沖信號超前或滯后可以知道正反轉(zhuǎn)，停電后，必須從約定的基準(zhǔn)重新開始計數(shù)。增量型編碼器測量位置，角度和圈數(shù)時，需要做后處理，重新投電要做“復(fù)零”操作，沒有記憶設(shè)備絕對位置的功能。隨著我國自動化程度的提高，傳統(tǒng)編碼器已經(jīng)不能滿足我們的需要，迫切需要一種新型的編碼器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前各種起重設(shè)備起升高度、煤礦井下深度、船用水下深度和水壩閘門起升高度測量中存在諸多不適的問題，而提供極為適用于設(shè)備高度、深度、閘門開度等控制系統(tǒng)中。解決上述問題所采取的技術(shù)方案是
一種電保持多圈絕對值編碼器，包括單片機(jī)、鐵電類存儲器、集成霍爾元件、485通訊、 聯(lián)動軸、永磁鐵、磁編碼器、充電電源管理；所述聯(lián)動軸和永磁鐵與磁編碼器相傳導(dǎo)，聯(lián)動軸和永磁鐵與霍爾元件相傳導(dǎo)，鐵電類存儲器、485通訊、集成霍爾元件分別與單片機(jī)連接，并輸出4一 20mA標(biāo)準(zhǔn)電流。
上述測量原理圖內(nèi)容1如圖1所示，磁電式編碼器采用磁電式設(shè)計，多圈編碼器優(yōu)點(diǎn)是測量范圍大，實(shí)際使用往往富裕較多，安裝時不必要找零點(diǎn)，可以將某一中間位置作為起始點(diǎn)，通過磁感應(yīng)器件永磁鐵和聯(lián)動軸、利用磁場的變化來產(chǎn)生和提供轉(zhuǎn)子的絕對位置。上述測量原理圖內(nèi)容2如圖2所示，當(dāng)用磁鐵與聯(lián)動軸轉(zhuǎn)動時，采用集成霍爾元件作為角度傳感器，分辨率為4096線，功耗降低到較傳統(tǒng)的光學(xué)編碼器的1/10，不存在必須連續(xù)供電的情況，采樣時間間隔設(shè)置為實(shí)際轉(zhuǎn)速的2倍。上述硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，包括單片機(jī)處理器芯片、鐵電類存儲器、集成霍爾元件、485通訊模塊和充電電源管理。所述鐵電類存儲器、485通訊模塊和集成霍爾元件分別與單片機(jī)處理器相連接。單片機(jī)處理器輸出端一端為4一20mA標(biāo)準(zhǔn)電流。本發(fā)明的工作原理
電保持多圈絕對值編碼器是從目前的學(xué)術(shù)前沿傳統(tǒng)編碼器技術(shù)引用過來，通過增加低功耗設(shè)計來實(shí)施的。本發(fā)明的電保持多圈絕對值編碼器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，是由永磁鐵、聯(lián)動軸和磁編碼器構(gòu)成。測量原理2所示，是由永磁鐵、聯(lián)動軸和集成霍爾元件作為角度傳感器來構(gòu)成。硬件結(jié)構(gòu)圖示意圖3所示，霍爾元件傳感器采集信號，經(jīng)單片機(jī)處理并存儲到flash里，編碼器具有模擬量數(shù)字量雙輸出的性能優(yōu)勢，同時有4-20mA模擬量輸出、RS-485數(shù)字量輸出，方便連接所有類型的PLC，現(xiàn)場萬用表+筆記本即可調(diào)試，目前市場上最為方便好用、準(zhǔn)確可靠的絕對值多圈編碼器。同時本系統(tǒng)具有以下技術(shù)特點(diǎn)1. 4-20mA模擬量輸出、RS-485數(shù)字量通訊輸出兼具可選。2.智能化可設(shè)定，因采用磁感應(yīng)， 電子計數(shù)方式，故圈數(shù)可任意設(shè)定，輸出直接對應(yīng)測量量程、絕對角度或位置。3.編碼器具有外部置位線，可外部設(shè)置任意事先設(shè)定的位置值。4. RS-485輸出為總線型，可設(shè)置多地址及波特率，可多個編碼器同時進(jìn)一個PLC通訊口，連接成本低。5.同類工業(yè)等級絕對值多圈編碼器中，價格最低。5.閘門開度、高度提升、塔機(jī)長期批量配套使用。6.內(nèi)部采用磁編碼器，電保持，掉電不影響圈數(shù)的記錄。7.內(nèi)置信號轉(zhuǎn)換，4-20mA模擬電流與RS-485輸出，方便連接各種設(shè)備。8.上位機(jī)軟件設(shè)定，多用途、多功能，直接對應(yīng)單圈多圈角度、多圈長度、 轉(zhuǎn)動平移速度測量。9. 4mA對應(yīng)值、20mA對應(yīng)值任意設(shè)定及微調(diào)；方向設(shè)定；外部置位設(shè)定預(yù)設(shè)位置，安裝方便，無需找零。10.內(nèi)部磁編碼器，電保持，全數(shù)字化記值，線性度高，準(zhǔn)確性高，信號無溫度、機(jī)械影響，信號干擾零點(diǎn)漂移極小。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn) 1、造價低
傳統(tǒng)光學(xué)多圈編碼器采用微型減速機(jī)計量多圈編碼，但是該裝置在保證精度的情況下，造價非常高，而且對工藝要求也非常嚴(yán)格，加工復(fù)雜；新型磁編碼器采用電子計數(shù)，工藝簡單，只需要在轉(zhuǎn)軸頂部增加一個磁鐵，造價低。2、計量范圍寬
傳統(tǒng)光學(xué)多圈編碼器采用微型減速機(jī)計量多圈編碼，最大量程有限制；新型磁編碼器采用電子計數(shù)，量程范圍無限制。3、計量精度高
傳統(tǒng)光學(xué)多圈編碼器采用微型減速機(jī)計量多圈編碼，對于減速機(jī)的依賴大，生產(chǎn)過程中一致性不好，特別是許多國內(nèi)產(chǎn)品，精度差；新型磁編碼器采用電子計數(shù)，精度取決于磁編碼器的線精度，多圈后無精度損失。4、功耗低，斷電后連續(xù)工作一年以上
傳統(tǒng)光學(xué)多圈編碼器，斷電以后不丟失圈數(shù)；新型磁編碼器斷電后采用后被充電電池供電，計量掉電后轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，上電后將電池充滿，目前可以做到系統(tǒng)功耗不超過500微安，使用普通120毫安時的充電電池可以連續(xù)工作一年，數(shù)據(jù)是存儲到flash中，掉電后保持10年。本發(fā)明設(shè)計科學(xué)、合理、富有創(chuàng)意、充分體現(xiàn)出電保持多圈絕對值編碼器的靈活性、方便性、易操作和運(yùn)行的準(zhǔn)確性等傳統(tǒng)編碼器所不具備的優(yōu)點(diǎn)。提高了編碼器的效率， 極大地降低了其功耗，實(shí)用性較強(qiáng)，整體結(jié)構(gòu)緊湊、耗材少、壽命長、成本低廉、性能穩(wěn)定、可靠、維修方便，本發(fā)明適宜工業(yè)部門推廣使用。


圖1為本發(fā)明的測量原理1示意圖。圖2為本發(fā)明的測量原理2示意圖。圖3為本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式一種電保持多圈絕對值編碼器，其中包括單片機(jī)8、鐵電類存儲器7、集成霍爾元件4、485通訊9、聯(lián)動軸1、永磁鐵2、磁編碼器3、充電電源管理5、4一20mA標(biāo)準(zhǔn)電流6 ；所述聯(lián)動軸1和永磁鐵2與磁編碼器3相傳導(dǎo)，如圖1所示，聯(lián)動軸1和永磁鐵2與霍爾元件 4相傳導(dǎo)，如圖2所示，鐵電類存儲器7、485通訊9、集成霍爾元件4分別與單片機(jī)8連接， 并輸出4一 20mA標(biāo)準(zhǔn)電流6，如圖3所示。
權(quán)利要求
1. 一種電保持多圈絕對值編碼器，包括單片機(jī)(8)、鐵電類存儲器(7)、集成霍爾元件 (4),485通訊(9)、聯(lián)動軸(1)、永磁鐵(2)、磁編碼器(3)、充電電源管理(5)、4一20mA標(biāo)準(zhǔn)電流(6);其特征在于所述聯(lián)動軸(1)和永磁鐵(2)與磁編碼器(3)相傳導(dǎo)，計量范圍寬，新型磁編碼器采用電子計數(shù)，量程范圍無限制；采用電子計數(shù)，精度取決于磁編碼器的線精度，多圈后無精度損失； 聯(lián)動軸(1)和永磁鐵(2)與集成霍爾元件(4)相傳導(dǎo)，這里采用集成霍爾元件作為角度傳感器，分辨率為4096線，相比較傳統(tǒng)的光學(xué)編碼器，功耗降低到原來的1/10，同時不存在必須連續(xù)供電的情況，采樣時間間隔是實(shí)際轉(zhuǎn)速的2倍即可完成；鐵電類存儲器(7)、485通訊(9)、集成霍爾元件(4)分別與單片機(jī)(8)連接，并輸出4一 20mA標(biāo)準(zhǔn)電流(6)；具有模擬量數(shù)字量雙輸出的性能優(yōu)勢，同時有4-20mA模擬量輸出、RS-485數(shù)字量輸出，功耗低，斷電后連續(xù)工作一年以上，新型磁編碼器斷電后采用后被充電電池供電，計量掉電后轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，上電后將電池充滿，目前可以做到系統(tǒng)功耗不超過500微安，使用普通 120毫安時的充電電池可以連續(xù)工作一年，數(shù)據(jù)是存儲到flash中，掉電后保持10年。
全文摘要
電保持的多圈絕對值編碼器一直是工業(yè)控制當(dāng)中最為重要的技術(shù)之一，編碼器應(yīng)用對于工業(yè)控制來說是一個非常有實(shí)際意義的，然而如何更為精確的運(yùn)用編碼器技術(shù)來降低工控中的缺損是我們的關(guān)鍵，本系統(tǒng)采用低功耗的多圈絕對值技術(shù)，確保在整個的工控當(dāng)中起到至關(guān)重要的作用。
文檔編號G01D5/14GK102486383SQ201010572918
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者梁凱, 陳亮, 齊宏偉 申請人:沈陽理工大學(xué)