CN102109361A - 一种电动执行机构的位置检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电动执行机构的位置检测装置，属于轴角和位移传感器的一种。采用双类型编码器的结构，既有功耗高、精度高的多圈光电绝对值编码器，还有一个功耗低、精度较低的磁性编码器。由于采用了双编码器的设计，既解决了电动执行机构的位置检测精度问题，也解决了电动执行机构在其中任何一个编码器发生故障时，还能继续位置检测，确保电动执行机构的正常工作；同时由于采用了低功耗的磁性编码器，也确保了在主电源掉电的情况下，执行机构仍然可以正常检测跟踪位置变化。因此本发明能在提高电动执行机构位置控制精度的同时，提高电动执行机构的可靠性。

Description

一种电动执行机构的位置检测装置
技术领域
本发明涉及一种电动执行机构的位置检测装置，属于一种轴角和位移传感器。
背景技术
电动执行机构是工业自动化仪表中的执行单元.它能够接受来自调节器、工控机、DCS、计算机等仪表系统的控制信号，使用电动机和减速装置来移动阀门和闸门等流体机械，实现执行机构的定位功能。电动执行机构是组成自动控制系统的不可缺少的主要装置。
电动执行机构的位置检测装置的功能是提供准确的位置信号。在传统的电动执行机构中多采用导电塑料电位器，但它是有触点的，寿命也不可能很长，精度也不高。近来也有使用非接触式的多圈光电绝对值编码器，但是由于光电绝对式编码器的功耗较大，通常达到几百毫瓦的功耗，因此在主电源掉电后，无法通过电池供电而让微处理器实时读取电动执行机构的位置变化。同时由于电动执行机构的位置检测是其最重要的功能，当位置检测部分出现问题时，电动执行机构需要停止工作，这将影响到整个流程工业系统的运行。因此，单纯采用多圈光电绝对值编码器实现电动执行机构的位置检测已无法满足电动执行机构的使用要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电动执行机构的位置检测装置，包括多圈光电绝对值编码器、单圈光电绝对值编码器；
所述单圈光电绝对编码器包含传动轴7、解码模块6b和码盘6a；码盘6a固定在传动轴7上并随传动轴7转动而转动，码盘6a上有按一定编码规则形成的透光孔，解码模块6b上的光电探头对准码盘6a上的位置区，将码盘6a上的当前位置形成编码，根据码盘选择的不同，该装置可以将单圈转动的360°分为8192～131072个绝对位置；该传动轴7支承在编码器底座4的轴承3内，轴承3固定在轴承座2内，通过该轴承座2将本装置固定于电动执行机构壳体内腔中；传动轴前端与锥齿轮轴1的一端固定同轴连接，锥齿轮轴1的另一端设有锥齿轮，锥齿轮与电动执行机构的输出轴的伞齿轮啮合；
所述多圈光电绝对编码器8位于该单圈光电绝对编码器后方，用四个固定柱9固定在编码器底座4上。传动轴7穿过多圈光电绝对编码器8的轴身上设置小齿轮，该小齿轮与该多圈光电绝对编码器8的输入齿轮啮合，在传动轴7的旋转的带动下，该多圈光电绝对编码器8将该传动轴7的旋转圈数编码连同单圈光电绝对编码器解码模块6b产生的编码一并输入解码电路板5，由解码电路板5上的控制器整合成一个包含圈数和旋转角度信息在内的25～30位编码输出到微处理器中；
其特征在于：还设有磁性编码器，所述磁性编码器包括磁环部件12和磁感应编码电路板11，所述磁环部件固定在传动轴的最前端并与传动轴同轴旋转，磁环部件12内装有每隔60°安装的6个圆柱形钕铁硼磁铁，相隔的磁铁的N极和S极互反；磁感应编码电路板11位于磁环部件12和多圈光电绝对编码器之间，并通过四个垫圈10固定在多圈光电绝对编码器8上，磁感应编码电路板11上相隔90°装有两个US 1881霍尔开关，可以感应磁环部件旋转而带来的磁铁的极性变化，输出位置变化的编码脉冲，再相隔90°有一个干簧管开关，用于控制电池供电时的供电通断。
本发明具有下述的有益效果：
1.本发明的编码器部分采用的均为非接触式的，因此无任何机械磨损。可以大大延长位置检测装置的使用寿命和可靠性。
2.本发明的编码器部分采用了多圈光电绝对值编码器，可以检测最多达31位的绝对位置，这可以大大提高电动执行机构的位置检测精度，特别是电动执行机构应用在闸门和大口径阀门上时，可以确保位置控制精度。
3.本发明的编码器部分还包括了低功耗的磁性编码器，确保了在主电源掉电的情况下，使用电池供电时，执行机构仍然可以正常检测跟踪和显示位置变化。
4.本发明的编码器部分采用了双类型编码器的设计，也解决了电动执行机构在其中任何一个编码器发生故障时，还能继续位置检测，确保电动执行机构的正常工作，提高电动执行机构在任何工况下的可靠性。
以下将结合附图对本发明的具体结构及技术效果作进一步说明，以充分地阐述本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的具体实施例的结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，本发明的编码部分包括单圈光电绝对编码器、多圈光电绝对编码器和磁性编码器。
单圈光电绝对编码器包含传动轴7、解码模块6b和码盘6a；码盘6a固定在传动轴7上并随传动轴7转动而转动，码盘6a上有按一定编码规则形成的透光孔，解码模块6b上的光电探头对准码盘6a上的位置区，将码盘6a上的当前位置形成编码，根据码盘选择的不同，该装置可以将单圈转动的360°分为8192～131072个绝对位置；该传动轴7支承在编码器底座4的轴承3内，轴承3固定在轴承座2内，通过该轴承座2将本装置固定于电动执行机构(比如阀门电动装置)壳体内腔中。传动轴前端与锥齿轮轴1的一端固定同轴连接，锥齿轮轴1的另一端设有锥齿轮，锥齿轮与电动执行机构的输出轴的伞齿轮啮合，组成增速齿轮副，增速比可视具体精度要求而定。
该多圈光电绝对编码器8位于该单圈光电绝对编码器后方，用四个固定柱9固定在编码器底座4上。传动轴7穿过多圈光电绝对编码器8的轴身上设置小齿轮，该小齿轮与该多圈光电绝对编码器8的输入齿轮啮合，在传动轴7的旋转的带动下，该多圈光电绝对编码器8将该传动轴7的旋转圈数编码连同单圈光电绝对编码器解码模块6b产生的编码一并输入解码电路板5，由解码电路板5上的控制器整合成一个包含圈数和旋转角度信息在内的25～30位编码输出到微处理器中。由于本发明编码的容量过超过以往单一的轴位编码器，因此可以支持电动执行机构输出轴转动1024圈，同时将阀门的位置和行程的信号精确地输出。
图1中，除了上述的单圈光电绝对编码器和多圈光电绝对编码器8，还设有磁性编码器，所述磁性编码器包括磁环部件12和磁感应编码电路板11，所述磁环部件固定在传动轴的最前端并与传动轴同轴旋转，磁环部件12内装有每隔60°安装的6个圆柱形钕铁硼磁铁，相隔的磁铁的N极和S极互反；磁感应编码电路板11位于磁环部件12和多圈光电绝对编码器之间，并通过四个垫圈10固定在多圈光电绝对编码器8上，磁感应编码电路板11上相隔90°装有两个US1881霍尔开关，可以感应磁环部件旋转而带来的磁铁的极性变化，输出位置变化的编码脉冲，再相隔90°有一个干簧管开关，用于控制电池供电时的供电通断。
单圈光电绝对值编码器用于采集单转圈内角度变化信号，多圈绝对值编码器用于采集转圈数的检测信号，这两个光电部分的编码通过解码电路板5后输入给微处理器，这样微处理器可以实时采集绝对位置的变化，在主电源断电后，该编码器停止工作，但是仍然在绝对位置上跟踪电动执行机构的位置变化。
磁性编码器通过霍尔开关识别磁环部件转动产生脉冲输出，微处理器通过采集脉冲，实现对位置变化的采集，另外通过干簧管感应磁环转动，确定在主电源断电后，转轴是否转动，转轴一旦转动，通过干簧管感应，打开电池供电开关，微处理器开始记录位置变化，在微处理器一段时间内没有采集到位置变化的情况下，发送命令，关断电池供电，这样可以最大化的节约功耗，最大化延长电池工作时间，确保主电源掉电后的位置检测。因此双类型编码器的设计，既提高了可靠性，也提供了掉电条件下仍然能显示位置变化的功能。
由于采用了双类型编码器的设计，既解决了电动执行机构的位置检测精度问题，也解决了电动执行机构在其中任何一个编码器发生故障时，还能继续位置检测，确保电动执行机构的正常工作；同时由于采用了低功耗的磁性编码器，也确保了在主电源掉电的情况下，执行机构仍然可以正常检测跟踪位置变化。因此本发明能在提高电动执行机构位置控制精度的同时，提高电动执行机构在任何工况下的可靠性。
综上所述，本说明书中所述的只是本发明的一种较佳具体实施例。凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的权利要求保护范围内。

Claims (1)

1.一种电动执行机构的位置检测装置，包括多圈光电绝对值编码器、单圈光电绝对值编码器；
所述单圈光电绝对编码器包含传动轴(7)、解码模块(6b)和码盘(6a)；码盘(6a)固定在传动轴(7)，码盘(6a)上有按一定编码规则形成的透光孔，解码模块(6b)上的光电探头对准码盘(6a)上的位置区；该传动轴(7)支承在编码器底座(4)的轴承(3)内，轴承(3)固定在轴承座(2)内，通过该轴承座(2)将本装置固定于电动执行机构壳体内腔中；传动轴(7)前端与锥齿轮轴(1)的一端固定同轴连接，锥齿轮轴(1)的另一端设有锥齿轮，锥齿轮与电动执行机构输出轴的伞齿轮啮合；
所述多圈光电绝对编码器(8)位于单圈光电绝对编码器后方，多圈光电绝对编码器(8)的输入齿轮与穿过其中的传动轴(7)轴身上的小齿轮啮合；
其特征在于：还设有磁性编码器，所述磁性编码器包括磁环部件(12)和磁感应编码电路板(11)，所述磁环部件固定在传动轴的最前端并与传动轴同轴旋转，磁环部件(12)内装有每隔60°安装的6个圆柱形钕铁硼磁铁，相隔的磁铁的N极和S极互反；磁感应编码电路板(11)位于磁环部件(12)和多圈光电绝对编码器之间，并通过四个垫圈(10)固定在多圈光电绝对编码器(8)上，磁感应编码电路板(11)上相隔90°装有两个感应磁环部件旋转而带来的磁铁的极性变化并输出位置变化的编码脉冲的US1881霍尔开关，再相隔90°还设有一个用于控制电池供电时的供电通断的干簧管开关。
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PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Position detection device for electric executing mechanism

Effective date of registration: 20150831

Granted publication date: 20120201

Pledgee: Bank of Ningxia, Limited by Share Ltd, Tianjin branch

Pledgor: Tianjin Act Measurement & Control Technology Co., Ltd.

Registration number: 2015990000756

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