CN104315245B - 位置检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种位置检测装置，在编码器体内同时设置磁力线感应传感器和磁脉冲感应传感器；磁力线感应传感器齿数不同的随动齿轮和磁力线感应编码电路板；在各随动齿轮的上端轴心位置安装有铁硼磁铁；磁脉冲感应传感器包括码盘体利磁脉冲感应编码电路板，码盘体内装有每隔60度安装的六个圆柱形钕铁硼磁铁。本发明采用了磁力线和磁脉冲两个位置感应系统来检测阀门电动装置运行过程中的位置信号，可以获得阀门的实时位置，实时调整电机的动作，确保输出轴驱动阀门等对象可靠平稳运行到指定阀位。既用磁力线感应的方式解决了位置检测的精度问题，又用磁脉冲检测方式解决了位置检测的功耗问题，大大提升了阀门电动装置的定位精度和设备可靠性。

Description

位置检测装置

技术领域

本发明涉及旋转位置检测技术领域，具体涉及一种阀门电动装置的位置检测装置。

背景技术

智能阀门电动装置主要用于流程工业中大量使用的阀门和风门等流体机械开关或调节定位，其工作场所可能是各种各样的，包括防爆和防护等级要求很高的环境。智能阀门电动装置的主要控制参数是位置和转矩两个控制参数，位置检测的精度决定了阀门开度的定位精度，而转矩主要是保护智能阀门电动装置和阀门不受损坏的。要获取阀门电动装置的实际位置就需要通过智能阀门电动装置的位置检测系统获取。

目前，阀门电动装置的位置检测系统大多数采用减速齿轮组加电位器或者霍尔脉冲相对编码器，或者采用绝对值编码器等构成。电位器检测由于采用减速齿轮组将多转圈转换为单转圈，因此配套阀门时，口径越大的阀门位置检测精度越低，无法定位精度要求。霍尔脉冲相对编码器的检测方式，由于采用的是相对位置的计数脉冲信号，在主动力电源丢失后，需要使用备用电源或者电池给编码器和处理器供电，持续记录霍尔脉冲信号，如果电池没电或者脉冲丢失，将使检测的阀位不准确，造成电动装置或者阀门损坏。采用绝对值编码器的方式，由于传统的绝对值编码器采用的是单圈绝对值加上记圈装置的做法，在记圈装置中采用的多是齿轮组传动并记录转圈数的做法，在齿轮组中齿轮出现问题时，将导致记圈装置记录的圈数出现很大的跳变，造成位置失准或丢失，导致故障。

发明内容

本发明的目的是提供一种阀门电动装置的位置检测系统，将采用相对和绝对方式相结合的位置检测方式，实现对阀门电动装置位置精确可靠的测量。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：所述的阀门电动装置包括电机驱动模块、电机、蜗轮蜗杆传动系统、手动操作系统和输出连接系统，用于控制阀门的开闭，所述的位置检测装置包括：编码器主轴、编码器体及盖和底板，以及电路板和传感器，在编码器体内同时设置磁力线感应传感器和磁脉冲感应传感器；编码器体的中部设置带有中心轴孔的支撑圆盘，在盘面上围绕主轴周围分布设置有至少四个轴孔，编码器底板上设置有与支撑圆盘对应的轴孔；所述磁力线感应传感器包括安装在各相应轴孔内且齿数不同的随动齿轮，和位于各随动齿轮上方的磁力线感应编码电路板；在支撑圆盘的中心轴孔内的主轴上，安装有驱动齿轮，该驱动齿轮同时与各随动齿轮分别匹配啮合，并在各随动齿轮的上端轴心位置安装有与磁力线感应编码电路板检测元件对应的铁硼磁铁；所述磁脉冲感应传感器包括码盘体利磁脉冲感应编码电路板，所述码盘体固定在编码器主轴的最末端并与编码器主轴同轴旋转，码盘体内装有每隔60度安装的六个圆柱形钕铁硼磁铁；磁脉冲感应编码电路板位于码盘体下侧，在磁脉冲感应编码电路板与磁力线感应编码电路板之间设置有防磁隔板。磁力线感应编码电路板与磁脉冲感应编码电路板分别通过螺钉固定在编码器体内壁上，并在各螺钉上分别套装有用于支撑和隔离作用的垫圈，所述防磁隔板位于相应垫圈中间。

用于获得旋转轴绝对位置变化的磁力线感应传感器，该传感器直接与位置检测的编码器主轴相连，用于连续获取阀门电动装置多转圈的位置变化。该传感器采用不同齿数齿轮的错位传动，实现了多转圈位置变化的绝对位置检测，即使在传感器不供电的情况下，手动改变阀位，再次上电时还能准确检测出阀位的变化。而不是采用齿轮逐级传动的方式，确保了在齿轮出现故障时，会直接停止编码器工作，而不会出现跳圈的现象。

用于获得旋转轴相对位置变化的磁脉冲感应传感器，该传感器也直接与位置检测的编码器主轴相连，采用的霍尔开关式感应器件，通过安装在编码器主轴上的不同磁铁组合，在一个转圈内感应出不同数量的脉冲，并且将脉冲信号传输给处理器。

主控处理器，用于对位置传感器获取的信号进行处理，获得阀门电动装置的位置信息，同时根据位置控制指令驱动电机动作，使阀门电动装置运行到指定位置；

进一步，主控处理器在处理磁力线感应传感器和磁脉冲感应传感器的数据时，采用的是在主动力电源存在时，采集二者的位置信息并存储，然后以磁力线感应传感器的位置信息为主位置信息，以磁脉冲感应传感器的信息为辅助信息，在磁力线感应传感器故障后，自动切换采用磁脉冲感应传感器的信息。在主动力电源不存在时，只采集磁脉冲感应传感器，用于显示和位置判断，在主动力电源恢复后，再用磁力线感应传感器的信息去校准磁脉冲感应传感器的信息。

进一步，本位置检测系统将提供一个拥有两个屏幕的液晶显示屏用于显示实时位置信息以及传感器故障。该液晶显示屏在主动力电源存在时，两个屏幕均工作；在主动力电源不存在时，用备用电源供电，只显示低功耗的那个屏幕，用于显示阀位信息。

进一步，本位置检测系统的主控处理器，可以通过无线或者有线通信模块将位置信息传输给远程系统；

进一步，本系统还提供了备用电池用于主动力电源丢失情况下的位置检测和显示。

本发明由于采用了磁力线和磁脉冲两个位置感应系统来检测阀门电动装置运行过程中的位置信号，经过主控处理器的计算处理，可以获得阀门的实时位置，实时调整电机的动作，确保输出轴驱动阀门等对象可靠平稳运行到指定阀位。由于既用磁力线感应的方式解决了位置检测的精度问题，确保了阀门电动装置在电动运行时的定位精度；又用磁脉冲检测方式解决了位置检测的功耗问题，当主动力电源丢失后，使用备用电池为系统供电时，采用低功耗的磁脉冲检测，可以大大延长阀门电动装置位置检测和显示的时间，确保手动操作时也能实时跟踪和显示位置；同时，使用在一台阀门电动装置上采用两个不同的位置传感器，可以实现冗余的位置检测，大大提升了阀门电动装置的设备可靠性。

附图说明

图1是本发明位置检测装置的剖面结构示意图；

图2是图1的仰视图；

图3是图1中码盘的剖面结构示意图；

图4是图3的A-A剖面结构示意图。

图中标号：1为编码器盖，2为编码器主轴，3为O型密封圈，4为码盘体，5为铁硼铁芯，6为销，7为一层集成电路板，8为垫圈一，9为防磁隔板，10为垫圈二，11为二层集成电路板，12为螺钉，13为编码器体，14为自攻螺钉，15为编码器底板，16为粉末冶金轴承，17为销，18为34齿齿轮，19为36齿齿轮，20为26齿齿轮，21为22齿齿轮，22为铁硼铁芯，23为弹性安装板，24为垫圈，25为螺钉。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本发明实施方式进行说明。

阀门电动装置包括电机驱动模块、电机、蜗轮蜗杆传动系统、手动操作系统和输出连接系统，用于控制阀门的开闭和位置检测装置。

其中的位置检测装置参见图1和图2，自上而下依次包括编码器盖1、编码器体13和编码器底板15。编码器底板15两侧分别通过螺钉25及垫圈24安装有弹性安装板23。

编码器体13的中部设置带有中心轴孔的支撑圆盘，在盘面上围绕主轴周围分布设置有至少四个轴孔，编码器底板15上设置有与支撑圆盘对应的轴孔(包括中信轴孔)。编码器主轴2位于支撑圆盘的中心轴孔和编码器底板15的中心轴孔内。

编码器主轴2的上部设置磁脉冲感应传感器，下部设置磁力线感应传感器。

所述磁脉冲感应传感器包括码盘体4利磁脉冲感应编码电路板，码盘体4固定在编码器主轴的最末端并与编码器主轴同轴旋转，码盘体4内装有每隔60度安装的六个圆柱形钕铁硼磁铁；磁脉冲感应编码电路板(一层集成电路板7)位于码盘体4下侧。在码盘体4的上侧设有套固于编码器主轴末端的O形密封圈3。

所述磁力线感应传感器包括安装在支撑圆盘和编码器底板15之间的不同齿数的随动齿轮，如图1中各齿轮的齿数分别为22齿齿轮21，26齿齿轮20，34齿齿轮18和36齿齿轮19，图2、图3和图4中各轴孔。各随动齿轮通过粉末冶金轴承16安装在相应轴孔内。在编码器体13内壁上，套装有磁力线感应编码电路板(二层集成电路板11)，该线感应编码电路板位于各随动齿轮上侧。在各随动齿轮的上端轴心位置，安装有与磁力线感应编码电路板检测元件对应的铁硼磁铁。同时，在支撑圆盘的中心轴孔内的主轴上，安装有驱动齿轮，该驱动齿轮同时与各随动齿轮分别匹配啮合，传动连接。

在磁脉冲感应编码电路板与磁力线感应编码电路板之间设置有防磁隔板9。磁力线感应编码电路板与磁脉冲感应编码电路板分别通过螺钉固定在编码器体13内壁上，并在各螺钉上分别套装有用于支撑和隔离作用的垫圈一和垫圈二，所述防磁隔板位于相应垫圈中间。

本实施例中，用于获得旋转轴绝对位置变化的磁力线感应传感器，该传感器直接与位置检测的编码器主轴相连，用于连续获取阀门电动装置多转圈的位置变化。该传感器采用不同齿数齿轮的错位传动，实现了多转圈位置变化的绝对位置检测，即使在传感器不供电的情况下，手动改变阀位，再次上电时还能准确检测出阀位的变化。而不是采用齿轮逐级传动的方式，确保了在齿轮出现故障时，会直接停止编码器工作，而不会出现跳圈的现象。

本实施例中，用于获得旋转轴相对位置变化的磁脉冲感应传感器，该传感器也直接与位置检测的编码器主轴相连，采用的霍尔开关式感应器件，通过安装在编码器主轴上的不同磁铁组合，在一个转圈内感应出不同数量的脉冲，并且将脉冲信号传输给处理器。

本实施例的电路板上还包括由主控处理器，用于对位置传感器获取的信号进行处理，获得阀门电动装置的位置信息，同时根据位置控制指令驱动电机动作，使阀门电动装置运行到指定位置。

实施例2：在实施例1的结构和电路板布局集成上，主控处理器在处理磁力线感应传感器和磁脉冲感应传感器的数据时，采用的是在主动力电源存在时，采集二者的位置信息并存储，然后以磁力线感应传感器的位置信息为主位置信息，以磁脉冲感应传感器的信息为辅助信息，在磁力线感应传感器故障后，自动切换采用磁脉冲感应传感器的信息。在主动力电源不存在时，只采集磁脉冲感应传感器，用于显示和位置判断，在主动力电源恢复后，再用磁力线感应传感器的信息去校准磁脉冲感应传感器的信息。

进一步，本位置检测系统将提供一个拥有两个屏幕的液晶显示屏用于显示实时位置信息以及传感器故障。该液晶显示屏在主动力电源存在时，两个屏幕均工作；在主动力电源不存在时，用备用电源供电，只显示低功耗的那个屏幕，用于显示阀位信息。

进一步，本位置检测系统的主控处理器，可以通过无线或者有线通信模块将位置信息传输给远程系统；

另外，本系统还提供了备用电池用于主动力电源丢失情况下的位置检测和显示。

Claims (7)

1.一种位置检测装置，包括编码器主轴、编码器体及盖和底板，以及电路板和传感器，其特征是：在编码器体内同时设置磁力线感应传感器和磁脉冲感应传感器；所述编码器体的中部设置带有中心轴孔的支撑圆盘，在盘面上围绕主轴周围分布设置有至少四个轴孔，编码器底板上设置有与支撑圆盘对应的轴孔；所述磁力线感应传感器包括安装在各相应轴孔内且齿数不同的随动齿轮，和位于各随动齿轮上方的磁力线感应编码电路板；在支撑圆盘的中心轴孔内的主轴上，安装有驱动齿轮，该驱动齿轮同时与各随动齿轮分别匹配啮合，并在各随动齿轮的上端轴心位置安装有与磁力线感应编码电路板检测元件对应的铁硼磁铁；所述磁脉冲感应传感器包括码盘体和磁脉冲感应编码电路板，所述码盘体固定在编码器主轴的最末端并与编码器主轴同轴旋转，码盘体内装有每隔60度安装的六个圆柱形钕铁硼磁铁；磁脉冲感应编码电路板位于码盘体下侧，在磁脉冲感应编码电路板与磁力线感应编码电路板之间设置有防磁隔板，其中，所述磁脉冲感应传感器直接与编码器主轴相连。

2.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征是：所述磁力线感应编码电路板与磁脉冲感应编码电路板分别通过螺钉固定在编码器体内壁上，并在各螺钉上分别套装有用于支撑和隔离作用的垫圈，所述防磁隔板位于相应垫圈中间。

3.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征是：还设置有主控处理器，用于对位置传感器获取的信号进行处理，获得阀门电动装置的位置信息，同时根据位置控制指令驱动电机动作，使阀门电动装置运行到指定位置。

4.一种位置检测装置，含有主控处理器和如权利要求1所述的磁力线感应传感器、磁脉冲感应传感器；所述主控处理器在处理磁力线感应传感器和磁脉冲感应传感器的数据时，采用的是在主动力电源存在时，采集二者的位置信息并存储，然后以磁力线感应传感器的位置信息为主位置信息，以磁脉冲感应传感器的信息为辅助信息，在磁力线感应传感器故障后，自动切换采用磁脉冲感应传感器的信息；在主动力电源不存在时，只采集磁脉冲感应传感器，用于显示和位置判断，在主动力电源恢复后，再用磁力线感应传感器的信息去校准磁脉冲感应传感器的信息。

5.根据权利要求4所述的位置检测装置，其特征是：提供一个拥有两个屏幕的液晶显示屏用于显示实时位置信息以及传感器故障；该液晶显示屏在主动力电源存在时，两个屏幕均工作；在主动力电源不存在时，用备用电源供电，只显示低功耗的那个屏幕，用于显示阀位信息。

6.根据权利要求4所述的位置检测装置，其特征是：所述主控处理器，通过无线或者有线通信模块将位置信息传输给远程系统。

7.根据权利要求4所述的位置检测装置，其特征是：还提供了备用电池用于主动力电源丢失情况下的位置检测和显示。