CN104680229A - 多圈旋转感测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多圈旋转感测器，具有：具有至少一个划分轨迹(20,30)的整体量具(10)，借助于至少一个划分轨迹对机轴的角度调节进行绝对编码；第一扫描设备(40)，通过第一扫描设备可扫描最少一个划分轨迹(20，30)用于产生第一位置信号(PS1)；第一单圈分析单元(100)，用于根据第一位置信号(PS1)形成第一单圈代码字(SC1)；第一多圈分析单元(110)，用于根据第一位置信号(PS1)形成第一多圈代码字(MC1)；第二扫描设备(140)，通过第二扫描设备可扫描最少一个划分轨迹(20，30)用于产生第二位置信号(PS2)；第二单圈分析单元(200)，用于根据第二位置信号(PS2)形成第二单圈代码字(SC2)；第二多圈分析单元(210)，用于根据第二位置信号(PS2)形成第二多圈代码字(MC2)；电池(320)，通过电池可在缺失主电源(300)的情况下至少对于形成多圈代码字(MC1，MC2)所需的组件供应能量。根据本发明设置第一电池监视单元(400)，通过第一电池监视单元可监视电池(320)的功能并且可通过至少一个电池状态信号(BAT1，BAT2)表示。本发明还涉及用于运行这种多圈旋转感测器的方法。

Description

多圈旋转感测器
技术领域
本发明涉及根据权利要求1所述的可靠多圈旋转感测器（Multiturn-Drehgeber），以及根据权利要求9所述的用于运行这种多圈旋转感测器的方法。多圈旋转感测器经常在自动化技术中使用，以便测量机轴的角度位置和经过的转动的数量。
背景技术
用于测量机轴的角度位置的位置测量设备从多种出版物已知。这种位置测量设备称为旋转感测器。如果此外位置测量设备如此实施，除机轴的角度位置以外还可测量机轴经过的转动的数量，则提及多圈旋转感测器。
对于多圈单元（也就是用于确定机轴的经过的转动的数量的单元）的实施，基本上两个解决方案已知，一方面是基于传动器的多圈单元，另一方面是基于计数器的多圈单元。
基于计数器的多圈单元通过对代码载体的转动计数得出机轴的经过的转动的数量，该代码载体直接由机轴运行并且因此经过与要测量的机轴相同数量的转动。在代码载体上布置代码，该代码由扫描单元扫描。根据用扫描单元得出的位置信号在计数电子设备中生成计数器的计数信号，该计数器对代码载体的完全转动的数量并且因此机轴的完全转动的数量转动方向有关地进行计数。
为了计数器的计数器状况还在关闭主电源的情况下（也就是例如在其中运行多圈旋转感测器的机器关闭的情况下）存储并且此外保持计数功能，基于计数器的多圈单元经常装备有电池，电池在缺失主电源的情况下接管旋转感测器的至少多圈单元的能量供应。
EP 1462771B1描述例如具有在关闭状态中用电池运行的基于计数器的多圈单元的多圈旋转感测器。
DE 102008015837 A1描述具有电池运行的基于电感扫描原理的位置测量装置。这个位置测量装置还适合作为多圈旋转感测器实施。
例如在错误测量可导致其上运行多圈旋转感测器的机器的损害或甚至可导致对机器的操作人员的危险时，出于安全技术原因可以要求，冗余地测量机轴的转动的数量。
DE 102009029431 A1因此提出多圈旋转感测器，其装备有两个彼此无关的多圈单元。多圈单元的测量值的比较实现了随时多圈旋转感测器的功能性的检查。因此这适合于在安全相关应用中使用。
但是在这样的多圈旋转感测器的情况下使用两个基于计数器的多圈单元，其在关闭状态中由电池供应能量用于运行，但是如此可在较少情况下导致错误状态，其对两个多圈单元相同起作用并且在此可不直接地发现。
发明内容
本发明的任务在于，给出具有改善的运行安全性的多圈旋转感测器。此外本发明的任务在于，给出用于运行这种多圈旋转感测器的方法。
任务的第一部分通过如权利要求1所述的多圈旋转感测器来解决。
提出多圈旋转感测器，具有
-具有至少一个划分轨迹（Teilungsspur）的整体量具，借助于该至少一个划分轨迹对机轴的角度调节进行绝对编码，
-第一扫描设备，用第一扫描设备可扫描最少一个划分轨迹用于产生第一位置信号，
-第一单圈分析单元，用于根据第一位置信号形成第一单圈代码字，
-第一多圈分析单元，用于根据第一位置信号形成第一多圈代码字，
-第二扫描设备，通过第二扫描设备可扫描最少一个划分轨迹用于产生第二位置信号，
-第二单圈分析单元，用于根据第二位置信号形成第二单圈代码字，
-第二多圈分析单元，用于根据第二位置信号形成第二多圈代码字，
-电池，通过电池可在缺失主电源的情况下至少对于形成多圈代码字所需的组件供应能量，
多圈旋转感测器包括第一电池监视单元，通过第一电池监视单元可监视电池的功能并且可通过至少一个电池状态信号表示。
任务的第二部分通过根据权利要求9所述的用于运行多圈旋转感测器的方法来解决。
在此提出用于运行多圈旋转感测器的方法，具有
-具有至少一个划分轨迹的整体量具，借助于至少一个划分轨迹对机轴的角度调节绝对编码，
-第一扫描设备，通过第一扫描设备可扫描最少一个划分轨迹用于产生第一位置信号，
-第一单圈分析单元，用于根据第一位置信号形成第一单圈代码字，
-第一多圈分析单元,用于根据第一位置信号形成第一多圈代码字，
-第二扫描设备，通过第二扫描设备可扫描最少一个划分轨迹用于产生第二位置信号，
-第二单圈分析单元，用于根据第二位置信号形成第二单圈代码字，
-第二多圈分析单元,用于根据第二位置信号形成第二多圈代码字，
-电池，通过电池在缺失主电源的情况下为至少对于形成多圈代码字所需的组件供应能量，
其中电池的功能用第一电池监视单元监视并且通过至少一个电池状态信号表示。
根据本发明的多圈旋转感测器，以及根据本发明的用于运行这种多圈旋转感测器的方法的其他优点从实施方式的下列描述中给出。
附图说明
其示出
图1示出根据本发明的多圈旋转感测器的框图，
图2示出充电状态监视单元的原理图以及
图3示出持续性监视单元的原理图。
具体实施方式
在图1中示出根据本发明的多圈旋转感测器的框图。它基于电感扫描原理，如例如在DE 102008015837 A1中所述，在这里对其进行明确引用。
尽管如此明确指出，本发明并非固定在物理扫描原理上。如此还可以使用例如光电，磁或电容扫描原理。
多圈旋转感测器具有具有至少一个划分轨迹的整体量具10，借助于至少一个划分轨迹对机轴的角度调节绝对编码。在示出示例中整体量具10包括两个划分轨迹20，30，其中整体量具10和划分轨迹20，30仅抽象地简化示出。在实际的实现中整体量具10可以例如实施为代码盘，其抗扭地与要测量其角度位置/转动数的机轴相连。划分轨迹20，30可以由导电的和不导电的区域组成，其中心地关于代码盘的旋转中心点布置在不同的半径上。
要测量的角度位置在这个示例中模拟地编码，即在扫描划分轨迹20，30的情况下产生模拟扫描信号，从扫描信号的幅度和/或相位位置可确定输入机轴W的角度位置。但是备选地对此角度位置还可以数字地编码，例如其方式为划分轨迹具有多轨迹数字代码，例如格雷码，或一轨迹链条码，所谓的“伪代码”(PRC)。数字编码例如在光电扫描原理的情况下优选使用。
为了产生第一位置信号PS1现在设置第一扫描设备40。第一扫描设备包括激励器单元50，激励器单元连同激励线圈60产生电磁场，电磁场的强度受划分轨迹20，30影响。为了检测电磁场，设置两对第一接收线圈70，80，其中每对接收线圈70，80生成相对彼此相移的位置信号，位置信号实现了旋转方向无关的位置检测。在此第一接收线圈对70用于扫描第一划分轨迹20并且第二接收线圈对80用于扫描第二划分轨迹30。在接收线圈70，80中在运行中感应电压，感应电压的幅度取决于代码盘，或者要测量的机轴的角度调节。感应的电压输送到第一信号处理单元90，第一信号处理单元中电压在其作为第一位置信号PS1一方面输出到第一单圈分析单元100并且另一方面输出到第一多圈分析单元110之前,例如被滤波并且放大。
第一单圈分析单元100处理第一位置信号PS1到第一单圈代码字SC1，第一单圈代码字指示要测量的机轴的角度位置。
第一多圈分析单元110而是处理第一位置信号PS1到第一多圈代码字MC1，第一多圈代码字指示要测量的机轴经过的转动的数量。第一多圈分析单元110对此可以包括例如计数器，计数器对第一位置信号PS1的适合的事件进行旋转方向无关地计数。
测量的零点可以人工确定或例如通过实现极限开关等等。为了设定零点（从零点转动的计数开始），大多必要的是，在机器的真实的运行前可进行所谓的参考行驶。
第一单圈代码字SC1和第一多圈代码字MC1最后对第一代码转接单元120输送，该代码转接单元根据两个值形成公共第一位置值POS1，第一位置值不但包含当前角度位置，而且包含经过的转动的数量。
为了形成冗余的第二位置值POS2，除了具有激励线圈60的激励器单元50，所有提及的单元等同地第二次存在。
因此为了形成第二位置信号PS2设置第二扫描设备140。为第二扫描设备分配同样共同产生电磁场的激励器单元50和激励线圈60。为了检测由划分轨迹20，30调制的电磁场设置两对第二接收线圈170，180，其中每对接收线圈170，180生成相对彼此相移的位置信号，该位置信号实现旋转方向无关地位置检测。在此第一接收线圈对170用于扫描第一划分轨迹20并且第二接收线圈对180用于扫描第二划分轨迹30。第二信号处理单元190处理感应的电压到第二位置信号PS2。
除了用第一扫描设备40分开的激励器单元50和激励线圈60以外，因此第二扫描设备包括第二接收线圈170，180和第二信号处理单元190。
第二位置信号PS2输送到第二单圈分析单元200用于形成第二单圈代码字SC2并且输送到第二多圈分析单元210用于形成第二多圈代码字MC2。第二代码转接单元220最后根据第二单圈代码字SC2和第二多圈代码字MC2形成第二位置值POS2。
为了与(未示出的)后续电子设备280的通信设置接口单元250，来自后续电子设备280的命令和数据通过数据传输信道260接收，或者数据(作为接收命令的结果)发送到后续电子设备280。接口单元250可以实施为串行接口，即数据传输通过数据传输信道260以串行数据流的形式实现，如果必要的话通过节拍信号同步地实现。
在这个示例中对接口单元250输送位置值POS1，POS2并且可以，例如由于位置要求命令而传输到后续电子设备280。备选地可以将用于单独传输到后续电子设备280的多圈代码字MC1，MC2和单圈代码字SC1，SC2还直接对接口单元250输送。在这种情况下如果必要的话可以放弃代码转接单元120，220。
在正常运行中对于形成位置值POS1，POS2并且对于与后续电子设备280通信需要的所有组件由主电源300供应能量。在图1中这涉及位于区域310中的所有组件。
为了在缺失主电源300的情况下可以继续存储多圈代码字MC1，MC2并且进行对经过的转动的计数，对此所需的组件在电池支持的区域330中由电池320供应能量。通过主电源300供应的正常运行切换到通过电池320供应电池支持区域330的电池运行及其相反过程有利地自动在低于/超过主电源300的输出电压V+的最小值的情况下实现。
通过下列方式：在根据本发明的多圈旋转感测器的情况下两个多圈代码字MC1，MC2尽可能彼此无关地产生，已经实现高运行安全性。为了进一步提高在产生多圈代码字MC1，MC2的情况下尤其在电池运行的情况下识别故障的可能性，现在根据本发明在多圈旋转感测器中设置第一电池监视单元400，第一电池监视单元监视电池的功能并且对接口单元通过至少一个电池状态信号表示。由此可以对后续电子设备280表示例如电池的缺失(或将到来的缺失)。
为了还满足更高安全性要求，有利地设置冗余的第二电池监视单元500。
一方面，在电池具有足够充电状态，即电池电压VBAT达到对于功能所需的最小值时，则给出电池的规定功能。另一方面还必须的是，电池电压VBAT在电池运行中连续施加，因为每个还仅短期中断或低于对于运行必须的最小电压可意味着多圈代码字MC1，MC2的消除，因为相应部件(计数器等等)不或仅不足地供应能量。例如，在在关闭机器的情况下电池320不合适地替换时，然后中断出现。
为确定，电池的充电状态是否满足要求，在第一电池监视单元中布置充电状态监视单元410。图2示例性示出充电状态监视单元410的原理图。
对充电状态监视单元410输送电池电压Vbat。充电状态监视单元适当配置以便，例如通过比较电池电压VBAT与参考电压Vref，来确定，电池电压VBAT是否达到要求的最小值。充电状态监视单元410将比较的结果作为第一电池状态信号BAT1输出。比较在比较器单元420中实施，比较器单元可以是简单的比较电路组合件。
第一电池状态信号BAT1输送到接口单元250并且可以从接口单元传输到后续电子设备280。这可以以通过命令的直接请求，或自动作为数据包的部分实现，数据包还包含位置数据POS1，POS2。
充电状态监视单元410还可以包括多个比较器单元420，使得例如通过比较电池电压VBAT与对于运行正好还允许到的电压可以产生另外电池状态信号，该电池状态信号可作为缺失警告来解释，使得在实际缺失之前可进行电池替换。
因为低电池电压VBAT通常是电池320的静态状态，充电状态监视单元410由主电源300供应能量。
为了可以确保，第一电池状态信号VBAT的值通过实际电压比较并且不是如通过例如比较器单元420的故障实现，在充电状态监视单元410中还布置第一开关元件430，该第一开关元件，通过第一测试信号TEST1控制地，比较器单元420的输入上的要检查的电压从电池电压VBAT切换到测试电压VTEST。测试电压VTEST选择如此选择，使得比较器单元420必须识别电池320的太低充电状态并且借助于第一电池状态信号BAT1发信号。这样人工地导致电池320的太低充电状态并且可检查充电状态监视单元410的功能。测试信号TEST1可以例如通过经由数据传输信道260发送到多圈旋转感测器的接口单元250后续电子设备280的命令来控制。
为了检查电池电压VBAT的持续性第一电池监视单元400包括持续性监视单元450，该持续性监视单元适当配置，以便至少在关闭主电源300的情况下，也就是在电池运行中，确定短期取消(例如在电池转换的情况下)，以及可能地低于对于安全运行必要的最小电压并且用第二电池状态信号BAT2示出。图3示出这种单元的原理图。
持续性监视单元450选择包含存储单元460，该存储单元由电池电压VBAT供给。存储单元460可以在接通主电源300的情况下通过设置信号SET编程在定义的值上，该值由于电池电压VBAT的不持续性而改变。
在非常简单的实施中存储单元460包括触发器组合件(例如D触发器)，其可用设置信号SET(来自后续电子设备280的命令)编程到定义的逻辑电平，例如高电平。高电平作为第二电池状态信号BAT2输出(例如到接口单元250)并且发信号通知无故障运行。如果现在电池电压VBAT下降(例如通过提取电池320)，或下降到阈值下，则逻辑高电平消除(重置触发器组合件)。如果现在电池电压VBAT重新达到对于运行要求的值，则触发器组合件保持重置并且电池电压VBAT出现的不持续性由存储单元460作为逻辑低电平通过第二电池状态信号BAT2示出。对于监视电池电压VBAT并且为恢复定义的状态(在上述示例中第二电池状态信号BAT2在逻辑低电平上的明确设置)，在电池电压VBAT重新达到要求的值之后，可以在存储单元460中设置重置组合件。
同样在持续性监视单元450中设置该可能性，人工地即借助于第二开关元件470导致电池电压VBAT的不持续性，该第二开关元件可以由第二测试信号TEST2控制。第二开关元件470的打开现在中断电池电压VBAT与存储单元460的连接并且如此强制存储单元460的消除。第二测试信号TEST2又可以由后续电子设备280控制。代替中断还可以在此规定，第二开关元件470的接通实施从电池电压VBAT到测试电压的切换，其电压位于其中实现存储单元460的消除的值之下。
当然本发明不限制在所述的实施例上。相反本领域技术人员能够，在权利要求书的范围内构造备选实施方式。

Claims (15)

1.多圈旋转感测器,具有
-具有至少一个划分轨迹(20，30)的整体量具(10)，借助于所述划分轨迹对机轴的角度调节进行绝对编码，
-第一扫描设备(40)，通过所述第一扫描设备可扫描最少一个划分轨迹(20，30)用于产生第一位置信号(PS1)，
-第一单圈分析单元(100)，用于根据第一位置信号(PS1)形成第一单圈代码字(SC1)，
-第一多圈分析单元(110)，用于根据第一位置信号(PS1)形成第一多圈代码字(MC1)，
-第二扫描设备(140)，通过所述第二扫描设备可扫描最少一个划分轨迹(20，30)用于产生第二位置信号(PS2)，
-第二单圈分析单元(200)，用于根据第二位置信号(PS2)形成第二单圈代码字(SC2)，
-第二多圈分析单元(210)，用于根据第二位置信号(PS2)形成第二多圈代码字(MC2)，
-电池(320)，通过所述电池可在缺失主电源(300)的情况下为至少对于形成多圈代码字(MC1，MC2)所需的组件供应能量，
其特征在于设置第一电池监视单元(400)，通过所述电池监视单元可监视电池(320)的功能并且可通过至少一个电池状态信号(BAT1，BAT2)表示。
2.如权利要求1所述的多圈旋转感测器，其特征在于第一电池监视单元(400)包括充电状态监视单元(410)，通过所述充电状态监视单元可确定电池(320)的充电状态并且可通过第一电池状态信号(BAT1)表示。
3.如权利要求2所述的多圈旋转感测器，其特征在于电池(320)的充电状态可通过在比较器单元(420)中将电池电压(VBAT)与参考电压(Vref)比较来确定。
4.如权利要求2或3所述的多圈旋转感测器，其特征在于可对充电状态监视单元(410)输送第一测试信号(TEST1)，所述第一测试信号人工地产生电池(320)的错误充电状态。
5.如上述权利要求之一所述的多圈旋转感测器，其特征在于第一电池监视单元(400)还包括持续性监视单元(450)，通过所述持续性监视单元可监视电池(320)的电池电压(Vbat)的持续性并且可通过第二电池状态信号(BAT2)表示。
6.如权利要求5所述的多圈旋转感测器，其特征在于可对持续性监视单元(450)输送第二测试信号(TEST2)，所述第二测试信号人工地导致电池电压(VBAT)的不持续性。
7.如权利要求5或6所述的多圈旋转感测器，其特征在于电池电压(VBAT)的不持续性导致存储单元(460)的存储内容的改变。
8.如上述权利要求之一所述的多圈旋转感测器，其特征在于除了第一电池监视单元(400)以外设置冗余的第二电池监视单元(500)。
9.用于运行多圈旋转感测器的方法，具有
-具有至少一个划分轨迹(20，30)的整体量具(10)，借助于所述至少一个划分轨迹对机轴的角度调节进行绝对编码，
-第一扫描设备(40)，通过所述第一扫描设备可扫描最少一个划分轨迹(20，30)用于产生第一位置信号(PS1)，
-第一单圈分析单元(100)，用于根据第一位置信号(PS1)形成第一单圈代码字(SC1)，
-第一多圈分析单元(110)，用于根据第一位置信号(PS1)形成第一多圈代码字(MC1)，
-第二扫描设备(140)，通过所述第二扫描设备可扫描最少一个划分轨迹(20，30)用于产生第二位置信号(PS2)，
-第二单圈分析单元(200)，用于根据第二位置信号(PS2)形成第二单圈代码字(SC2)，
-第二多圈分析单元(210)，用于根据第二位置信号(PS2)形成第二多圈代码字(MC2)，
-电池(320)，通过所述电池可在缺失主电源(300)的情况下对至少对于形成多圈代码字(MC1，MC2)所需的组件供应能量，
其特征在于设置第一电池监视单元(400)，通过所述第一电池监视单元监视电池(320)的功能并且通过至少一个电池状态信号(BAT1，BAT2)表示。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于第一电池监视单元(400)包括充电状态监视单元(410)，通过所述充电状态监视单元确定电池(320)的充电状态并且通过第一电池状态信号(BAT1)表示。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于电池(320)的充电状态通过在比较器单元(420)中比较电池电压(VBAT)与参考电压(Vref)确定。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于对充电状态监视单元(410)输送第一测试信号(TEST1)，通过所述第一测试信号人工地产生电池(320)的错误的充电状态。
13.如权利要求9-12中任一项所述方法，其特征在于第一电池监视单元(400)还包括持续性监视单元(450)，通过持续性监视单元监视电池(320)的电池电压(Vbat)的持续性并且通过第二电池状态信号(BAT2)表示。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于对持续性监视单元(450)输送第二测试信号(TEST2)，通过所述第二测试信号人工地导致电池电压(VBAT)的不持续性。
15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于通过电池电压(VBAT)的不持续性导致存储单元(460)的存储内容的改变。
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