CN106767955A - 一种基于磁编码器的离轴式绝对角度测量的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁编码器的离轴式绝对角度测量的实现方法，该方法设计了由多对磁极对组成的环形主磁道和环形副磁道，并对磁道的磁极对进行编号。分别在主、副磁道下方安装的主、副磁编码器实现对各磁道位置进行编码，位置编码值在一个磁极对范围内是单值的，但在一个圆周内会出现重复值，因此无法直接作为输出角度值。根据位置编码值的差值值域区间相互间不存在重叠这一特点，可以判定出磁编码器当前对应的磁极对编号，将该编号与磁编码器的编码值进行线性组合成输出角度值，根据一周内磁极对编号的单值性及磁编码器在一个磁极对范围内编码值的单值性，输出角度值在一周内也具有单值性，即实现了离轴式绝对角度测量。

Description

一种基于磁编码器的离轴式绝对角度测量的实现方法

技术领域

本发明涉及绝对角度测量，尤其是涉及一种基于磁编码器的离轴式绝对角度测量的实现方法。

背景技术

磁性编码器结构简单，高速回转响应速度快，具有不受油污、尘埃和结构的影响，广泛应用于工业、军事、航空航海及通信等领域的角度测量。

目前应用于绝对角度测量的磁编码器一般为在轴式测量，要求编码器安装在被测转轴的轴端面上，该安装方式无法满足需要空心转轴的要求，而离轴式测量克服了在轴式测量的安装限制。

常见实现绝对角度测量的离轴式角度传感器有绝对式光电编码器、电位器等，关于能够直接实现离轴式绝对角度测量的磁编码器报导较少。奥地利微电子公司设计的磁编码器只能实现离轴式相对角度测量；英国RLS公司设计了由8个呈几何分布的霍尔传感器构成的模组实现分辨率为14位的离轴式绝对角度测量，它需要在线路板上集成8个霍尔传感器的ASIC，电路复杂、体积大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现中空轴式的绝对角度测量、体积小、分辨率高、配置灵活的基于磁编码器的离轴式绝对角度测量的实现方法。

本发明是这样实现的：

一种基于磁编码器的离轴式绝对角度测量的实现方法，特征是：

A、在一个铝基环形圆盘上分别设有两个环形磁道，外道磁环为主磁道，内道磁环为副磁道；主磁道上均匀分布有M个弧长为2mm的主磁极对，副磁道上均匀分布有N个弧长为2mm的副磁极对，主磁极对、副磁极对均由N磁极和S磁极构成；主磁道的每个主磁极对的分布角度为θ_M，副磁道的每个副磁极对的分布角度为θ_N；

B、主磁道的主磁极对的数量M和副磁道的副磁极对的数量N满足的关系为：

M-N＝1；

C、从主磁道上的主磁极对与副磁道上的副磁极对对齐开始，给主磁道的主磁极对编号为0，1，2，…，M－1；给副磁道的副磁极对编号为0，1，2，…，N－1；除编号为0的磁极对外，主磁道和副磁道的其它相同编号的磁极对是相互交错的；

D、在主磁道和副磁道的正下方分别安装了主磁编码器和副磁编码器，主磁编码器、副磁编码器处于圆盘的同一个径向方向上，它们仅在每个磁极对范围内输出单值的位置编码值；主磁编码器、副磁编码器的分辨率均为R位,输出最大位置的编码值为K,K与R满足关系为：

K＝2^R-1；

E、不失一般性，假设副磁编码器处在副磁道的第n个副磁极对的范围内时，主磁编码器此时输出的位置编码值为C_M,n，副磁编码器输出的位置编码值为C_N,n：

a、副磁编码器处在副磁道的第n个副磁极对的范围内，并且主磁编码器处在主磁道的第n个主磁极对的范围内；此时主磁编码器、副磁编码器输出的位置编码值满足关系：

C_M,n与C_N,n的差值C_M-N,n满足关系：

b.副磁编码器处在副磁道的第n个副磁极对的范围内，并且主磁编码器处在主磁道的第n+1个主磁极对的范围内；此时主磁编码器、副磁编码器输出的位置编码值满足关系：

C_M,n与C_N,n的差值C_M-N,n满足关系：

F.对于副磁道的副磁极对的编号n∈[0,N-1]取不同值时，C_M-N,n的值域区间相互之间不可能出现重叠，即可以根据主磁编码器、副磁编码器的位置编码值之差C_M-N,n判定出副磁编码器当前位置所对应的副磁道的副磁极对编号n；

G.将编号n和副磁编码器的位置编码值进行线性组合，组合成的输出角度值为即为磁编码器的离轴式绝对角度。

由于在一个圆周范围内编号n是单值的，并且在一个副磁极对范围内C_N,n也是单值的，输出角度值在一个圆周范围内是单值的，而且所采用铝基环形圆盘是中空的，即实现了离轴式绝对角度测量。

本发明具有可实现中空轴式的绝对角度测量、体积小、分辨率高、配置灵活的优点，它能够将离轴式相对角度测量的磁编码器扩展应用到离轴式绝对角度测量领域，在角度传感器领域尤其是中空轴角度传感器领域具有推广应用价值。

附图说明

图1为铝基环形圆盘的结构示意图；

图2为主磁编码器和副磁编码器的安装位置示意图。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。

一种基于磁编码器的离轴式绝对角度测量的实现方法，具体步骤如下：

A、如图1所示，在一个铝基环形圆盘上分别设有两个环形磁道，外道磁环为主磁道，内道磁环为副磁道；主磁道上均匀分布有M个弧长为2mm的主磁极对，副磁道上均匀分布有N个弧长为2mm的副磁极对，主磁极对、副磁极对均由N磁极和S磁极构成；主磁道的每个主磁极对的分布角度为θ_M，副磁道的每个副磁极对的分布角度为θ_N；

B、主磁道的主磁极对的数量M和副磁道的副磁极对的数量N满足的关系为：

M-N＝1；

C、从主磁道上的主磁极对与副磁道上的副磁极对对齐开始，给主磁道的主磁极对编号为0，1，2，…，M－1；给副磁道的副磁极对编号为0，1，2，…，N－1；除编号为0的磁极对外，主磁道和副磁道的其它相同编号的磁极对是相互交错的，如图1；

D、在主磁道和副磁道的正下方分别安装了主磁编码器和副磁编码器，主磁编码器、副磁编码器处于圆盘的同一个径向方向上，如图2，它们仅在每个磁极对范围内输出单值的位置编码值；主磁编码器、副磁编码器的分辨率均为R位,输出最大位置的编码值为K,K与R满足关系为：

K＝2^R-1；

E、不失一般性，假设副磁编码器处在副磁道的第n个副磁极对的范围内时，主磁编码器此时输出的位置编码值为C_M,n，副磁编码器输出的位置编码值为C_N,n：

a、副磁编码器处在副磁道的第n个副磁极对的范围内，并且主磁编码器处在主磁道的第n个主磁极对的范围内；此时主磁编码器、副磁编码器输出的位置编码值满足关系：

C_M,n与C_N,n的差值C_M-N,n满足关系：

b.副磁编码器处在副磁道的第n个副磁极对的范围内，并且主磁编码器处在主磁道的第n+1个主磁极对的范围内；此时主磁编码器、副磁编码器输出的位置编码值满足关系：

C_M,n与C_N,n的差值C_M-N,n满足关系：

F.对于副磁道的副磁极对的编号n∈[0,N-1]取不同值时，C_M-N,n的值域区间相互之间不可能出现重叠，即可以根据主磁编码器、副磁编码器的位置编码值之差C_M-N,n判定出副磁编码器当前位置所对应的副磁道的副磁极对编号n；

G.将编号n和副磁编码器的位置编码值进行线性组合，组合成的输出角度值为即为磁编码器的离轴式绝对角度。

Claims (1)

1.一种基于磁编码器的离轴式绝对角度测量的实现方法，特征是：

A、在一个铝基环形圆盘上分别设有两个环形磁道，外道磁环为主磁道，内道磁环为副磁道；主磁道上均匀分布有M个弧长为2mm的主磁极对，副磁道上均匀分布有N个弧长为2mm的副磁极对，主磁极对、副磁极对均由N磁极和S磁极构成；主磁道的每个主磁极对的分布角度为θ_M，副磁道的每个副磁极对的分布角度为θ_N；

B、主磁道的主磁极对的数量M和副磁道的副磁极对的数量N满足的关系为：

M-N＝1；

C、从主磁道上的主磁极对与副磁道上的副磁极对对齐开始，给主磁道的主磁极对编号为0，1，2，…，M－1；给副磁道的副磁极对编号为0，1，2，…，N－1；除编号为0的磁极对外，主磁道和副磁道的其它相同编号的磁极对是相互交错的；

D、在主磁道和副磁道的正下方分别安装了主磁编码器和副磁编码器，主磁编码器、副磁编码器处于圆盘的同一个径向方向上，它们仅在每个磁极对范围内输出单值的位置编码值；主磁编码器、副磁编码器的分辨率均为R位,输出最大位置的编码值为K,K与R满足关系为：

K＝2^R-1；

E、不失一般性，假设副磁编码器处在副磁道的第n个副磁极对的范围内时，主磁编码器此时输出的位置编码值为C_M,n，副磁编码器输出的位置编码值为C_N,n：

a、副磁编码器处在副磁道的第n个副磁极对的范围内，并且主磁编码器处在主磁道的第n个主磁极对的范围内；此时主磁编码器、副磁编码器输出的位置编码值满足关系：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{(n-1)({\mathrm{\&theta;}}_N-{\mathrm{\&theta;}}_M)}{{\mathrm{\&theta;}}_M}K\&le;C_{M,n}<K\\ 0\&le;C_{N,n}<\frac{(n-1)({\mathrm{\&theta;}}_M-{\mathrm{\&theta;}}_N)+{\mathrm{\&theta;}}_M}{{\mathrm{\&theta;}}_N}K\end{array}\right.$

C_M,n与C_N,n的差值C_M-N,n满足关系：

$(n-1)\frac{K}{N}\&le;C_{M-N,n}<n\frac{K}{M};$

b.副磁编码器处在副磁道的第n个副磁极对的范围内，并且主磁编码器处在主磁道的第n+1个主磁极对的范围内；此时主磁编码器、副磁编码器输出的位置编码值满足关系：

$\left\{\begin{array}{c}0\&le;C_{M,n}<\frac{n({\mathrm{\&theta;}}_N-{\mathrm{\&theta;}}_M)}{{\mathrm{\&theta;}}_M}K\\ \frac{(n-1)({\mathrm{\&theta;}}_M-{\mathrm{\&theta;}}_N)+{\mathrm{\&theta;}}_M}{{\mathrm{\&theta;}}_N}K\&le;C_{N,n}<K\end{array}\right.$

C_M,n与C_N,n的差值C_M-N,n满足关系：

$(n-1-N)\frac{K}{M}\&le;C_{MN,n}<(n-N)\frac{K}{N};$

F.对于副磁道的副磁极对的编号n∈[0,N-1]取不同值时，C_M-N,n的值域区间相互之间不可能出现重叠，即可以根据主磁编码器、副磁编码器的位置编码值之差C_M-N,n判定出副磁编码器当前位置所对应的副磁道的副磁极对编号n；

G.将编号n和副磁编码器的位置编码值进行线性组合，组合成的输出角度值为即为磁编码器的离轴式绝对角度。