CN107356273B - 一种提高编码检测装置可靠性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高编码检测装置可靠性的方法。包括感应元件组合如传感器元件组合、触发元件组合如编码盘两个部分，触发元件组合与感应元件组合的不同的相对位置状态有自然数L个，针对L个相对位置中的每一特定相对位置，由自然数n个感应元件组成的感应元件组合会产生一个n位的二进制输出，以此类推，L个不同的相对位置对应L个n位二进制输出，该L个n位二进制输出信号定义为基准输出信号，选取的L个基准输出信号中，任意两个作为基准输出信号的n位二进制数之间至少有2M加1位不同，从而保证当有自然数M个感应元件发生故障时，感应元件组合作为整体的输出仍旧可以产生正确的位置状态信号。

Description

一种提高编码检测装置可靠性的方法

技术领域

本发明涉及一种提高编码检测装置可靠性的方法。

背景技术

传统的接触式位置传感器，存在由于接触而产生的机械磨损，导致测量精度下降、寿命缩减等缺点，需要经常修理甚至更换。非接触式传感器具有寿命更长、工作更加可靠等优点，在实际产品中得到了广泛的应用。非接触式传感器的实际应用中以磁感应式的霍尔传感器和电感应式的光电传感器应用最为广泛。

在由多个开关类传感器构成的编码检测系统中，要将各个传感器检测出的信号按照一定的顺序排列编码，然后将编码信号输出到控制检测系统中以执行相应的动作。按照信号形成的不同方式,编码可分为增量式和绝对式两大类。增量式编码相当于信号的累加编码，而绝对式编码则是各个信号相互独立，互不干扰。在实际运用中，绝对式编码应用更为广泛。

在很多产品或装置中，如果需要对相关部件运动过程中的位置信息进行检测和信号输出时，使用编码检测装置是一个很好的选择，编码检测装置中包含若干开关类型的传感器，如光电开关，霍尔开关等。但是在实际使用中，由非接触式传感器组成的编码检测装置虽然寿命高，较为可靠，但是一旦某个传感器发生故障，整个编码检测装置信号便会发生错误或紊乱，严重影响编码检测装置的正常使用。在某些特殊场合的使用情况下甚至可能会导致事故的发生，造成财产损失和人员伤亡的严重后果。

发明内容

为解决现有编码检测装置中的传感器发生故障时，信号发生错误或紊乱，影响整个传感器编码检测装置正常使用的问题，本发明提供了一种提高编码检测装置可靠性的方法，使用本方法可以在不提高单个开关传感器可靠性的基础上，将由一系列开关类传感器组成的编码检测装置作为一个整体装置出现故障的概率大幅度降低，从而使得整体装置的可靠性大大增加。

具体地，提供一种提高编码检测装置可靠性的方法，所述编码检测装置包括感应元件组合如传感器元件组合、触发元件组合如编码盘两个部分，当触发元件组合相对感应元件组合运动时，触发元件组合与感应元件组合的不同的相对位置状态有自然数L个，针对L个相对位置中的每一特定相对位置，由自然数n个感应元件组成的感应元件组合会产生一个n位的二进制输出，以此类推，L个不同的相对位置对应L个n位二进制输出，该L个n位二进制输出信号定义为基准输出信号，其特征在于，选取的L个基准输出信号中，任意两个作为基准输出信号的n位二进制数之间至少有2M加1位不同，从而保证当有自然数M个感应元件发生故障时，感应元件组合作为整体的输出仍旧可以产生正确的位置状态信号，不影响整体装置的使用。

进一步地，作为基准输出信号的L个n位二进制数中，任意两个n位二进制数之间至少有2M加1位不同时，所述基准输出信号中任意一个n位二进制数的任意一位改变时派生的新的n位二进制数都不会与L个基准输出信号中的其他任意一个n位二进制数或由该n位二进制数的任意一位改变而派生的新的n位二进制数相同。

更进一步地，在包含所述检测装置的信号系统或控制系统中，有L个由触发元件组合与感应元件组合的相对位置决定的位置状态信号，某个特定位置的位置状态信号的存在与否是由L个基准输出信号中的某一个特定n位二进制数和由这个n位二进制数的任意一位改变而派生的新的n个n位二进制数共同组成的n加1个n位二进制数的存在状态的逻辑或的结果决定。

特别地，当编码检测装置为圆周式编码检测装置且装置中发生故障的传感器的数量M为1时，圆周上相邻两个位置之间的旋转角度β由实际应用中的总圆周旋转角度、总圆周位置数和具体应用环境要求确定。

进一步地，编码检测装置为圆周式编码检测装置时，相邻两个传感器的角度α由同一圆周上相邻两个位置之间的旋转角度β和需要的总圆周位置数A确定：当α≥β且α可以被360°整除时，存在当m＜A时，m*β≠α或当m≥A时，m*β＝α(m∈N，A∈N，N为自然数)。

更进一步地，编码检测装置为圆周式编码检测装置时，编码盘对传感器的感应角度θ的确定方法为：β＝L₁*θ；α≥n*θ；

(d为最小遮挡宽度，R_编指编码盘的半径，n表示需要的传感器的个数，L₁∈N，n∈N，N为自然数)。

特别的当编码检测装置为圆周式编码检测装置，且装置中发生故障的传感器的数量M＝1时，本发明的采用的具体方法为：

本发明的核心部件主要包传感器元件组合、编码盘两个部分。

所述传感器元件组合固定安装在电路板上，所述传感器元件可以是光电开关、霍尔开关或者其他非接触式或接触式传感器。所述传感器元件的主要功能是检测并产生编码盘旋转过程中不同位置的位置信号。

所述编码盘固定在圆周运动的部件之上，并可以随着圆周运动的部件一起转动。所述编码盘的外形、结构由使用的传感器元件的类型、结构和尺寸决定。

特别地，以传感器元件选取槽型对射式光电开关为例，运用绝对式编码方法构成传感器编码检测装置。结构上，编码盘伸入光电开关的U型槽之中，当编码盘在转动过程中，由于编码盘结构的原因，不同位置上光电开关的遮挡状态也在相应的变化，因此产生二进制数值0或1来表示光电开关的被遮挡与否，多个光电开关按照一定的顺序组合便产生一个多位二进制数，该多位二进制数即为所述的位置信号。

光电开关故障的表现形式可能有三种情况：一直处于无遮挡状态时的对应信号；一直处于遮挡状态时的对应信号；处于无遮挡、遮挡状态随意变化时的对应信号。这三种情况中处于无遮挡、遮挡状态随意变化时的信号的情况最为复杂，如果在这种故障情况下，传感器依然可以输出可以被识别的编码信号，那么，当前面所述的其他两种故障情况发生时，传感器必然也可以输出可以被识别的编码信号。所以，以故障情况为处于无遮挡、遮挡状态随意变化时的故障信号为例研究相应的解决方法。

触发元件组合如编码盘与感应元件组合如光电开关组合的不同的相对位置状态有整数L个，针对L个相对位置中的每一特定相对位置，由整数n个感应元件组成的感应元件组合会产生一个n位的二进制输出，以此类推，L个不同的相对位置对应L个n位二进制输出，该L个n位二进制输出信号定义为基准输出信号。为保证编码检测装置输出的有效性，要求当表示某个位置信号的n位二进制数的某一位任意变化时，不影响对编码检测装置整体信号的判别。也就是说，要求每个表示某个位置信号的n位二进制数以及该n位二进制数的任意某一位发生变化时所可能派生的n个n位二进制数与表示其他任意一个位置信号的n位二进制数以及由表示其他任意一个位置的该n位二进制数中的任意某一位发生变化时所可能派生的n个n位二进制数是相互独立的。这就要求表示各个信号的n位二进制数之间至少有3位是不同的。例如000和111这两个3位二进制数有3位是不同的，如果某个光电开关发生故障，000可能出现的信号为：000，100，010，001；而111可能出现的信号为：111，011，101，110，这样在只有一个光电开关发生故障的情况下，这两组信号之间仍旧没有相同的信号，两组信号之间仍然相互独立，不会出现两个信号相同的情况。运用时，选择其中一组的4个信号以逻辑或的关系组合作为某一个特定位置的代表信号即可。此外，当需要在多个光电开关发生故障的情况下，整体装置仍旧可以正常使用，可查表1得到表示各个位置信号的多位二进制数应当有几位不同才能够具备提供可靠信号的功能。

表1 发生故障的传感器数目与信号组任意两信号之间至少需要的不同的位数关系表

特别的，当需要提供8个信号，且任意某个光电开关损坏时都不影响信号的判别，则每两个信号之间至少有3位不同，查表2可知，只有光电开关的数量大于等于6时，即表示信号的二进制数的位数大于等于6才能够在圆周上提供8个位置信号且每两个信号之间有3位不同。n个光电开关可以产生2ⁿ个不同的信号，当有6个光电开关时，总共可以提供2⁶＝64个信号，可以将这64个信号可以分为8组，如表3所示，每组有8个信号，且每组中的任意两个表示位置信号的二进制数之间至少有3位不同。

选择表3中的一组二进制数作为圆周运动过程中的位置信号，该组二进制数中任意两个之间有3位不同。通过合理的编码盘设计，使得圆周运动过程中不同的圆周位置与该组二进制数的每一个数一一对应。例如表3中的8组6位二进制数，每组中的8个6位二进制数与8个圆周位置一一对应。此时，每个位置的位置代表信号相当于用7个6位二进制数的逻辑或的组合方式来表示，这7个6位二进制数分别为在每组中的8个6位二进制数中选定的一个以及由这个选定的二进制数的6位分别改变而产生的6个6位二进制数。因此，当表示位置信号的二进制数的任意一位发生变化，即当任意一个光电开关发生故障时，整体的圆周式编码检测装置仍旧可以正常使用。

表2 A与n的对应表(位置数大于16的情况很少使用，如果需要可自行列表分析)

表3 6位二进制数任意3位不同的分组情况

假设任意光电开关出现故障的概率为a：

使用3个光电开关提供8个信号时，有任意一个光电开关出现故障，那么编码检测装置整体便会出现信号识别故障，出现故障的概率为：

在新的设计中，使用6个光电开关提供8个位置信号，每两个代表不同位置信号的二进制数至少有3位不相同的信号时，假如任意一个光电开关出现故障，仍不会影响检测装置作为整体的正常的使用，只有当两个光电开关同时出现故障时整体才会出现信号识别故障，因此出现故障的概率为：

15a²÷3a＝5a，所以，当使用6个光电开关提供8个至少3位不相同的位置信号进行容错设计时，比原来只使用3个光电开关出现故障的概率降低了5a倍。

实际产品中光电开关的故障率较低，下表4列出不同光电开关故障率时的整体检测装置故障率的对应关系：(D表示3个光电开关提供8个信号的故障率；E表示6个光电开关提供8个信号的故障率；F表示使用6个光电开关比使用3个光电开关故障率降低的倍数)

表4 故障率降低的倍数

因此可知本发明一种提高编码检测装置可靠性的方法可以在不降低单个传感器元件故障率的基础上，大大降低整体传感器编码检测装置的故障率，使得整体装置更加安全可靠，适用于各种需要更长寿命，更高可靠性的编码检测装置之中。

附图说明

图1是相邻光电开关的角度α的示意图

图2是编码盘对光电开关的遮挡角度θ的示意图

图3是圆周编码盘平面展开示意图

图4是Fairchild H22A1的槽型对射式光电开关结构尺寸示意图

图5是本发明第一种光电开关部分的结构示意图，

图6是本发明第一种编码盘的结构示意图

图7是本发明第一种光电开关部分与第一种编码盘的配合结构示意图

图8是本发明第二种光电开关部分的结构示意图，

图9是本发明第二种编码盘的结构示意图

图10是本发明第二种光电开关部分与第二种编码盘的配合结构示意图

具体实施方案一

下面结合附图对本发明的方法进行详细解释说明，但并不因此将本发明限制在所述实施例范围之中。

下面，以传感器元件选择型号为Fairchild H22A1的槽型对射式光电开关，且要求圆周方向上需要检测8个位置信号的圆周式传感器编码检测装置为例，对具体的方法步骤以及相应的尺寸结构的确定做一个详细的说明。

任选一组信号作为位置代表信号，即位置状态信号或位置输出信号，要求在编码盘在旋转过程中，每一个位置与每组信号中的8个信号一一对应，设计时要确定如图1所示的相邻光电开关的角度α、相邻两个位置之间的旋转角度β以及如图2所示的编码盘对光电开关的遮挡角度θ这3个角度之间的关系。

图3为圆形编码盘展开到平面上的部分示意图，图中标0的位置为初始位置时光电开关对应在编码盘上的位置，如图所示，图中每格的宽度对应为某一直径下编码盘对光电开关的遮挡角度为θ时的平面展开距离。图中的0-7位置的总距离对应为某一直径的编码盘上相邻光电开关的角度为α时的平面展开距离。为方便理解起见，只考虑如图中箭头所示位置的一个光电开关的信号情况，在此情况下当编码盘转动时图中的标号位置会依次经过此光电开关，从而实现与标号位置状态对应的一位信号的生成。进一步的，若多个光电开关同时被编码盘激发并按照一定顺序排列输出信号，便会产生相应的多位二进制位置信号。

特别的，我们选取专利《一种档位操纵机构》中的实际应用为例介绍3个角度大小的确定方法及技巧，该机构中的光电开关的型号为Fairchild H22A1，H22A1的尺寸数据如图4所示(单位为mm)，在该专利设计的机构中光电开关布置的最大外径为50mm，编码盘的外径小于38mm。作为档位操纵机构，虽然要求换挡过程中有明显的操作感，但如果每个档位之间的旋转角度过大，当档位较多时会使得整体操作角度范围过大，操作性变差。根据人因工程学提供的数据，手掌绕腕关节的屈伸度男性平均为134°，女性平均为141°，操作过程中的总旋转角度应小于手掌绕腕关节的屈伸度，才能保证操作的舒适性。所以，当圆周方向上需要有8个档位时，若保证总旋转角度不超过120°，则相邻档位之间的夹角应小于15°。在保证良好操作感的前提下选定两个档位之间的旋转角度β＝15°。

为保证光电开关正常识别遮挡信号，编码盘对光电开关的遮挡角度不宜过小，在本例中，编码盘对光电开关的遮挡角度θ和相邻光电开关的角度α的大小是相互影响的，要保证编码盘在旋转过程中提供n个相互独立的信号，只需要保证编码盘在旋转过程中被光电开关识别的位置各不相同，那么α至少要为θ的n倍，即α＝n*θ,n∈N，N为自然数。如图3所示，图中0-7为需要提供的8个编码盘的遮挡角度θ，如图，此时相邻光电开关的角度α＝8*θ，这样相当于相邻两个光电开关之间存在8个可以遮挡光电开关的位置，可以在每个位置上都可以选择遮挡与否，从而保证每个位置上都可以提供相互独立的信号，以实现对每个档位的绝对编码。

因为有8个位置信号时需要有6个光电开关，在圆周上布置光电开关时，相邻两个光电开关最大的夹角为60°，根据所选光电开关的尺寸和《一种档位操纵机构》的外形尺寸，当夹角小于30°时，无法布置光电开关。所以α的范围是[30°，60°]，且因为换挡过程中存在顺时针和逆时针两个方向的换挡动作，为了最大限度地利用编码盘及编码检测装置的空间，光电开关的布置及其对应的编码盘都需要把圆周分成相同角度的整数份。如图3所示，要将圆周均分为n个α，每个α均含有0-7这8个θ，若不将圆周均分，某个α的角度小于8个θ，则该区域无法针对8个不同位置提供8个互不相同的信号。所以，圆周被分的个数应可以被360°整除。由上述条件可得到所有相邻光电开关的角度α如表4所示的情况：

表4 相邻光电开关的角度α可能的情况

在上述例子中，相邻两个档位之间的旋转角度β＝15°，因为换挡手柄是前4后3的形式，换挡旋转过程中的每个档位位置上光电开关在不同档位时必须对应不同的编码盘遮挡位置，如图3所示，当需要8个档位时，每个档位需要与图中0-7的位置一一对应，这样才能保证各个信号相互独立，不出现重复的情况。如图3所示，特别的，当α＝2*β时，在旋转过程中光电开关只能采集到0和4这两个位置的信号，不能满足要求。所以，α不为β的整数倍，或者α需要为β的8倍以上的整数倍才可能满足条件。即α的取定的方法为：α≥β且α可以被360°整除时，存在当m＜A时，m*β≠α或当m≥A时，m*β＝α(m∈N，A∈N，A为档位位置数，N为自然数)。综上，α只可能是40°或者36°。

设计中要保证每个档位的位置上编码盘对光电开关的遮挡都位于遮挡宽度的中心位置，否则在旋转过程中两个角度偏差逐渐累积，会出现某些开关无法被准确触发，信号产生错误的情况。所以，相邻两个档位之间的旋转角度β必须是编码盘对光电开关的遮挡角度θ的整数倍，此外，由上文可知，因为要产生8个信号所以α至少为θ的8倍。综上，编码盘对光电开关的遮挡角度θ的可能数值为5°，3.75°，3°，2.5°，1.875°，1.5°，1.25°，1°(小于1°的暂不考虑，如需要读者可自行选择)。

根据以上内容可以得出，在需要8个及以上信号的圆周式光电开关组中并考虑某个光电开关是容错光电开关且拥有较好的操作感的情况下，α、β、θ可以的取值为：

1.α＝40°；β＝15°；θ＝5°，θ＝2.5°，θ＝1.25°，θ＝1°。

2.α＝36°；β＝15°；θ＝3°，θ＝1.5°，θ＝1°。

在本例中，应该使用较大的编码盘对光电开关的遮挡角度θ，以保证对光电开关的准确遮挡，综合考虑应使用最大的θ＝5°，即α＝40°；β＝15°；θ＝5°。由此最终可到光电开关与编码盘的配合关系示意图。

图5所示为本发明第一种光电开关部分的结构示意图，第一种光电开关部分由电路板和6个槽型光电开关构成，光电开关焊接固定在电路板上，相邻的光电开关的中心在圆周方向上的夹角为40°，螺钉通过第一种光电开关部分上下的两个圆孔将第一种光电开关部分固定在圆周式编码检测装置内部并使其自由度为0。第一种编码盘的突出部分伸入第一种光电开关部分的光电开关的槽中，当第一种编码盘转动时，光电开关产生不同的信号，从而产生相应的转动位置信号。

图6所示为本发明第一种编码盘的结构示意图，第一种编码盘通过螺钉等连接方式同轴连接在圆周式编码检测装置的旋转部件上，参与编码的编码盘突出部分伸入第一种光电开关部分中每个光电开关中间的遮档槽之中；所述编码盘突出部分采用不透光的材料，但部分位置采用缺口或开槽的形式使其在该位置处透光。遮档部分和缺口部分为5°。当第一种编码盘转动时，光电开关产生不同的信号，从而产生相应的转动位置信号。

图7所示为本发明第一种光电开关部分与第一种编码盘的配合结构示意图，图中第一种编码盘的突出部分伸入第一种光电开关部分的光电开关的槽中，当第一种编码盘转动时，由于编码盘突出部分的结构，使得光电开关产生不同的信号，6个光电开关按照一定顺序将产生的信号排列输出便产生了相应的转动位置信号。

如果在其他需要圆周式光电编码或需要其他数量信号并且考虑光电开关容错的情况下，可以根据本发明的设计思路进行设计，以得到适合的结果。

具体实施方案二

具体实施方案一中是以专利《一种档位操纵机构》为例进行尺寸的具体设计，但是圆周式光电开关布置的直径决定了编码盘的外径大小，编码盘对光电开关的遮挡宽度d取决于编码盘对光电开关的遮挡角度θ和编码盘的遮挡外径：

当R_编大小确定时，遮挡宽度取决于遮挡角度θ的大小。即θ的确定方法为：β＝L₁*θ，(L₁∈N，N为自然数)；α≥n*θ，(n∈N，N为自然数)；

但是，如果R_编较小时，若θ取值也过小，会导致遮挡宽度过小，考虑到加工与装配误差的存在可能会无法准确识别各个位置的遮挡信号，造成信号产生错误影响正常使用。

同样以光电开关Fairchild H22A1为例，光电开关的光缝宽度为1mm，实际应用中，编码盘对光电开关的遮挡宽度应比槽型光电开关的光缝宽度的宽度宽1-2mm，在加工装配误差存在的情况下，才能有效阻断光线，产生信号。若取编码盘对光电开关的遮挡宽度d＝2mm。

因为

根据上述情况，当最大取θ＝5°时，R_编＝22.93mm。所以，当编码盘的外径D_编≤45.85mm时，θ＝5°便不能满足使用要求，此时可以使用具体实施方案二的两圈光电开关的方式予以解决。

在R_编较小时设计了一种新的具体实施方案二，以防止产生错误的信号、影响装置的使用。TRIZ理论的采用空间分离原理，将6个光电开关分成内外两圈的形式，即外圈有三个光电开关，内圈也有三个光电开关(如图8)。在档位转动的同时用一个双圈的编码盘(如图9)控制两圈光电开关分别产生档位信号，将信号组合输出，同样可以产生相应的6位二进制档位信号。

图8所示为本发明第二种光电开关部分的结构示意图，第二种光电开关部分由电路板和6个槽型光电开关构成，光电开关采用两圈式的布置方式，每圈3个，光电开关焊接固定在电路板上，相邻的光电开关的中心在圆周方向上的夹角为120°，螺钉通过第二种光电开关部分上下的两个圆孔将第二种光电开关部分固定在圆周式编码检测装置内部并使其自由度为0。第二种编码盘的突出部分伸入第二种光电开关部分的光电开关的槽中，当第二种编码盘转动时，光电开关产生不同的信号，从而产生相应的转动位置信号。

图9所示为本发明第二种编码盘的结构示意图，第二种编码盘通过螺钉等连接方式同轴连接在圆周式编码检测装置的旋转部件上，参与编码的编码盘内外两圈突出部分分别伸入第二种光电开关部分中内外两圈的每个光电开关中间的遮档槽之中；所述第二种编码盘的两圈突出部分采用不透光的材料，但部分位置采用缺口或开槽的形式使其在该位置处透光。遮档部分和缺口部分为15°。当第二种编码盘转动时，内外两圈光电开关产生不同的信号，从而产生相应的转动位置信号。

图10所示为本发明第二种光电开关部分与第二种编码盘的配合结构示意图，图中第二种编码盘的内外两圈突出部分伸入第二种光电开关部分中内外两圈的光电开关的槽中，当第二种编码盘转动时，由于第二种编码盘突出部分的结构，使得第二种光电开关部分的内外两圈光电开关产生不同的信号，内外两圈的6个光电开关按照一定顺序将产生的信号排列输出便产生了相应的转动位置信号。

在具体实施方案二中相邻的光电开关在圆周方向上的夹角为120°，120°之间需要提供8个相互独立的位置区间，因此编码盘对光电开关的遮挡角度变为120°÷8＝15°，若取编码盘对光电开关的遮挡宽度d＝2mm，则R_编min＝7.66mm，所以内圈光电开关布置的最小直径为15.32mm。因此，当15.32mm≤D_编＜45.85mm时，可采用本设计具体实施方案二的光电开关布置形式，解决了小直径时，遮挡宽度过小的问题。

具体实施方案三

具体实施方案一和具体实施方案二由于尺寸的限制只说明了本设计的一般方法和流程，例如圆周式光电编码检测装置的外形尺寸较大时，使用较小的编码盘对光电开关的遮挡角度θ同样可以满足遮挡宽度大于2mm的设计要求，相反如果在空间限制的情况下，可以使用多圈式的光电开关和多圈式的编码盘以增大编码盘对光电开关的遮挡角度。此外，本发明虽然以圆周式编码检测装置为例进行说明，所介绍的基本原理也可用于其他非圆周式的编码检测装置。本发明的圆周式编码检测装置是由一系列的光电开关组成，本发明所介绍的基本原理也可用于由其他的接触式或非接触式开关类传感器组成的编码检测装置中。因此具体实施方案三总结了圆周式传感器编码检测装置设计的一般步骤和流程，以满足各种使用需求。

一种提高圆周式编码检测装置可靠性的设计方法可归纳为如下步骤：

1.圆周上用于信号输出的每个离散位置对应一个由n个传感器产生的n位二进制数。表示任意两个离散位置的二进制数至少有3位是不相同的。

2.根据圆周上需要的离散位置总数A，通过查找相应的A与n的对应表2，确定需要使用的二进制数的位数n，即需要的传感器的个数n(A∈N，n∈N，N为自然数)。

3.根据实际使用的情况和具体尺寸确定最为适合的传感器种类和型号。

4.根据实际应用中所确定的总圆周旋转角度和圆周上总的离散位置数确定相应的相邻两个位置之间的旋转角度β。

5.由同一圆周上相邻两个离散位置之间的旋转角度β和需要的总位置数A确定相邻传感器的角度α，α≥β且α可以被360°整除时，存在当m＜A时，m*β≠α或当m≥A时，m*β＝α(m∈N，A∈N，N为自然数)。

6.根据α、β、θ三者的关系以及需要的合适的感应宽度确定编码盘对传感器的感应角度θ：β＝L₁*θ；α≥n*θ；

(d为最小遮挡宽度，R_编指编码盘的半径，n表示需要的传感器的个数，L₁∈N，n∈N，N为自然数)，所述感应角度θ对于光电开关而言指编码盘的遮挡角度。

7.当发生故障的开关类传感器数量为M时，则需要任意两离散位置的信号编码最少有2M+1位不同，其应用原理与上类似(M∈N，N为自然数)。

本发明介绍了一种提高编码检测装置可靠性的原理和实现方法。并以需要8个位置信号时的圆周式传感器编码检测装置为例，介绍了该原理实现可靠度提高的具体方法与步骤，以光电开关为例解决了在不同圆周直径的使用条件下的具体光电开关的布置问题和编码盘的结构设计问题，总结出了圆周式光电开关容错编码的一般设计思路和流程。同理，当需要更多档位或其他编码位置信号时，可增加光电开关数量，用同样的设计思路予以解决。此外，在使用其他传感器组成的编码检测装置使用场合，如使用霍尔开关或其他传感器进行编码时，本方法同样适用。本发明在信号采集、传感器编码检测和传感器容错领域具有探索式的意义。本发明的编码因原理所限，未使用格雷码编码，在高速使用场合可能会出现信号的错误识别，以及可能的其他问题留待后续解决。

Claims (6)

1.一种提高编码检测装置可靠性的方法，所述编码检测装置包括感应元件组合、触发元件组合两个部分；感应元件组合的一种选择为传感器元件组合，触发元件组合的选择之一为编码盘；当触发元件组合相对感应元件组合运动时，触发元件组合与感应元件组合的不同的相对位置状态有自然数L个；针对L个相对位置中的每一特定相对位置，由自然数n个感应元件组成的感应元件组合会产生一个n位的二进制输出，以此类推，L个不同的相对位置对应L个n位二进制输出，该L个n位二进制输出信号定义为基准输出信号，其特征在于，选取的L个基准输出信号中，任意两个作为基准输出信号的n位二进制数之间至少有2M加1位不同，从而保证当有自然数M个感应元件发生故障时，感应元件组合作为整体的输出仍旧可以产生正确的位置状态信号，不影响整体装置的使用。

2.根据权利要求1所述的一种提高编码检测装置可靠性的方法，其特征在于，作为基准输出信号的L个n位二进制数中，任意两个n位二进制数之间至少有2M加1位不同时，所述基准输出信号中任意一个n位二进制数的任意一位改变时派生的新的n位二进制数都不会与L个基准输出信号中的其他任意一个n位二进制数或由该n位二进制数的任意一位改变而派生的新的n位二进制数相同。

3.根据权利要求2所述的一种提高编码检测装置可靠性的方法，其特征在于，在包含所述检测装置的信号系统或控制系统中，有L个由触发元件组合与感应元件组合的相对位置决定的位置状态信号，某个特定位置的位置状态信号的存在与否是由L个基准输出信号中的某一个特定n位二进制数和由这个n位二进制数的任意一位改变而派生的新的n个n位二进制数共同组成的n加1个n位二进制数的存在状态的逻辑或的结果决定。

4.根据权利要求1所述的一种提高编码检测装置可靠性的方法，其特征在于，特别的，当编码检测装置为圆周式编码检测装置且装置中发生故障的传感器的数量M为1时，圆周上相邻两个位置之间的旋转角度β由实际应用中的总圆周旋转角度、总圆周位置数和具体应用环境要求确定。

5.根据权利要求4所述的一种提高编码检测装置可靠性的方法，其特征在于，编码检测装置为圆周式编码检测装置时，相邻两个传感器的角度α由同一圆周上相邻两个位置之间的旋转角度β和需要的总圆周位置数A确定：当α≥β且α可以被360°整除时，存在当m＜A时，m*β≠α或当m≥A时，m*β＝α，其中，m∈N，A∈N，N为自然数。

6.根据权利要求5所述的一种提高编码检测装置可靠性的方法，其特征在于，编码检测装置为圆周式编码检测装置时，编码盘对传感器的感应角度θ的确定方法为：β＝L₁*θ；α≥n*θ；

其中，d为最小遮挡宽度，R_编指编码盘的半径，n表示需要的传感器的个数，L₁∈N，n∈N，N为自然数。

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