CN111006696B - 一种磁编码器及其角度计算方法 - Google Patents
一种磁编码器及其角度计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111006696B CN111006696B CN201911289824.4A CN201911289824A CN111006696B CN 111006696 B CN111006696 B CN 111006696B CN 201911289824 A CN201911289824 A CN 201911289824A CN 111006696 B CN111006696 B CN 111006696B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hall element
- magnetic
- encoder
- disk
- electrically connected
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
一种磁编码器，包括：套壳，分为上下壳体中间形成圆柱型空腔；磁盘，用于设置在转轴上读取转轴转动状态，设置在套壳内，与套壳铰接；霍尔元件，共四个呈圆周排布在套壳同一面内部，与磁盘配合工作；集成微分放大器，用于将持续输出的霍尔元件电压值计算成连续函数，至少两组输入端均与霍尔元件输出端电连接；双路模数转换器，用于将连续模拟函数转化为数字信号，模拟输入端与集成微分放大器输出端电连接；FIR滤波器，至少两个，两个FIR滤波器的输入端分别与双路模数转换器的两个输出端电连接；DSP集成芯片，用于比较两条数字函数计算实际编码角度。
Description
技术领域
本发明涉及编码器构造，具体涉及一种磁编码器及其角度计算方法。
背景技术
编码器(encoder)是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。
光电编码器是由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取并获得信号的一类传感器，主要用来测量位移或角度。
传统的光电编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性及精度可以达到普通标准、一般要求，但容易碎。温达不到高要求。金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃码盘差一个数量级。塑料码盘是经济型的，其成本低，精度和耐高温达不到高要求。
而磁电式编码器采用磁电式设计，通过磁感应器件、利用磁场的变化来产生和提供转子的绝对位置，利用磁器件代替了传统的码盘，弥补了光电编码器的这一些缺陷，更具抗震、耐腐蚀、耐污染、性能可靠高、结构更简单。
光电编码器是通过在码盘上刻线来计算精度，所以精度越高，码盘就会越大，编码器体积越大，并且精度也不是连续的。磁电式编码器则没有这样的限制，可以做到体积很小，精度高，特别是绝对值编码器要求精度高，更适合用磁电编码器。
中国公开专利号CN109029509A，公开日2018年11月18日，发明名称一种冗余式磁编码器公开了一种冗余式磁编码器，包括用于随旋转轴同步旋转的磁盘，所述磁盘的一侧设置有控制板，所述控制板上设置有多个用于同时检测磁盘旋转位置的感应芯片，多个感应芯片均朝向所述磁盘且与磁盘的垂直距离相等。本发明的冗余式磁编码器具有结构简单、占用体积小、同步性好及冗余等优点。
发明内容
本发明是针对现有磁编码器通常通过双函数相变判断转动方向，在重启时无法确定初始角度的问题而设计了一种磁编码器，通过改变霍尔传感器的位置来改变实际电压函数中振幅最大值特征点来判断编码器启动时的初始角度。
一种磁编码器，包括：
套壳，分为上下壳体中间形成圆柱型空腔；
磁盘，用于设置在转轴上读取转轴转动状态，设置在套壳内，与套壳铰接；
霍尔元件，共四个呈圆周排布在套壳同一面内部，与磁盘配合工作；
集成微分放大器，用于将持续输出的霍尔元件电压值计算成连续函数，至少两组输入端均与霍尔元件输出端电连接；
双路模数转换器，用于将连续模拟函数转化为数字信号，模拟输入端与集成微分放大器输出端电连接；
FIR滤波器，至少两个，两个FIR滤波器的输入端分别与双路模数转换器的两个输出端电连接；
DSP集成芯片，用于比较两条数字函数计算实际编码角度；
所述的霍尔元件，四个呈十字形排布，十字形中心与磁盘圆心在同一轴线上；
所述的霍尔元件包括一到四号；
第一号霍尔元件设置在距离磁盘圆心9/10磁盘半径的套壳内表面，与第一个集成微分放大器正输入端电连接；
第二号霍尔元件设置在第一号霍尔元件关于磁盘圆心90度圆心对称的径线上，距离磁盘圆心8/10磁盘半径，与第二个集成微分放大器正输入端电连接；
第三号霍尔元件设置在第二号霍尔元件关于磁盘圆心90度圆心对称的径线上，距离磁盘圆心7/10磁盘半径，与第一个集成微分放大器负输入端电连接；
第四号霍尔元件设置在第三号霍尔元件关于磁盘圆心90度圆心对称的径线上，距离磁盘圆心6/10磁盘半径，与第二个集成微分放大器负输入端电连接。与通常的增量型磁编码器相似的是本发明的磁编码器也不需要额外加装定位码盘；本发明的集成微分放大器、双路模数转换器、FIR滤波器以及DSP集成芯片均采用片状结构并连接在套壳表侧，使得磁编码器结构更加紧凑；
其中FIR滤波器负责把数模转换过程中产生的杂波主动过滤，而霍尔元件在磁性码盘上反复变动位置产生的连续变动电压值则经过微分放大器转换为曲线波形。通过确定曲线波形的两组当前量可以确定实际转动角度，需要DSP芯片事实比较阈值库来确定，或者通过预设计算公式来换算得到绝对值角度；
方便霍尔元件放置的同时，确保四个电压值能够呈线性关联，方便DSP芯片计算实际运行中磁编码器的旋转角度绝对值。
作为优选，所述的磁盘为永磁体圆盘，呈空心圆柱体，中间通孔截面为方形。
一种基于磁编码器角度计算方法，包括以下步骤：
S1，将磁编码器套设在等待测量的转轴上，为磁编码器供电后，霍尔元件根据所在磁盘的位置产生电压值；
S2，霍尔元件根据磁盘的磁力产生电压，并由双路模数转换器转化为数字电压得到4个电压值；
S3，DSP集成芯片根据电压值表对比步骤S2中实际电压值计算得到当前磁编码器偏转角度；
S4，当转轴进行工作并旋转时，霍尔元件由于磁盘转动而产生电压变动；
S5，集成微分放大器根据步骤S4的变动电压指产生两条电压函数分别为SIN1和COS1
S6，对比步骤S5中的电压函数SIN1和COS1确定磁编码器旋转方向；
S7，计算SIN1频率周期t1，由t1计算得到编码器转速；
S8，计算COS1频率周期t2，对t1计算值进行校对。
作为优选，所述的步骤S5包括以下子步骤：
SS1，计算SIN1是否在COS1前，判断SIN1的滞后情况；
SS2，当SIN1非滞后，则编码器顺时针旋转；
SS3，当SIN1滞后与COS1，则编码器逆时针旋转。
本发明的实质性效果在于使得磁编码器能够通过单编码器来进行绝对值角度判断减少了传统绝对值角度判断所需要的机械结构，有利于编码器体积的缩小，优化了编码器结构。
附图说明
图1编码器连接框图；
图2本发明的编码器半壳体安装霍尔原件示意图；
图3本发明的编码器壳体未安装码盘示意图；
图4本发明的编码器安装码盘剖角示意图；
图中：1、第一号霍尔元件，2、第二号霍尔元件，3、第三号霍尔元件，4、第四号霍尔元件，5、套壳，6、DSP集成芯片示意位置，7、磁盘。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
实施例1
如图1、图2、图3和图4所示，所述的一种磁编码器，包括：
套壳5，分为上下壳体中间形成圆柱型空腔；
磁盘7，用于设置在转轴上读取转轴转动状态，设置在套壳5内，与套壳5铰接；
霍尔元件，共四个呈圆周排布在套壳5同一面内部，与磁盘7配合工作；
集成微分放大器，用于将持续输出的霍尔元件电压值计算成连续函数，至少两组输入端均与霍尔元件输出端电连接；
双路模数转换器，用于将连续模拟函数转化为数字信号，模拟输入端与集成微分放大器输出端电连接；
FIR滤波器，至少两个，两个FIR滤波器的输入端分别与双路模数转换器的两个输出端电连接；
DSP集成芯片，用于比较两条数字函数计算实际编码角度。
与通常的增量型磁编码器相似的是本发明的磁编码器也不需要额外加装定位码盘。
本发明的集成微分放大器、双路模数转换器、FIR滤波器以及DSP集成芯片均采用片状结构并连接在套壳5表侧，使得磁编码器结构更加紧凑。
其中FIR滤波器负责把数模转换过程中产生的杂波主动过滤，而霍尔元件在磁性码盘上反复变动位置产生的连续变动电压值则经过微分放大器转换为曲线波形。通过确定曲线波形的两组当前量可以确定实际转动角度，需要DSP芯片事实比较阈值库来确定，或者通过预设计算公式来换算得到绝对值角度。
所述的霍尔元件，四个呈十字形排布，十字形中心与磁盘7圆心在同一轴线上。
所述的霍尔元件包括一到四号；
第一号霍尔元件1设置在距离磁盘7圆心9/10磁盘7半径的套壳5内表面，与第一个集成微分放大器正输入端电连接；
第二号霍尔元件2设置在第一号霍尔元件1关于磁盘7圆心90度圆心对称的径线上，距离磁盘7圆心8/10磁盘7半径，与第二个集成微分放大器正输入端电连接；
第三号霍尔元件3设置在第二号霍尔元件2关于磁盘7圆心90度圆心对称的径线上，距离磁盘7圆心7/10磁盘7半径，与第一个集成微分放大器负输入端电连接；
第四号霍尔元件4设置在第三号霍尔元件3关于磁盘7圆心90度圆心对称的径线上，距离磁盘7圆心6/10磁盘7半径，与第二个集成微分放大器负输入端电连接。
如图1所示的霍尔元件放置的同时方便加工安装以及放置，确保四个电压值能够呈线性关联，方便DSP芯片计算实际运行中磁编码器的旋转角度绝对值。
所述的磁盘7为永磁体圆盘，呈空心圆柱体，中间通孔截面为方形。
一种基于磁编码器角度计算方法，包括以下步骤：
S1，将磁编码器套设在等待测量的转轴上，为磁编码器供电后，霍尔元件根据所在磁盘7的位置产生电压值；
S2，霍尔元件根据磁盘7的磁力产生电压，并由双路模数转换器转化为数字电压得到4个电压值；
S3，DSP集成芯片根据电压值表对比步骤S2中实际电压值计算得到当前磁编码器偏转角度；S4，当转轴进行工作并旋转时，霍尔元件由于磁盘7转动而产生电压变动；
S5，集成微分放大器根据步骤S4的变动电压指产生两条电压函数分别为SIN1和COS1
S6，对比步骤S5中的电压函数SIN1和COS1确定磁编码器旋转方向；
S7，计算SIN1频率周期t1，由t1计算得到编码器转速；
S8，计算COS1频率周期t2，对t1计算值进行校对。
所述的步骤S5包括以下子步骤：
SS1，计算SIN1是否在COS1前，判断SIN1的滞后情况；
SS2，当SIN1非滞后，则编码器顺时针旋转；
SS3，当SIN1滞后与COS1，则编码器逆时针旋转。
Claims (4)
1.一种磁编码器，其特征在于，包括：
套壳，分为上下壳体中间形成圆柱型空腔；
磁盘，用于设置在转轴上读取转轴转动状态，设置在套壳内，与套壳铰接；
霍尔元件，共四个呈圆周排布在套壳同一面内部，与磁盘配合工作；
集成微分放大器，用于将持续输出的霍尔元件电压值计算成连续函数，至少两组输入端均与霍尔元件输出端电连接；
双路模数转换器，用于将连续模拟函数转化为数字信号，模拟输入端与集成微分放大器输出端电连接；
FIR滤波器，两个FIR滤波器的输入端分别与双路模数转换器的两个输出端电连接；
DSP集成芯片，用于比较两条数字函数计算实际编码角度；
所述的霍尔元件，四个呈十字形排布，十字形中心与磁盘圆心在同一轴线上；所述的霍尔元件包括一到四号；
第一号霍尔元件设置在距离磁盘圆心9/10磁盘半径的套壳内表面，与第一个集成微分放大器正输入端电连接；
第二号霍尔元件设置在第一号霍尔元件关于磁盘圆心90度圆心对称的径线上，距离磁盘圆心8/10磁盘半径，与第二个集成微分放大器正输入端电连接；
第三号霍尔元件设置在第二号霍尔元件关于磁盘圆心90度圆心对称的径线上，距离磁盘圆心7/10磁盘半径，与第一个集成微分放大器负输入端电连接；
第四号霍尔元件设置在第三号霍尔元件关于磁盘圆心90度圆心对称的径线上，距离磁盘圆心6/10磁盘半径，与第二个集成微分放大器负输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种磁编码器，其特征在于，所述的磁盘为永磁体圆盘，呈空心圆柱体，中间通孔截面为方形。
3.一种基于磁编码器角度计算方法，适用于权利要求1所述的一种磁编码器，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将磁编码器套设在等待测量的转轴上，为磁编码器供电后，霍尔元件根据所在磁盘的位置产生电压值；
S2，霍尔元件根据磁盘的磁力产生电压，并由双路模数转换器转化为数字电压得到4个电压值；
S3，DSP集成芯片根据电压值表对比步骤S2中实际电压值计算得到当前磁编码器偏转角度；
S4，当转轴进行工作并旋转时，霍尔元件由于磁盘转动而产生电压变动；
S5，集成微分放大器根据步骤S4的变动电压值 产生两条电压函数分别为SIN1和COS1
S6，对比步骤S5中的电压函数SIN1和COS1确定磁编码器旋转方向；
S7，计算SIN1频率周期t1，由t1计算得到编码器转速；
S8，计算COS1频率周期t2，对t1计算值进行校对。
4.根据权利要求3所述的一种基于磁编码器角度计算方法，其特征在于，所述的步骤S5包括以下子步骤：
SS1，计算SIN1是否在COS1前，判断SIN1的滞后情况；
SS2，当SIN1非滞后，则编码器顺时针旋转；
SS3，当SIN1滞后于 COS1，则编码器逆时针旋转。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911289824.4A CN111006696B (zh) | 2019-12-16 | 2019-12-16 | 一种磁编码器及其角度计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911289824.4A CN111006696B (zh) | 2019-12-16 | 2019-12-16 | 一种磁编码器及其角度计算方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111006696A CN111006696A (zh) | 2020-04-14 |
| CN111006696B true CN111006696B (zh) | 2022-05-24 |
Family
ID=70114099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911289824.4A Active CN111006696B (zh) | 2019-12-16 | 2019-12-16 | 一种磁编码器及其角度计算方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111006696B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111721329B (zh) * | 2020-07-07 | 2021-11-23 | 哈尔滨理工大学 | 一种三霍尔磁电编码器及免反正切计算角度解算方法 |
| CN112187200B (zh) * | 2020-10-15 | 2022-10-14 | 上海麦歌恩微电子股份有限公司 | 自动增益控制系统及方法 |
| CN114113667A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-03-01 | 华东光电集成器件研究所 | 一种基于霍尔元件的齿轮正交输出测速装置 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1243956C (zh) * | 1997-09-08 | 2006-03-01 | 株式会社安川电机 | 磁编码装置 |
| JP2003240602A (ja) * | 2002-02-18 | 2003-08-27 | Asahi Kasei Corp | 回転角度センサ |
| TW201617586A (zh) * | 2014-11-03 | 2016-05-16 | 盟立自動化股份有限公司 | 絕對式編碼器及其操作方法 |
| DE102015105854A1 (de) * | 2015-04-16 | 2016-10-20 | Max Baermann Gmbh | Hallsensor |
| CN106289331A (zh) * | 2016-08-25 | 2017-01-04 | 上海航天控制技术研究所 | 一种低温漂绝对值磁码盘及其实现方法 |
| CN106526219A (zh) * | 2016-11-24 | 2017-03-22 | 中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心 | 一种高精度双余度可辨旋转方向的转速传感器 |
| CN108088476A (zh) * | 2017-05-14 | 2018-05-29 | 张洪国 | 一种抑制干扰与温漂的霍尔信号采样磁电编码器 |
| CN107565762A (zh) * | 2017-09-01 | 2018-01-09 | 浙江众邦机电科技有限公司 | 磁性编码器、电机以及其角度计算方法 |
| CN107607037B (zh) * | 2017-09-18 | 2020-05-19 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于反正切跨区间制表法的磁电编码器标定方法 |
| CN109506681B (zh) * | 2018-12-26 | 2021-05-11 | 绍兴光大芯业微电子有限公司 | 基于硅霍尔效应的磁编码器芯片结构 |
-
2019
- 2019-12-16 CN CN201911289824.4A patent/CN111006696B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111006696A (zh) | 2020-04-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111006696B (zh) | 一种磁编码器及其角度计算方法 | |
| CN101846531B (zh) | 多极复合式磁编码器 | |
| CN111398628B (zh) | 一种电动机转速方向测量装置及其测量的计算方法 | |
| CN112117079B (zh) | 编码器磁体结构、编码器、电机、电气设备及车辆 | |
| US20060060764A1 (en) | Encoder with absolute signal processing and incremental signal output and method of using such an encoder | |
| CN101210821A (zh) | 一种双通道轴角转换和测量中粗精耦合的方法 | |
| CN106767956B (zh) | 高速高精机床主轴磁感应绝对值编码器及其量测齿轮 | |
| CN102506905B (zh) | 一种高精度绝对式编码器 | |
| CN110736486A (zh) | 一种紧凑型双冗余绝对式编码器 | |
| CN112113585A (zh) | 编码器及编码器绝对角度的检测方法 | |
| CN104634367A (zh) | 一种大中心孔结构的磁电式绝对位置传感器及测量绝对位置的方法 | |
| CN110345976B (zh) | 一种光磁混合编码器系统 | |
| CN210036769U (zh) | 一种编码器 | |
| CN114938164A (zh) | 一种基于线性霍尔传感器的编码器装置及容错控制方法 | |
| CN103222020B (zh) | 一种旋转变压器 | |
| CN202281615U (zh) | 一种高精度绝对式编码器 | |
| JP3041645B2 (ja) | 複数回転数に亘る回転角度の絶対測定のための角度位置センサ | |
| CN207268624U (zh) | 一种多圈磁绝对角度传感器 | |
| CN107389104B (zh) | 一种多圈磁绝对角度传感器 | |
| CN116067404A (zh) | 一种高精度的绝对值磁编码器及其信号处理方法 | |
| Woolvet | Digital transducers | |
| CN200941053Y (zh) | 把仪表中机械读数转换为数字电信号的装置 | |
| CN210625594U (zh) | 一种准绝对式m码分体式光电编码器 | |
| CN111368584A (zh) | 一种可自校正的正余弦编码器高分辨率位置信息拼接方法 | |
| CN112729100A (zh) | 一种旋变式角度传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20220315 Address after: 322100 Hengdian Electronic Industrial Park, Dongyang City, Jinhua City, Zhejiang Province Applicant after: ZHEJIANG LINIX MOTOR Co.,Ltd. Address before: 322100 Hengdian Electronic Industrial Park, Dongyang City, Jinhua City, Zhejiang Province Applicant before: HENGDIAN GROUP INNUOVO ELECTRIC Co.,Ltd. |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A magnetic encoder and its angle calculation method Effective date of registration: 20221228 Granted publication date: 20220524 Pledgee: Dongyang sub branch of Bank of China Ltd. Pledgor: ZHEJIANG LINIX MOTOR Co.,Ltd. Registration number: Y2022980029414 |