CN111044087A - 一种高精度磁感应式编码器 - Google Patents

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CN111044087A CN202010034160.3A CN202010034160A CN111044087A CN 111044087 A CN111044087 A CN 111044087A CN 202010034160 A CN202010034160 A CN 202010034160A CN 111044087 A CN111044087 A CN 111044087A
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    • 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
    • G01D5/244—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 characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains

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Abstract

本发明公开了一种高精度磁感应式编码器，包含磁圆盘、霍尔开关、处理单元；所述磁圆盘，用于提供检测信号，根据圆盘上磁铁的分布，将圆盘划分为16个相同强度的磁场；所述霍尔开关，用于检测磁场强度，磁力大于阈值时触发；所述处理单元，用处理霍尔开关的输出信号，根据霍尔开关输出信号的先后顺序进行编码。本发明设计了一种支持正反转检测的高精度编码器，即增加了正反转的检测，由提高了转动距离与速度的检测精度。

Description

一种高精度磁感应式编码器
技术领域
本发明专利涉及位置测量领域，特别是涉及速度、角度、位移测量的编码器装置。
背景技术
磁编码器是一种的速度、角度、位移测量装置，其原理是采用磁阻或霍尔元件对变化的磁性材料进行测量。多用在电机、手轮、转动阀门上，可测量速度、角度、转动圈数，从而了解位置变化。
目前的磁编码器大多检测一个方向的变化位移角度，部分采用充磁方法，功耗高，存在安装环境限制。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明综合使用磁圆盘、霍尔开关、处理单元，可减小功耗，电池即可长时间供电工作。并通过处理单元处理霍尔开关的输出信号，根据霍尔开关输出信号的先后顺序进行编码。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
高精度磁感应式编码器包含磁圆盘、霍尔开关、处理单元；所述磁圆盘，用于提供检测信号，根据圆盘上磁铁的分布，将圆盘划分为16个相同强度的磁场；所述霍尔开关，用于检测磁场强度，磁力大于阈值时触发；所述处理单元，用处理霍尔开关的输出信号，根据霍尔开关输出信号的先后顺序进行编码。
所述磁圆盘，用于提供检测信号，根据圆盘上铁磁的分布，将圆盘划分为16个相同强度的磁场。在同心圆上安装两圈磁铁，每一圈均匀分布8个磁铁，内圈逆时针超前外圈15°角。
所述磁圆盘，以圆心为轴心转动。
所述霍尔开关，用于检测磁场强度，磁力大于阈值时触发。
所述霍尔开关编号为1号、2号、3号。1号、2用于检测外圈磁场，2号逆时针超前1号15°角；3号用于检测内圈磁场，1号与3号位于磁圆盘圆心的同一半径上。
所述霍尔开关位于磁圆盘下方，并固定安装。
所述磁圆盘沿一个方向转动时，每转动15°，就会触发其中的一个霍尔开关输出发生一次变化，可以检测的角度精度即为15°，就可将磁圆盘平均分为24份。根据圈数计算位移距离，角度精度越高位移精度越高。
所述磁铁分布与3个霍尔开关位置采用最优的分布方式，外圈磁铁分别可以触发两个霍尔开关；内圈磁铁只触发一个霍尔开关，即可补充旋转角度，又能做方向识别。根据旋转时角度差，竟可能的减少了磁铁数量，同精度下，节约成本。
霍尔开关选择单级低功耗霍尔开关，静态功耗小于5uA。当霍尔开关检测面由无磁场变化磁力大于阈值时，触发霍尔开关工作，输出高电平，磁力不变时可持续保持高电平，进入休眠；磁力消失，触发霍尔开关工作，输出低电平，持续保持低电平。
处理单元用于处理霍尔开关的输出信号，根据霍尔开关输出信号的先后顺序进行编码，当逆时针转动时，触发顺序为1号、2号、3号、1号依次循环；当顺时针转动时，触发顺序为1号、3号、2号、1号依次循环；同时根据一个霍尔开关的触发间隔可以计算出转速；根据3个霍尔开关计算出转速去平均值，可提高速度精度。
处理单元、霍尔开关采用电池供电，处理单元可长时间处于休眠状态，磁圆盘转动时，磁铁产生的磁场触发霍尔开关，霍尔开关输出电平变化信号，唤醒处理单元，处理单元进行速度、角度、位移检测。磁圆盘停止转动后，立刻进入休眠状态。实现高精度磁感应式编码器的低功耗。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.可实现功耗低；
2.采用多个霍尔开关，可同时检测正反转；
3.将圆盘平均分为多份，速度、角度、位移检测精度高；
4.优化磁铁分布，同精度下，节约成本。
附图说明
图1是本发明总体结构框图。
图2是本发明磁圆盘逆时针转动时，霍尔开关触发时序图。
图3是本发明磁圆盘顺时针转动时，霍尔开关触发时序图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，为本发明的总体结构框图。本发明涉为高精度磁感应式编码器包含磁圆盘、霍尔开关、处理单元；所述磁圆盘，用于提供检测信号，根据圆盘上磁铁的分布，将圆盘划分为16个相同强度的磁场；所述霍尔开关，用于检测磁场强度，磁力大于阈值时触发；所述处理单元，用处理霍尔开关的输出信号，根据霍尔开关输出信号的先后顺序进行编码。
磁圆盘采用PC塑料注塑而成，磁铁为钕铁硼强磁铁，镶嵌在PC塑料盘上，单面的磁铁极性相同。在同心圆上安装两圈磁铁，每一圈均匀分布8个磁铁，内圈逆时针超前外圈15°角。根据圆盘上磁铁的分布，将圆盘划分为16个相同强度的磁场。磁圆盘以圆心为轴心安装。
霍尔开关用于检测磁场强度，磁力大于阈值时触发。霍尔开关编号为1号、2号、3号。1号、2用于检测外圈磁场，2号逆时针超前1号15°角；3号用于检测内圈磁场，1号与3号位于磁圆盘圆心的同一半径上。霍尔开关位于磁圆盘下方，并固定安装。
所述磁铁分布与3个霍尔开关位置采用最优的分布方式，外圈磁铁分别触发两个霍尔开关，内圈磁铁触发一个霍尔开关，根据旋转时角度差，竟可能的减少了磁铁数量，同精度下，节约成本。
霍尔开关选择单级低功耗霍尔开关，静态功耗小于5uA。当霍尔开关检测面由无磁场变化磁力大于阈值时，触发霍尔开关工作，输出高电平，磁力不变时可持续保持高电平，进入休眠；磁力消失，触发霍尔开关工作，输出低电平，持续保持低电平。
参照图2-3，处理单元用于处理霍尔开关的输出信号，根据霍尔开关输出信号的先后顺序进行编码，当逆时针转动时，触发顺序为1号、2号、3号、1号依次循环；当顺时针转动时，触发顺序为1号、3号、2号、1号依次循环；同时根据一个霍尔开关的触发间隔可以计算出转速；根据3个霍尔开关计算出转速去平均值，可提高速度精度。
处理单元、霍尔开关采用电池供电，处理单元可长时间处于休眠状态，磁圆盘转动时，磁铁产生的磁场触发霍尔开关，霍尔开关输出电平变化信号，唤醒处理单元，处理单元进行速度、角度、位移检测。磁圆盘停止转动后，立刻进入休眠状态。实现高精度磁感应式编码器的低功耗。

Claims (5)

1.一种高精度磁感应式编码器，其特征在于：
高精度磁感应式编码器包含磁圆盘、霍尔开关、处理单元；所述磁圆盘，用于提供检测信号，根据圆盘上磁铁的分布，将圆盘划分为16个相同强度的磁场；所述霍尔开关，用于检测磁场强度，磁力大于阈值时触发；所述处理单元，用处理霍尔开关的输出信号，根据霍尔开关输出信号的先后顺序进行编码。
2.根据权利要求1所述的一种高精度磁感应式编码器，其特征在于：
所述磁圆盘，用于提供检测信号，根据圆盘上铁磁的分布，将圆盘划分为16个相同强度的磁场。在同心圆上安装两圈磁铁，每一圈均匀分布8个磁铁，内圈逆时针超前外圈15°角。
所述磁圆盘，以圆心为轴心转动。
3.根据权利要求1所述的一种高精度磁感应式编码器，其特征在于：
所述霍尔开关，用于检测磁场强度，磁力大于阈值时触发。
所述霍尔开关编号为1号、2号、3号。1号、2用于检测外圈磁场，2号逆时针超前1号15°角；3号用于检测内圈磁场，1号与3号位于磁圆盘圆心的同一半径上。
所述霍尔开关位于磁圆盘下方，并固定安装。
4.根据权利要求2、3所述的一种高精度磁感应式编码器，其特征在于：
所述磁圆盘转动时，每个霍尔开关检测到的间隔为15°，将磁圆盘平均分为24份。
5.根据权利要求1所述的一种高精度磁感应式编码器，其特征在于：
所述处理单元，用于处理霍尔开关的输出信号，根据霍尔开关输出信号的先后顺序进行编码，当逆时针转动时，触发顺序为1号、2号、3号、1号依次循环；当顺时针转动时，触发顺序为1号、3号、2号、1号依次循环；同时根据一个霍尔开关的触发间隔可以计算出转速。
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