CN111327160A - 一种简易型位置速度检测装置及方法 - Google Patents

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周思蒙
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Abstract

本发明涉及一种简易型位置速度检测装置及方法，包括发射电路、接收电路及机械齿盘；所述发射电路、接收电路及机械齿盘均设于电机上，所述接收电路设于机械齿盘内，发射电路设于机械齿盘外。若发光二极管流过正向电流时，光敏接收三极管会接收到发光二极管发出的红外光，进而光敏接收三极管的发射极与集电极导通，若光敏接收三极管接收不到发光二极管发出的红外光，则光敏接收三极管的发射极与集电极不导通。本发明相对简单、易于实现且成本较低，可有效替代某些需要增量式编码器的场合；可由机械齿盘的齿数设计的多少来实现位置速度检测分辨率的高低。

Description

一种简易型位置速度检测装置及方法
技术领域
本发明属于一种位置与速度传感器，可用于需要单相脉冲的位置与速度的检测。
背景技术
位置与速度检测是某些电机控制系统中必需的组成部分，目前市场上此类产品称为编码器或码盘。编码器按功能分为增量式编码器和绝对式编码器两种，原理大都为光学式、磁式、感应式或电容式。光学式编码器又称光电编码器，主要由光栅盘和光电探测装置组成；磁式编码器又称磁电编码器，其原理采用磁阻或霍尔原件对变化的磁性材料的角度或者位移值进行测量；感应式编码器通常由磁性材料与芯片组成，靠芯片感应磁性材料的N-S极来实现速度位置检测；电容式编码器通过测量调制旋转电场的原理测量单圈绝对角度。这几种原理的速度位置检测产品通常技术门槛较高，结构较复杂，不易制作或不易实现。
发明内容
针对上述技术不足，本发明目的为提供一种简单、易于实现且成本较低的位置与速度检测的方法，从而解决电机控制中对于位置与速度检测的需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种简易型位置速度检测装置，包括：发射电路、接收电路及机械齿盘；所述发射电路、接收电路及机械齿盘均设于电机上，所述接收电路设于机械齿盘内，发射电路设于机械齿盘外。
所述发射电路包括电阻R1和发光二极管，所述电阻R1一端与电源连接，另一端与二极管阳极连接，发光二极管阴极接地。
所述接收电路包括电阻R2和光敏接收三极管，所述电阻R2一端与电源连接，另一端与光敏接收三极管集电极连接，光敏接收三极管的发射极接地。
所述发光二极管与光敏接收三极管位置对应，即接收电路部分的光敏接收三极管设于机械齿盘内，发射电路部分的发光二极管设于机械齿盘外，用于避免太阳光对光敏接收三极管的影响。
所述机械齿盘的中间设有与电机输出轴相连的连接套，机械齿盘的边缘沿轴向向一侧延伸，延伸部沿圆周方向均布有多个齿隙，相邻齿隙之间形成齿。
所述发射电路、接收电路均设于电路板上，所述电路板固定于电机上；所述机械齿盘由电机驱动旋转，发射电路发出的光照射到旋转的机械齿盘上，通过齿隙后，由位于机械齿盘内的接收电路间隔接收。
一种简易型位置速度检测方法，包括以下步骤：
发射电路发出设定范围波长的光，电机带动机械齿盘转动，通过机械齿盘的齿与齿隙的交替，从而进行遮挡光与不遮挡光的交替，接收电路将接收到的光转化为脉冲方波；
根据机械齿盘的齿的个数以及脉冲方波的个数得出电机旋转的圈数，进而获得电机转动的距离，实现位置检测；记录电机转动所述距离所用的时间，得出电机实际的运行速度，实现速度检测。
所述发射电路发出设定范围波长的光具体如下：当发光二极管流过正向电流时，发光二极管发出波长为940nm的红外光。
所述接收电路将接收到的光转化为脉冲方波包括以下步骤：
当红外光被光敏接收三极管接收到时，光敏接收三极管的发射极与集电极导通，进而光敏接收三极管的集电极输出信号为低电平；
当红外光不能被光敏接收三极管接收到时，光敏接收三极管的发射极与集电极则不导通，进而光敏接收三极管的集电极输出信号通过电阻R2上拉后为高电平。
光敏接收三极管的集电极输出信号的输出电平高低变化，形成脉冲方波。
所述位置速度检测的分辨率由机械齿盘的齿数决定，机械齿盘的齿数越多，位置或者速度检测的分辨率越高。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明的原理及结构相对简单、易于实现且成本较低，可有效替代某些需要增量式编码器的场合；
2.本发明可由机械齿盘的齿数设计的多少来实现位置速度检测分辨率的高低；
3.本发明实现的位置与速度检测的方法可扩展到使用此种传感器的各个领域中去。
附图说明
图1为发射电路与接收电路原理；
图2为机械齿盘；
图3为位置速度检测装置；
图4为电机与此位置速度检测装置的整体图。
其中，1、限流电阻R1，2、发光二极管，3、光敏接收三极管，4、上拉电阻R2，5、光敏接收三极管的集电极输出信号，6、脉冲方波输出信号，7、固定电机轴的连接套，8、机械齿盘的齿，9、机械齿盘的齿隙，10、电机，11、电机后出轴，12、由发射电路与接收电路组成的线路板。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明主要由发光二极管、光敏接收三极管和机械齿盘组成。
如图1所示，若发光二极管流过正向电流时，光敏接收三极管会接收到发光二极管发出的红外光，进而光敏接收三极管的发射极与集电极导通，若光敏接收三极管接收不到发光二极管发出的红外光，则光敏接收三极管的发射极与集电极不导通。本发明基于此原理进行设计。
发射电路实现由发光二极管发出一定波长的光，通常波长为940nm左右的红外光；
接收电路实现由光敏接收三极管接收到此波长的红外光，从而实现光敏接收三极管的发射极与集电极导通；
机械齿盘通过是否遮挡发光二极管发出的红外光，来实现让光敏接收三极管是否能接收到此发光二极管发出的红外光，进而实现光敏接收三极管是否导通。
机械齿盘的齿数决定了位置速度检测分辨率的高低。
本发明由发射电路，接收电路及机械齿盘三部分组成。发射电路与接收电路组成实体线路板12。
当发光二极管2流过正向电流时，发光二极管2会发出940nm的红外光。若此红外光被光敏接收三极管3接收到时，光敏接收三极管3的发射极与集电极会导通，进而光敏接收三极管3的集电极输出信号5为低电平；若此红外光不能被光敏接收三极管3接收到时，光敏接收三极管3的发射极与集电极则不会导通，进而光敏接收三极管3的集电极输出信号5通过上拉电阻4上拉后为高电平。限流电阻1的目的为限制流过发光二极管2流过的正向电流，使发光二极管2不至于因流过电流过大而损坏。
如图2～图4所示，通过机械齿盘的固定电机轴的连接套7与电机后出轴11紧密连接，当电机10转动时，会带动机械齿盘转动，从而通过机械齿盘的齿8与机械齿盘的齿隙9的交替，从而进行遮挡红外光与不遮挡红外光的交替，使光敏接收三极管3交替出现接收到发光二极管2发出的红外光与接收不到发光二极管2发出的红外光的两种状态，进而光敏接收三极管3的集电极输出信号5的输出电平高低变化，形成脉冲方波输出信号6。电机10每转一圈的脉冲方波输出信号6的脉冲数是一定的，此脉冲数由机械齿盘的齿数所决定。机械齿盘的齿8制作的越多则所得到的单位圈数的脉冲方波输出信号6越多，即机械齿盘的齿数决定了位置速度检测分辨率的高低。若机械齿盘有100个齿，则电机10转动一圈产生的脉冲方波输出信号6就是100个，通过计数器记录此脉冲方波输出信号6的个数即可知道电机10旋转了多少圈，因此便可知道电机10转动的距离，即实现位置检测；通过定时器记录电机10转动这些距离所用的时间，就可计算出电机实际的运行速度，即实现速度检测。
本装置具体实现时还需注意一点，就是光敏接收三极管3需放置在机械齿盘的里面，发光二极管2放在机械齿盘的外面。此设计的目的是由于太阳光中含有发光二极管2所发出的940nm波长的红外光，为避免太阳光对光敏接收三极管3的影响，光敏接收三极管3有误导通的情况出现，进而这么设计。但若将此装置置于密闭空间则可必不考虑此影响的出现。

Claims (10)

1.一种简易型位置速度检测装置，其特征在于包括：发射电路、接收电路及机械齿盘；所述发射电路、接收电路及机械齿盘均设于电机上，所述接收电路设于机械齿盘内，发射电路设于机械齿盘外。
2.根据权利要求1所述的一种简易型位置速度检测装置，其特征在于，所述发射电路包括电阻R1和发光二极管，所述电阻R1一端与电源连接，另一端与二极管阳极连接，发光二极管阴极接地。
3.根据权利要求1所述的一种简易型位置速度检测装置，其特征在于，所述接收电路包括电阻R2和光敏接收三极管，所述电阻R2一端与电源连接，另一端与光敏接收三极管集电极连接，光敏接收三极管的发射极接地。
4.根据权利要求1所述的一种简易型位置速度检测装置，其特征在于，所述发光二极管与光敏接收三极管位置对应，即接收电路部分的光敏接收三极管设于机械齿盘内，发射电路部分的发光二极管设于机械齿盘外，用于避免太阳光对光敏接收三极管的影响。
5.根据权利要求1所述的一种简易型位置速度检测装置，其特征在于，所述机械齿盘的中间设有与电机输出轴相连的连接套，机械齿盘的边缘沿轴向向一侧延伸，延伸部沿圆周方向均布有多个齿隙，相邻齿隙之间形成齿。
6.根据权利要求1所述的一种简易型位置速度检测装置，其特征在于，所述发射电路、接收电路均设于电路板上，所述电路板固定于电机上；所述机械齿盘由电机驱动旋转，发射电路发出的光照射到旋转的机械齿盘上，通过齿隙后，由位于机械齿盘内的接收电路间隔接收。
7.一种简易型位置速度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
发射电路发出设定范围波长的光，电机带动机械齿盘转动，通过机械齿盘的齿与齿隙的交替，从而进行遮挡光与不遮挡光的交替，接收电路将接收到的光转化为脉冲方波；
根据机械齿盘的齿的个数以及脉冲方波的个数得出电机旋转的圈数，进而获得电机转动的距离，实现位置检测；记录电机转动所述距离所用的时间，得出电机实际的运行速度，实现速度检测。
8.根据权利要求7所述的一种简易型位置速度检测方法，其特征在于，所述发射电路发出设定范围波长的光具体如下：当发光二极管流过正向电流时，发光二极管发出波长为940nm的红外光。
9.根据权利要求7所述的一种简易型位置速度检测方法，其特征在于，所述接收电路将接收到的光转化为脉冲方波包括以下步骤：
当红外光被光敏接收三极管接收到时，光敏接收三极管的发射极与集电极导通，进而光敏接收三极管的集电极输出信号为低电平；
当红外光不能被光敏接收三极管接收到时，光敏接收三极管的发射极与集电极则不导通，进而光敏接收三极管的集电极输出信号通过电阻R2上拉后为高电平。
光敏接收三极管的集电极输出信号的输出电平高低变化，形成脉冲方波。
10.根据权利要求7所述的一种简易型位置速度检测方法，其特征在于，所述位置速度检测的分辨率由机械齿盘的齿数决定，机械齿盘的齿数越多，位置或者速度检测的分辨率越高。
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