CN113505872B - 一种韦根信号计圈装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种韦根信号计圈装置，包括设置在电路板第一面的第一磁敏传感器、第二磁敏传感器、韦根线运动传感器以及设置在与电路板第二面保持预定间距且磁场方向与韦根线传感器平行的磁体，电路板设置有与第一磁敏传感器、第二磁敏传感器、韦根线运动传感器的信号处理电路、存储器和读数器，信号处理电路接收在磁体转动后第一磁敏传感器、第二磁敏传感器、韦根线运动传感器产生的信号并进行处理后输出计数信息，存储器存储信号处理电路工作过程中的处理信息，读数器对计数信息进行显示；其中，第一磁敏传感器、第二磁敏传感器、韦根线运动传感器的相互连线构成三角形。设置两个磁敏传感器到扇区执行计圈加减以及计数操作，电路结构简单。

Description

一种韦根信号计圈装置

技术领域

本发明涉及实现多圈绝对值编码器的多圈计数技术领域，特别是涉及一种韦根信号计圈装置。

背景技术

多圈绝对值编码器的多圈计数方法通常按照累加计数及绝对计数分为两类。绝对计数是指采用齿轮等机械结构来记录机械位置，全量程机械位置绝对，绝对计数的特征在于计数与供电无关，不需要记录多圈累加值，只与当前绝对位置有关，也不需要多圈累加值参与计数。绝对计数装置结构复杂，制作困难，成本也较高。

累加计数需要记录多圈累加值，通常采用电子装置进行多圈累加，当多圈绝对值编码器掉电后，需要采用备份电源供电，维持并累加多圈计数。采用这种计数方法的多圈计数装置，结构简单、小巧，多圈位数不受结构影响，成本也较低，缺点是采用电池供电时，电池寿命有限，需要定期更换电池，不适用于免维护的场合。

美国专利US6084400公开的基于韦根效应的多圈计数装置，其缺点在于需要两个以上的韦根线运动传感器，韦根线具有较大的体积，当韦根线布置在磁铁两侧时，将大幅地增大计数装置的外直径，从而导致多圈计数装置无法小型化，成本也较高。

另一个US7598733B2公开了另一种采用单个韦根线运动传感器和单个霍尔的多圈计数方案，为了对操作进行计数，使用了关于最后确定的励磁磁铁的位置和极性的其他信息，该信息存储在相关评估电路的非易失性存储器中。其中，HS安装与EM同心或偏心一定的距离。

现有技术的缺点是：

1、需要计算并保存脉冲信息、方向信息、圈数信息；

2、需要在M、J、L、K等4个位置进行计数，当向某方向转动时需要每圈进行2次计数；

3、需要在上电初始化时，判断并应用一个脉冲发生装置来对韦根计数进行修正。

发明内容

本发明的目的是提供了一种韦根信号计圈装置，结构简单，可靠性高。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种韦根信号计圈装置，包括设置在电路板第一面的第一磁敏传感器、第二磁敏传感器、韦根线运动传感器以及设置在与所述电路板第二面保持预定间距且磁场方向与所述韦根线传感器平行的磁体，所述电路板设置有与所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器、所述韦根线运动传感器的信号处理电路、存储器和读数器，所述信号处理电路接收在所述磁体转动后所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器、所述韦根线运动传感器产生的信号并进行处理后输出计数信息，所述存储器存储所述信号处理电路工作过程中的处理信息，所述读数器对所述计数信息进行显示；其中，所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器、所述韦根线运动传感器的相互连线构成三角形。

其中，所述信号处理电路包括整流电路、第一整形电路、第二整形电路、电源切换电路和计数控制逻辑电路，所述韦根线运动传感器的两端，通过第一二极管、第二二极管对应整流后输入到所述第一整形电路、所述第二整形电路进行整形操作后输出到所述计数控制逻辑电路以及输入到所述整流电路进行整流操作，所述整流电路的第一输出端与所述电源切换电路连接，第二输出端接地，之间并接预设电容，所述第一整形电路、所述第二整形电路、所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器、所述读数器与所述电源切换电路连接，所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器与所述计数控制逻辑电路的对应输入端连接，所述计数控制逻辑电路通过外部接口与所述读数器连接，通过存储接口与所述存储器连接。

其中，所述韦根线运动传感器、所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器的底部处于同一平面。

其中，所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器的轴线夹角为60～120°。

其中，所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器与所述韦根线运动传感器的间距为1.5mm～2.5mm。

其中，所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器位于所述韦根线运动传感器的底面中心的同一半径的圆弧上。

其中，所述第一磁敏传感器或所述第二磁敏传感器与所述韦根线运动传感器同轴同向。

其中，所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器为线性霍尔传感器或TMR传感器。

其中，所述磁体为独立的N极、S极构成的磁体对或在径向充磁的单一磁体。

其中，所述韦根线运动传感器的中心与所述磁体的间距为7mm～9mm。

本发明实施例所提供的韦根信号计圈装置，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明实施例提供的韦根信号计圈装置，设置两个磁敏传感器到扇区执行计圈加减以及计数操作，只需要一个韦根线运动传感器即可完成信号的采集，对应的信号处理电路结构简单，整个装置的结构简单，可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的韦根信号计圈装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的韦根信号计圈装置的一种具体实施方式的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1～2，图1为本发明实施例提供的韦根信号计圈装置的一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明实施例提供的韦根信号计圈装置的一种具体实施方式的电路结构示意图。

在一种具体实施方式中，所述韦根信号计圈装置，包括设置在电路板10第一面的第一磁敏传感器30、第二磁敏传感器40、韦根线运动传感器20以及设置在与所述电路板10第二面保持预定间距且磁场方向与所述韦根线传感器平行的磁体50，所述电路板10设置有与所述第一磁敏传感器30、所述第二磁敏传感器40、所述韦根线运动传感器20的信号处理电路、存储器60和读数器70，所述信号处理电路接收在所述磁体50转动后所述第一磁敏传感器30、所述第二磁敏传感器40、所述韦根线运动传感器20产生的信号并进行处理后输出计数信息，所述存储器60存储所述信号处理电路工作过程中的处理信息，所述读数器70对所述计数信息进行显示；其中，所述第一磁敏传感器30、所述第二磁敏传感器40、所述韦根线运动传感器20的相互连线构成三角形。

通过设置两个磁敏传感器到扇区执行计圈加减以及计数操作，只需要一个韦根线运动传感器20即可完成信号的采集，对应的信号处理电路结构简单，整个装置的结构简单，可靠性高。

本申请对于信号处理电路的结构不做限定，在一个实施例中，所述信号处理电路包括整流电路1001、第一整形电路1005、第二整形电路1007、电源切换电路1002和计数控制逻辑电路1003，所述韦根线运动传感器20的两端，通过第一二极管1004、第二二极管1006对应整流后输入到所述第一整形电路1005、所述第二整形电路1007进行整形操作后输出到所述计数控制逻辑电路1003以及输入到所述整流电路1001进行整流操作，所述整流电路1001的第一输出端与所述电源切换电路1002连接，第二输出端接地，之间并接预设电容1008，所述第一整形电路1005、所述第二整形电路1007、所述第一磁敏传感器30、所述第二磁敏传感器40、所述读数器70与所述电源切换电路连接，所述第一磁敏传感器30、所述第二磁敏传感器40与所述计数控制逻辑电路1003的对应输入端连接，所述计数控制逻辑电路1003通过外部接口71与所述读数器70连接，通过存储接口61与所述存储器60连接。

在计数过程中，具体处理流程如下：

当韦根脉冲产生时，整流电路将电流整流为脉动的直流电并通过电容进行存储；

当韦根脉冲产生时，电容存储的电量逐渐增加，向电源切换电路供电，电源切换电路同时接收读数装置向其供电，并根据两者供电情况自动切换电源；

当韦根脉冲产生时，韦根脉冲通过二极管整流并通过整形电路(电压检查电路)形成韦根脉冲电平信号或韦根电平信号；

当韦根脉冲产生时，通过第一、第二磁敏传感器40得到扇区编码信号；

计数控制逻辑电路1003根据韦根电平信号及扇区编码器信号，进行加1计数，减1计数或不计数，完成计数后将计数信息和脉冲信息写入存储器60；

在读数器70在向电源切换电路1002供电时，计数控制逻辑电路1003工作在连续工作模式。此时读数器70可以读写存储器60的计数信息和脉冲信息。

读数器70根据计数信息和脉冲信息进行同步。

本申请中对于各个电路如计数控制逻辑电路所在的多圈计数电路、磁敏传感器、存储器60等的工作电压不做限定，在一个实施例中为1.8v，并且由电源切换电路供电，电源切换电路1002有两个输入电源，包括韦根脉冲能量供电和读数装置长期供电。电源切换电路电压输出等于读数器70供电支路稳压后输出及脉冲能量供电稳压后输出的大者。

两个整形电路中，其中，第一整形电路1005检测韦根线正脉冲，第二整形电路1007检测韦根线负脉冲，磁敏传感器检测磁场方向。韦根脉冲产生时，如果第一整形电路输出逻辑高、磁敏传感器输出逻辑11，计数加1；如果整形电路5输出逻辑高、磁敏传感器输出逻辑10，计数减1；如果磁敏传感器输出逻辑00、01，不计数。

如果单圈零位在单圈进位点1进位，且为顺时针转动时，当多圈进位且单圈未进位时，多圈减1操作。其它进位形式，相同对待处理。

本申请中包括但是不局限于上述的信号处理电路。

为了进一步提高装置的生产效率以及工作稳定性，在一个实施例中，所述韦根线运动传感器20、所述第一磁敏传感器30、所述第二磁敏传感器40的底部处于同一平面。

通过这种方式的设置，能够容易实现集成，而且在运行过程中，各个部件的功能等能够保证实现与最初的设计吻合。

本申请中对于所述第一磁敏传感器30、所述第二磁敏传感器40的具体位置以及相对位置不做限定，一般所述第一磁敏传感器30、所述第二磁敏传感器40的轴线夹角为60～120°。

一个实施例中，夹角为90°。

本申请中由于韦根线运动传感器20具有磁性，而第一磁敏传感器30、第二磁敏传感器40不能与其直接接触，但是需要其间距越小效果越好，本申请对于其间距不做限定。

一般所述第一磁敏传感器30、所述第二磁敏传感器40与所述韦根线运动传感器20的间距为1.5mm～2.5mm，优选的，间距为2mm。

更进一步，所述第一磁敏传感器30、所述第二磁敏传感器40位于所述韦根线运动传感器20的底面中心的同一半径的圆弧上。

为了进一步提高检测效率以及检测准确性，在一个实施例中，所述第一磁敏传感器30或所述第二磁敏传感器40与所述韦根线运动传感器20同轴同向。

本申请中对于第一磁敏传感器30、所述第二磁敏传感器40的类型不做限定，所述第一磁敏传感器30、所述第二磁敏传感器40可以为线性霍尔传感器或TMR传感器，或者其它类型的磁敏传感器，而且为了提取信号以及处理信号的方便，二者一般采用相同类型的传感器，如同为TMR传感器，同为线性霍尔传感器。

本申请中的磁体50是设置在需要计圈，所述磁体50为独立的N极、S极构成的磁体50对或在径向充磁的单一磁体50，本申请对此不作限定，对其体积以及磁场强度不做限定。

本申请中磁体50与电路板10保持一定的间距，是二者发生相对运动，但是对于二者的实际间距不做限定，一般所述韦根线运动传感器20的中心与所述磁体50的间距为7mm～9mm。

本申请中的韦根信号计圈装置不需要记录计数方向，减少了数据处理的工作量，简化了处理电路，加快了处理速度；在产生韦根脉冲的M、J、L、K等4个位置中只需要在M、J或L、K两个位置计数，减少了一半读写外部可擦写存储器60的次数，寿命提高一倍，可靠性提高一倍；不需要额外的脉冲发生电路，也不需要通过脉冲发生的方式进行校正，使通用的处理器例如MCU或FPGA或CPLD能够处理韦根数据；采用通用处理器及少量外围元件即可完成韦根信号可靠计数，降低了成本，提高了可靠性和通用性；如果传感器采用线性霍尔或TMR传感器更可以实现绝对值单圈的细分计数。

综上所述，本发明实施例提供的韦根信号计圈装置，设置两个磁敏传感器到扇区执行计圈加减以及计数操作，只需要一个韦根线运动传感器即可完成信号的采集，对应的信号处理电路结构简单，整个装置的结构简单，可靠性高。

以上对本发明所提供的韦根信号计圈装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种韦根信号计圈装置，其特征在于，包括设置在电路板第一面的第一磁敏传感器、第二磁敏传感器、韦根线运动传感器以及设置在与所述电路板第二面保持预定间距且磁场方向与所述韦根线运动传感器平行的磁体，所述电路板设置有与所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器、所述韦根线运动传感器的信号处理电路、存储器和读数器，所述信号处理电路接收在所述磁体转动后所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器、所述韦根线运动传感器产生的信号并进行处理后输出计数信息，所述存储器存储所述信号处理电路工作过程中的所述计数信息，所述读数器对所述计数信息进行显示；其中，所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器、所述韦根线运动传感器的相互连线构成三角形。

2.根据权利要求1所述韦根信号计圈装置，其特征在于，所述信号处理电路包括整流电路、第一整形电路、第二整形电路、电源切换电路和计数控制逻辑电路，所述韦根线运动传感器的两端，通过第一二极管、第二二极管对应整流后输入到所述第一整形电路、所述第二整形电路进行整形操作后输出到所述计数控制逻辑电路以及输入到所述整流电路进行整流操作，所述整流电路的第一输出端与所述电源切换电路连接，第二输出端接地，之间并接预设电容，所述第一整形电路、所述第二整形电路、所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器、所述读数器与所述电源切换电路连接，所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器与所述计数控制逻辑电路的对应输入端连接，所述计数控制逻辑电路通过外部接口与所述读数器连接，通过存储接口与所述存储器连接。

3.根据权利要求1或2所述韦根信号计圈装置，其特征在于，所述韦根线运动传感器、所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器的底部处于同一平面。

4.根据权利要求3所述韦根信号计圈装置，其特征在于，所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器的轴线夹角为60～120°。

5.根据权利要求4所述韦根信号计圈装置，其特征在于，所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器与所述韦根线运动传感器的间距为1.5mm～2.5mm。

6.根据权利要求5所述韦根信号计圈装置，其特征在于，所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器位于所述韦根线运动传感器的底面中心的同一半径的圆弧上。

7.根据权利要求6所述韦根信号计圈装置，其特征在于，所述第一磁敏传感器或所述第二磁敏传感器与所述韦根线运动传感器同轴同向。

8.根据权利要求7所述韦根信号计圈装置，其特征在于，所述第一磁敏传感器、所述第二磁敏传感器为线性霍尔传感器或TMR传感器。

9.根据权利要求8所述韦根信号计圈装置，其特征在于，所述磁体为独立的N极、S极构成的磁体对或在径向充磁的单一磁体。

10.根据权利要求9所述韦根信号计圈装置，其特征在于，所述韦根线运动传感器的中心与所述磁体的间距为7mm～9mm。