CN116046037A - 绝对值编码器及其位置获取方法、电机及自动化设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绝对值编码器及其位置获取方法以及电机和自动化设备，绝对值编码器包括电路板以及相对于电路板可运动的磁性元件和光学元件，电路板包括：磁感应模块，磁感应模块配置成感应磁性元件的磁场变化并生成磁编码信号；光感应模块，光感应模块配置成感应所述光学元件的光信号变化并生成光编码信号；信号处理模块，信号处理模块配置成：接收并处理磁编码信号和光编码信号，根据当前时刻的第一绝对位置、相对位置、以及第一圈数值或第二圈数值或第三圈数值，以获得绝对值编码器当前时刻的第二绝对位置。本发明解决了当前光磁混合编码器测量位置信息过程复杂的问题，同时满足高精度和抗干扰的需求。

Description

绝对值编码器及其位置获取方法、电机及自动化设备
技术领域
本发明涉及编码器领域，具体涉及一种绝对值编码器及其位置获取方法、电机及自动化设备。
背景技术
光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成电模拟或数字量的传感器。这是应用最多的传感器，光电编码器是由光源、光码盘和光敏元件组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干模拟或脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出模拟或脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。但是，光电编码器具有以下缺点，对户外及恶劣环境下使用提出较高的保护要求；量测直线位移需依赖机械装置转换，需消除机械间隙带来的误差；检测轨道运行物体难以克服滑差。
磁电编码器采用磁阻或元件对变化的磁性材料的角度或者位移值进行测量，磁性材料角度或者位移的变化会引起一定电阻或者电压的变化，通过单片机处理后输出脉冲信号或者模拟信号，达到测量目的。其弥补了光电编码器的上述缺陷，具有抗震、耐腐蚀、耐污染、性能可靠高且结构简单等优点，但是精度较差。
现有技术中光磁混合编码器可以弥补上述光电编码器和磁电编码器的不足，但是现有技术中的光磁混合编码器存在测量位置信息的过程较为复杂、精度低和不抗干扰等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种绝对值编码器、电机和自动化设备，以解决上述现有技术中存在的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的第一方面，提供了一种绝对值编码器，所述绝对值编码器包括电路板以及相对于所述电路板可运动的磁性元件和光学元件，所述电路板包括：
磁感应模块，所述磁感应模块配置成感应所述磁性元件的磁场变化并生成磁编码信号；
光感应模块，所述光感应模块配置成感应所述光学元件的光信号变化并生成光编码信号；以及
信号处理模块，所述信号处理模块配置成：
接收并处理所述磁编码信号，以获得所述绝对值编码器当前时刻的第一绝对位置、或当前时刻的第一绝对位置以及第一圈数值或第二圈数值；
接收并处理所述光编码信号，以获得所述绝对值编码器当前时刻的相对位置、或当前时刻的相对位置和第三圈数值；以及
根据当前时刻的所述第一绝对位置、所述相对位置、以及所述第一圈数值或所述第二圈数值或所述第三圈数值，以获得所述绝对值编码器当前时刻的第二绝对位置。
优选地，所述磁编码信号包括至少一个第一正余弦信号组，在一个机械周期内，所述第一正余弦信号组包括X个周期的第一正弦信号和X个周期的第一余弦信号，其中X≥1，X为整数；或
至少一个第一方波信号组，在一个机械周期内，所述第一方波信号组包括Y个周期的第一方波信号和Y个周期的第二方波信号，其中，Y≥1，Y为整数。
优选地，所述磁编码信号包括：
随角度位置或行程周期变化的数字信号组合，所述信号处理模块接收并处理所述数字信号组合，以获得所述绝对值编码器当前时刻的所述第一绝对位置和所述第一圈数值；或
第一Z脉冲信号，所述信号处理模块接收并处理所述第一Z脉冲信号以获得所述绝对值编码器当前时刻的所述第二圈数值；或
随角度位置或行程周期变化的PWM信号；或
随角度位置或行程周期变化的三角波信号；或
至少四个随角度位置或行程周期变化的梯形波信号。
优选地，所述光编码信号包括：
至少一个第二正余弦信号组，在一个机械周期内，所述第二正余弦信号组包括V个周期的第二正弦信号和V个周期的第二余弦信号，其中，V≥1，V为整数；或
至少一个第二方波信号组，在一个机械周期内，所述第二方波信号组包括U个周期的第三方波信号和U个周期的第四方波信号，其中，U≥1，U为整数。
优选地，每个所述第一正余弦信号组的所述第一正弦信号和所述第一余弦信号在同一时刻的相位差为90度±45度；或
每个所述第一方波信号组中的所述第一方波信号和所述第二方波信号在同一时刻的相位差为90度±45度。
优选地，每个所述第二正余弦信号组的所述第二正弦信号和所述第二余弦信号在同一时刻的相位差为90度±45度；或
每个所述第二方波信号组中的所述第三方波信号和所述第四方波信号在同一时刻的相位差为90度±45度。
优选地，所述光编码信号还包括第二Z脉冲信号，所述信号处理模块接收并处理所述第二Z脉冲信号以获得所述绝对值编码器当前时刻的所述第三圈数值。
优选地，所述绝对值编码器包括设置有码道的码盘，所述光感应模块用于感应所述码盘的光信号的变化以生成所述光编码信号；和/或，所述绝对值编码器包括设置有码道的环形光栅，所述光感应模块用于感应所述环形光栅的光信号的变化以生成所述光编码信号；和/或，所述绝对值编码器包括设置有码道的弧形光栅，所述光感应模块用于感应所述弧形光栅的光信号的变化以生成所述光编码信号；和/或，所述绝对值编码器包括设置有码道的柱形光栅，所述光感应模块用于感应所述柱形光栅的光信号的变化以生成所述光编码信号；和/或，所述绝对值编码器包括设置有码道的锥形光栅，所述光感应模块用于感应所述锥形光栅的光信号的变化以生成所述光编码信号；和/或，所述绝对值编码器包括设置有码道的光栅尺，所述光感应模块用于感应所述光栅尺的光信号的变化以生成所述光编码信号。
优选地，所述光感应模块发射的光线经过所述码道反射后被所述光感应模块接收；或，所述绝对值编码器还包括用于发射光线的光源，所述光源发出的光线经过所述码道反射或透射后被所述光感应模块接收。
优选地，所述码道为游标码码道、格雷码码道、M序列或其它伪随机序列码道和单圈码道中的任意一种。
优选地，所述磁感应模块包括霍尔元件和/或磁感应芯片，所述磁感应芯片包括HALL、AMR、GMR和TMR中的至少一种。
优选地，所述绝对值编码器包括磁钢、磁饼、磁环、磁瓦、磁鼓或磁尺中的至少一种；所述磁感应模块用于感应所述磁钢、所述磁饼、所述磁环、所述磁瓦、所述磁鼓、所述磁尺中的至少一种的磁场变化以产生所述磁编码信号。
根据本发明的第二方面，提供了一种电机，所述电机包括上述任一项所述的绝对值编码器。
根据本发明的第三方面，提供了一种自动化设备，所述自动化设备包括上述所述的电机。
根据本发明的第四方面，提供了一种获取绝对值编码器当前时刻的第二绝对位置的方法，
所述方法包括：
感应磁场变化并生成磁编码信号，感应光信号变化并生成光编码信号；
接收并处理所述磁编码信号，以获得绝对值编码器当前时刻的第一绝对位置、或当前时刻的第一绝对位置以及第一圈数值或第二圈数值；
接收并处理所述光编码信号，以获得所述绝对值编码器当前时刻的相对位置、或当前时刻的相对位置和第三圈数值；以及
根据当前时刻的所述第一绝对位置、所述相对位置、以及所述第一圈数值或所述第二圈数值或所述第三圈数值，以获得所述绝对值编码器当前时刻的第二绝对位置。
优选地，根据当前时刻的所述第一绝对位置、所述相对位置、以及所述第一圈数值或所述第二圈数值或所述第三圈数值，以获得所述绝对值编码器当前时刻的所述第二绝对位置，包括：
根据当前时刻的第一绝对位置角度、相对位置角度、以及所述第一圈数值或所述第二圈数值或所述第三圈数值，以获得所述绝对值编码器当前时刻的第二绝对位置角度。
优选地，当所述第一绝对位置角度和所述相对位置角度满足第一条件时，所述第二绝对位置角度根据以下公式计算：
θ3＝n×360°+θ1+θ2/2a，
其中，θ1为所述第一绝对位置角度，θ2为所述相对位置角度，n为所述第一圈数值或所述第二圈数值或所述第三圈数值(n为整数)，θ3为所述第二绝对位置角度，以及
所述第一条件为：
所述第一绝对位置角度θ1满足：-360°<θ1<360°、θ1的分辨率为360°/2a(a≥0，a为整数)和θ1的周期为1(一个机械周期内)，以及
所述第二绝对位置角度θ2满足：-360°<θ2<360°、θ2的分辨率为360°/2b(b≥0，b为整数)和θ2的周期为2a(一个机械周期内)。
优选地，当所述第一绝对位置角度和所述相对位置角度满足第二条件时，所述第二绝对位置角度根据以下公式计算：
θ3＝n×360°+θ1+θ2，
其中，θ1为所述第一绝对位置角度，θ2为所述相对位置角度，n为所述第一圈数值或所述第二圈数值或所述第三圈数值(n为整数)，θ3为所述第二绝对位置角度，以及
所述第二条件为：
所述第一绝对位置角度θ1满足：0°≤θ1<360°和θ1的分辨率为360°/2a(a≥0，a为整数)，以及
所述第二绝对位置角度θ2满足：-360°<θ2<360°、θ2的分辨率为360°/2b(b≥0，b为整数)和θ2的周期为1(一个机械周期内)。
本发明的有益效果为本发明的绝对值编码器不仅兼具光电编码器和磁电编码器的优点，也解决了当前光磁混合编码器测量位置信息过程复杂的问题，同时满足高精度和抗干扰的需求。
附图说明
图1是本发明一个实施例的绝对值编码器结构示意图；
图2是本发明一个实施例的绝对值编码器工作流程示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况下来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。
在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。
在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
本发明的一个实施例提供一种绝对值编码器，参照图1和图2，绝对值编码器包括电路板103、以及相对于电路板103可运动的磁性元件101和光学元件102，电路板103包括磁感应模块104、光感应模块105以及信号处理模块106，磁感应模块104用于感应磁性元件101的磁场变化并生成磁编码信号，光感应模块105用于感应光学元件102的光信号变化并生成光编码信号，信号处理模块106用于接收并处理磁编码信号，以获得绝对值编码器当前时刻的第一绝对位置、或当前时刻的第一绝对位置以及第一圈数值或第二圈数值，信号处理模块106还用于接收并处理光编码信号，以获得绝对值编码器当前时刻的相对位置、或当前时刻的相对位置和第三圈数值，信号处理模块106再根据当前时刻的第一绝对位置、相对位置、以及第一圈数值或第二圈数值或第三圈数值，以获得编码器当前时刻的第二绝对位置。
也就是说，在一些实施方式中，信号处理模块106用于接收并处理磁编码信号，以获得绝对值编码器当前时刻的第一绝对位置和第一圈数值。信号处理模块106用于接收并处理光编码信号，以获得绝对值编码器当前时刻的相对位置。信号处理模块106配置成根据当前时刻的第一绝对位置、相对位置和第一圈数值，以获得编码器当前时刻的第二绝对位置。
在另一些实施方式中，信号处理模块106用于接收并处理磁编码信号，以获得绝对值编码器当前时刻的第一绝对位置和第二圈数值。信号处理模块106用于接收并处理光编码信号，以获得绝对值编码器当前时刻的相对位置。信号处理模块106配置成根据当前时刻的第一绝对位置、相对位置和第二圈数值，以获得编码器当前时刻的第二绝对位置。
以及在一些实施方式中，信号处理模块106用于接收并处理磁编码信号，以获得绝对值编码器当前时刻的第一绝对位置。信号处理模块106用于接收并处理光编码信号，以获得绝对值编码器当前时刻的相对位置和第三圈数值。信号处理模块106配置成根据当前时刻的第一绝对位置、相对位置和第三圈数值，以获得编码器当前时刻的第二绝对位置。
具体地，例如，信号处理模块106接收并处理磁编码信号，获得当前时刻的第一绝对位置角度θ1与第一圈数值n1，其中-360°<θ1<360°，n1为整数。所述角度θ1的分辨率为360°/2a，其中a≥0，a为整数。在一个机械周期内，所述角度θ1的周期是1。信号处理模块106同时接收并处理光编码信号，获得当前时刻的相对位置角度θ2，其中-360°<θ2<360°。所述角度θ2的分辨率为360°/2b，其中b≥0，b为整数。特别地，在一个机械周期内，所述角度θ2正好变化2a个周期。根据第一绝对位置角度θ1、第一圈数值n1、以及相对位置角度θ2可获得编码器当前时刻的第二绝对位置，所述第二绝对位置角度θ3＝n1×360°+θ1+(360°/2a)×(θ2/360°)＝n1×360°+θ1+θ2/2a。
具体地，例如，信号处理模块106接收并处理磁编码信号，获得上电时刻的第一绝对位置角度θ0(为了与上述实施例中的θ1做区分，后文不再赘述)与当前时刻的第一圈数值n1，其中0°≤θ0<360°，n1为整数。所述角度θ0的分辨率为360°/2a，其中a≥0，a为整数。信号处理模块106同时接收并处理光编码信号，获得当前时刻的相对位置角度θ2，其中-360°<θ2<360°。所述角度θ2的分辨率为360°/2b，其中b≥0，b为整数。在一个机械周期内，所述角度θ2的周期是1。根据第一绝对位置角度θ0、第一圈数值n1、以及相对位置角度θ2可获得编码器当前时刻的第二绝对位置，所述第二绝对位置角度θ3＝n1×360°+θ0+θ2。
具体地，例如，信号处理模块106接收并处理磁编码信号，获得上电时刻的第一绝对位置角度θ1与第二圈数值n2，其中-360°<θ1<360°，n2为整数。所述角度θ1的分辨率为360°/2a，其中a≥0，a为整数。在一个机械周期内，所述角度θ1的周期是1。信号处理模块106同时接收并处理光编码信号，获得当前时刻的相对位置角度θ2，其中-360°<θ2<360°。所述角度θ2的分辨率为360°/2b，其中b≥0，b为整数。特别地，在一个机械周期内，所述角度θ2正好变化2a个周期。根据第一绝对位置角度θ1、第二圈数值n2、以及相对位置角度θ2可获得编码器当前时刻的第二绝对位置，所述第二绝对位置角度值θ3＝n2×360°+θ1+(360°/2a)×(θ2/360°)＝n2×360°+θ1+θ2/2a。
具体地，例如，信号处理模块106接收并处理磁编码信号，获得上电时刻第一绝对位置角度θ0与当前时刻的第二圈数值n2，其中0°≤θ0<360°，n2为整数。所述角度θ0的分辨率为360°/2a，其中a≥0，a为整数。信号处理模块106同时接收并处理光编码信号，获得当前时刻的相对位置角度θ2，其中-360°<θ2<360°。所述角度θ2的分辨率为360°/2b，其中b≥0，b为整数。在一个机械周期内，所述角度θ2的周期是1。根据第一绝对位置角度θ0、第二圈数值n2、以及相对位置角度θ2可获得编码器当前时刻的第二绝对位置，所述第二绝对位置角度θ3＝n2×360°+θ0+θ2。
具体地，例如，信号处理模块106接收并处理磁编码信号，获得当前时刻的第一绝对位置角度θ1，其中-360°<θ1<360°。所述角度θ1的分辨率为360°/2a，其中a≥0，a为整数。在一个机械周期内，所述角度θ1的周期是1。信号处理模块106同时接收并处理光编码信号，获得当前时刻的相对位置角度θ2与第三圈数值n3，其中-360°<θ2<360°，n3为整数。所述角度θ2的分辨率为360°/2b，其中b≥0，b为整数。特别地，在一个机械周期内，所述角度θ2正好变化2a个周期。根据第一绝对位置角度θ1、第三圈数值n3、以及相对位置角度θ2可获得编码器当前时刻的第二绝对位置，所述第二绝对位置角度θ3＝n3×360°+θ1+(360°/2a)×(θ2/360°)＝n3×360°+θ1+θ2/2a。
具体地，例如，信号处理模块106接收并处理磁编码信号，获得上电时刻的第一绝对位置的角度θ0，其中0°≤θ0<360°。所述角度θ0的分辨率为360°/2a，其中a≥0，a为整数。信号处理模块106同时接收并处理光编码信号，获得当前时刻的相对位置角度θ2与第三圈数值n3，其中-360°<θ2<360°，n3为整数。所述角度θ2的分辨率为360°/2b，其中b≥0，b为整数。在一个机械周期内，所述角度θ2的周期是1。根据第一绝对位置角度θ0、第三圈数值n3、以及相对位置角度θ2可获得编码器当前时刻第二绝对位置，所述第二绝对位置角度θ3＝n3×360°+θ0+θ2。
其中，电路板103、磁感应模块104和光感应模块105可以是一个、也可以是多个。
通过这样的设计，本发明的绝对值编码器不仅兼具光电编码器和磁电编码器的优点，也解决了当前光磁混合编码器测量位置信息过程复杂的问题，同时满足高精度和抗干扰的需求。
于本发明的一种实施方式中，磁编码信号包括至少一个第一正余弦信号组，在一个机械周期内，第一正余弦信号组包括X个周期的第一正弦信号和X个周期的第一余弦信号，其中X≥1，X为整数。
通过这样的设计，在一个机械周期内，磁感应模块生成并输出的第一正余弦信号组(第一正弦信号和第一余弦信号)与绝对值编码器的当前时刻的第一绝对位置、或当前时刻第一绝对位置以及第一圈数值或第二圈数值是一一对应的，所以，通过计算第一正余弦信号组(第一正弦信号和第一余弦信号)可直接得到绝对值编码器的当前时刻的第一绝对位置、或当前时刻的第一绝对位置以及第一圈数值或第二圈数值。
需要说明的是，当绝对值编码器安装在旋转电机中时，在一个机械周期内，第一正余弦信号组包括X个周期的第一正弦信号和X个周期的第一余弦信号是指，磁性元件每随旋转电机的转子转动一圈(即360度)，磁感应模块输出X个周期的第一正弦信号和X个周期的第一余弦信号。当绝对值编码器安装在滚筒电机中时，在一个机械周期内，第一正余弦信号组包括X个周期的第一正弦信号和X个周期的第一余弦信号是指，磁性元件每随滚筒电机的动子转动一圈(即360度)，磁感应模块输出X个周期的第一正弦信号和X个周期的第一余弦信号。当绝对值编码器安装在直线电机中时，在一个机械周期内，第一正余弦信号组包括X个周期的第一正弦信号和X个周期的第一余弦信号是指：磁性元件每随直线电机的转子移动一个行程，磁感应模块输出X个周期的第一正弦信号和X个周期的第一余弦信号。
于本发明的一种实施方式中，磁编码信号包括至少一个第一方波信号组，在一个机械周期内，第一方波信号组包括Y个周期的第一方波信号和Y个周期的第二方波信号，其中，Y≥1，Y为整数。
通过这样的设计，在一个机械周期内，磁感应模块输出的第一方波信号组(第一方波信号和第二方波信号)与绝对值编码器的当前时刻的第一绝对位置、或当前时刻的第一绝对位置以及第一圈数值或第二圈数值是一一对应，所以，通过计算磁感应模块的第一方波信号组(第一方波信号和第二方波信号)可直接得到编码器的当前时刻的磁信号的第一绝对位置、或当前时刻的第一绝对位置以及第一圈数值或第二圈数值。
需要说明的是，当绝对值编码器安装在旋转电机中时，在一个机械周期内，第一方波信号组包括Y个周期的第一方波信号和Y个周期的第二方波信号是指，磁性元件每随旋转电机的转子转动一圈(即360度)，磁感应模块输出Y个周期的第一方波信号和Y个周期的第二方波信号。当绝对值编码器安装在滚筒电机中时，在一个机械周期内，第一方波信号组包括Y个周期的第一方波信号和Y个周期的第二方波信号是指，磁性元件每随滚筒电机的动子转动一圈(即360度)，磁感应模块输出Y个周期的第一方波信号和Y个周期的第二方波信号。当绝对值编码器安装在直线电机中时，在一个机械周期内，第一方波信号组包括Y个周期的第一方波信号和Y个周期的第二方波信号是指：磁性元件每随直线电机的转子移动一个行程，磁感应模块输出Y个周期的第一方波信号和Y个周期的第二方波信号。
于本发明的一种实施方式中，磁编码信号的具体波形与上述实施方式不同，在本实施方式中，磁编码信号包括随角度位置或行程周期变化的数字信号组合，信号处理模块接收并处理所述数字信号组合，以获得绝对值编码器当前时刻的第一绝对位置和第一圈数值。其中，随角度位置或行程周期变化的数字信号组合可以是一个、也可以是多个。
于本发明的一种实施方式中，磁编码信号的具体波形与上述实施方式不同，在本实施方式中，磁编码信号包括第一Z脉冲信号，信号处理模块接收并处理所述第一Z脉冲信号以获得绝对值编码器当前时刻的所述第二圈数值，其中，第一Z脉冲信号可以是一个、也可以是多个。
于本发明的一种实施方式中，磁编码信号的具体波形与上述实施方式不同，在本实施方式中，所述磁编码信号包括随角度位置或行程周期变化的PWM信号，其中，PWM信号可以是一个、也可以是多个。
于本发明的一种实施方式中，磁编码信号的具体波形与上述实施方式不同，在本实施方式中，所述磁编码信号包括随角度位置或行程周期变化的三角波信号，其中，三角波信号可以是一个、也可以是多个。
于本发明的一种实施方式中，磁编码信号的具体波形与上述实施方式不同，在本实施方式中，所述磁编码信号包括至少四个随角度位置或行程周期变化的梯形波信号。
于本发明的一种实施方式中，光编码信号包括至少一个第二正余弦信号组，在一个机械周期内，第二正余弦信号组包括V个周期的第二正弦信号和V个周期的第二余弦信号，其中，V≥1，V为整数。
通过这样的设计，在一个机械周期内，光感应模块生成并输出的第二正余弦信号组(第二正弦信号和第二余弦信号)与绝对值编码器的当前时刻的相对位置、或当前时刻的相对位置和第三圈数值是一一对应的，所以，通过计算第二正余弦信号组(第二正弦信号和第二余弦信号)可直接得到绝对值编码器的当前时刻的相对位置、或当前时刻的相对位置和第三圈数值。
需要说明的是，当绝对值编码器安装在旋转电机中时，在一个机械周期内，第二正余弦信号组包括V个周期的第二正弦信号和V个周期的第二余弦信号是指，光学元件每随旋转电机的转子转动一圈(即360度)，光感应模块输出V个周期的第二正弦信号和V个周期的第二余弦信号。当绝对值编码器安装在滚筒电机中时，在一个机械周期内，第二正余弦信号组包括V个周期的第二正弦信号和V个周期的第二余弦信号是指，光学元件每随滚筒电机的动子转动一圈(即360度)，光感应模块输出V个周期的第二正弦信号和V个周期的第二余弦信号。当绝对值编码器安装在直线电机中时，在一个机械周期内，第二正余弦信号组包括V个周期的第二正弦信号和V个周期的第二余弦信号是指：光学元件每随直线电机的转子移动一个行程，光感应模块输出V个周期的第二正弦信号和V个周期的第二余弦信号。
于本发明的一种实施方式中，光编码信号包括至少一个第二方波信号组，在一个机械周期内，第二方波信号组包括U个周期的第三方波信号和U个周期的第四方波信号，其中，U≥1，U为整数。
通过这样的设计，在一个机械周期内，光感应模块输出的第二方波信号组(第三方波信号和第四方波信号)与绝对值编码器的当前时刻的相对位置、或当前时刻的相对位置和第三圈数值是一一对应，所以，通过计算光感应模块的第二方波信号组(第三方波信号和第四方波信号)可直接得到编码器的当前时刻的相对位置、或当前时刻的相对位置和第三圈数值。
需要说明的是，当绝对值编码器安装在旋转电机中时，在一个机械周期内，第二方波信号组包括U个周期的第三方波信号和U个周期的第四方波信号是指，光学元件每随旋转电机的转子转动一圈(即360度)，光感应模块输出U个周期的第三方波信号和U个周期的第四方波信号。当绝对值编码器安装在滚筒电机中时，在一个机械周期内，第二方波信号组包括U个周期的第三方波信号和U个周期的第四方波信号是指，光学元件每随滚筒电机的动子转动一圈(即360度)，光感应模块输出U个周期的第三方波信号和U个周期的第四方波信号。当绝对值编码器安装在直线电机中时，在一个机械周期内，第二方波信号组包括U个周期的第三方波信号和U个周期的第四方波信号是指：光学元件每随直线电机的转子移动一个行程，光感应模块输出U个周期的第三方波信号和U个周期的第四方波信号。
于本发明的一种实施方式中，每个第一正余弦信号组的第一正弦信号和第一余弦信号在同一时刻的相位差为90度±45度。
于本发明的一种实施方式中，每个第一方波信号组中的第一方波信号和第二方波信号在同一时刻的相位差为90度±45度。
于本发明的一种实施方式中，每个第二正余弦信号组的第二正弦信号和第二余弦信号在同一时刻的相位差为90度±45度。
于本发明的一种实施方式中，每个第二方波信号组中的第三方波信号和第四方波信号在同一时刻的相位差为90度±45度。
于本发明的一种实施方式中，光编码信号还包括第二Z脉冲信号，信号处理模块接收并处理第二Z脉冲信号以获得绝对值编码器当前时刻的第三圈数值。
于本发明的一种实施方式中，绝对值编码器包括设置有码道的码盘，所述光感应模块用于感应所述码盘的光信号的变化以生成所述光编码信号.
于本发明的一种实施方式中，绝对值编码器包括设置有码道的环形光栅，光感应模块用于感应环形光栅的光信号的变化以生成光编码信号。
于本发明的一种实施方式中，绝对值编码器包括设置有码道的弧形光栅，光感应模块用于感应弧形光栅的光信号的变化以生成光编码信号。
于本发明的一种实施方式中，绝对值编码器包括设置有码道的柱形光栅，光感应模块用于感应柱形光栅的光信号的变化以生成光编码信号。
于本发明的一种实施方式中，绝对值编码器包括设置有码道的锥形光栅，光感应模块用于感应锥形光栅的光信号的变化以生成光编码信号。
于本发明的一种实施方式中，绝对值编码器包括设置有码道的光栅尺，所述光感应模块用于感应所述光栅尺的光信号的变化以生成所述光编码信号。
于本发明的一种实施方式中，光感应模块发射的光线经过码道反射后被光感应模块接收。
于本发明的一种实施方式中，绝对值编码器还包括用于发射光线的光源，光源发出的光线经过码道反射或透射后被光感应模块接收。
于本发明的一种实施方式中，码道为游标码码道、格雷码码道、M序列或其它伪随机序列码道和单圈码道中的任意一种。
于本发明的一种实施方式中，磁感应模块包括霍尔元件和/或磁感应芯片，磁感应芯片包括HALL、AMR、GMR和TMR中的至少一种。
于本发明的一种实施方式中，绝对值编码器包括磁钢、磁饼、磁环、磁瓦、磁鼓或磁尺中的至少一种；磁感应模块用于感应磁钢、磁饼、磁环、磁瓦、磁鼓、磁尺中的至少一种的磁场变化以产生磁编码信号。
根据上述绝对值编码器的实施例，本发明的一个实施例提供了一种获取绝对值编码器当前时刻的第二绝对位置的方法，包括以下步骤：
步骤S1：感应磁场变化并生成磁编码信号，感应光信号变化并生成光编码信号；
步骤S2：接收并处理所述磁编码信号，以获得绝对值编码器当前时刻的第一绝对位置、或当前时刻的第一绝对位置以及第一圈数值或第二圈数值；
步骤S3：接收并处理所述光编码信号，以获得所述绝对值编码器当前时刻的相对位置、或当前时刻的相对位置和第三圈数值；以及
步骤S4：根据当前时刻的第一绝对位置、相对位置、以及第一圈数值或第二圈数值或第三圈数值，以获得绝对值编码器当前时刻的第二绝对位置。
于本发明的一种实施方式中，在步骤S4中，根据当前时刻的第一绝对位置角度、相对位置角度、以及所述第一圈数值或所述第二圈数值或所述第三圈数值，以获得绝对值编码器当前时刻的第二绝对位置角度。
于本发明的一种实施方式中，当第一绝对位置角度和相对位置角度满足第一条件时，第二绝对位置角度根据以下公式计算：
θ3＝n×360°+θ1+θ2/2a，
其中，θ1为第一绝对位置角度，θ2为相对位置角度，n为第一圈数值或第二圈数值或第三圈数值(n为整数)，θ3为第二绝对位置角度，以及第一条件为：
第一绝对位置角度θ1满足：-360°≤θ1<360°、θ1的分辨率为360°/2a(a≥0，a为整数)和θ1的周期为1(一个机械周期内)，以及
第二绝对位置角度θ2满足：-360°<θ2<360°、θ2的分辨率为360°/2b(b≥0，b为整数)和θ2的周期为2a(一个机械周期内)。
在本实施方式中，当n分别表示第一圈数值或第二圈数值或第三圈数值，第二绝对位置角度的具体计算方式在上述绝对值编码器的实施例中已阐述，本实施方式不再赘述。
于本发明的一种实施方式中，当所述第一绝对位置角度和所述相对位置角度满足第二条件时，所述第二绝对位置角度根据以下公式计算：
θ3＝n×360°+θ1+θ2，
其中，θ1为所述第一绝对位置角度，θ2为所述相对位置角度，n为所述第一圈数值或所述第二圈数值或所述第三圈数值(n为整数)，θ3为所述第二绝对位置角度，以及所述第二条件为：
所述第一绝对位置角度θ1满足：0°<θ1<360°和θ1的分辨率为360°/2a(a≥0，a为整数)，以及
所述第二绝对位置角度θ2满足：-360°<θ2<360°、θ2的分辨率为360°/2b(b≥0，b为整数)和θ2的周期为1(一个机械周期内)。
在本实施方式中，当n分别表示第一圈数值或第二圈数值或第三圈数值，第二绝对位置角度的具体计算方式在上述绝对值编码器的实施例中已阐述，本实施方式不再赘述。
本发明的一个实施例提供一种电机，该电机包括上述实施例所述的绝对值编码器。
本发明的一个实施例提供一种自动化设备，该自动化设备包括上述实施例所述的电机。
以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种绝对值编码器，所述绝对值编码器包括电路板以及相对于所述电路板可运动的磁性元件和光学元件，其特征在于，所述电路板包括：
磁感应模块，所述磁感应模块配置成感应所述磁性元件的磁场变化并生成磁编码信号；
光感应模块，所述光感应模块配置成感应所述光学元件的光信号变化并生成光编码信号；以及
信号处理模块，所述信号处理模块配置成：
接收并处理所述磁编码信号，以获得所述绝对值编码器当前时刻的第一绝对位置、或当前时刻的第一绝对位置以及第一圈数值或第二圈数值；
接收并处理所述光编码信号，以获得所述绝对值编码器当前时刻的相对位置、或当前时刻的相对位置和第三圈数值；以及
根据当前时刻的所述第一绝对位置、所述相对位置、以及所述第一圈数值或所述第二圈数值或所述第三圈数值，以获得所述绝对值编码器当前时刻的第二绝对位置。
2.根据权利要求1所述的绝对值编码器，其特征在于，所述磁编码信号包括：
至少一个第一正余弦信号组，在一个机械周期内，所述第一正余弦信号组包括X个周期的第一正弦信号和X个周期的第一余弦信号，其中X≥1，X为整数；或
至少一个第一方波信号组，在一个机械周期内，所述第一方波信号组包括Y个周期的第一方波信号和Y个周期的第二方波信号，其中，Y≥1，Y为整数。
3.根据权利要求1所述的绝对值编码器，其特征在于，所述磁编码信号包括：
随角度位置或行程周期变化的数字信号组合，所述信号处理模块接收并处理所述数字信号组合，以获得所述绝对值编码器当前时刻的所述第一绝对位置和所述第一圈数值；或
第一Z脉冲信号，所述信号处理模块接收并处理所述第一Z脉冲信号以获得所述绝对值编码器当前时刻的所述第二圈数值；或
随角度位置或行程周期变化的PWM信号；或
随角度位置或行程周期变化的三角波信号；或
至少四个随角度位置或行程周期变化的梯形波信号。
4.根据权利要求1所述的绝对值编码器，其特征在于，所述光编码信号包括：
至少一个第二正余弦信号组，在一个机械周期内，所述第二正余弦信号组包括V个周期的第二正弦信号和V个周期的第二余弦信号，其中，V≥1，V为整数；或
至少一个第二方波信号组，在一个机械周期内，所述第二方波信号组包括U个周期的第三方波信号和U个周期的第四方波信号，其中，U≥1，U为整数；
可选地，每个所述第一正余弦信号组的所述第一正弦信号和所述第一余弦信号在同一时刻的相位差为90度±45度；或
每个所述第一方波信号组中的所述第一方波信号和所述第二方波信号在同一时刻的相位差为90度±45度；
可选地，每个所述第二正余弦信号组的所述第二正弦信号和所述第二余弦信号在同一时刻的相位差为90度±45度；或
每个所述第二方波信号组中的所述第三方波信号和所述第四方波信号在同一时刻的相位差为90度±45度。
5.根据权利要求1所述的绝对值编码器，其特征在于，所述光编码信号还包括第二Z脉冲信号，所述信号处理模块接收并处理所述第二Z脉冲信号以获得所述绝对值编码器当前时刻的所述第三圈数值。
6.一种电机，其特征在于，所述电机包括权利要求1至7任一项所述的绝对值编码器。
7.一种自动化设备，其特征在于，所述自动化设备包括如权利要求8所述的电机。
8.一种获取绝对值编码器第二绝对位置的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一、感应磁场变化并生成磁编码信号，感应光信号变化并生成光编码信号；
步骤二、接收并处理所述磁编码信号，以获得绝对值编码器当前时刻的第一绝对位置、或当前时刻的第一绝对位置以及第一圈数值或第二圈数值；
步骤三、接收并处理所述光编码信号，以获得所述绝对值编码器当前时刻的相对位置、或当前时刻的相对位置和第三圈数值；以及
步骤四、根据当前时刻的所述第一绝对位置、所述相对位置、以及所述第一圈数值或所述第二圈数值或所述第三圈数值，以获得所述绝对值编码器当前时刻的第二绝对位置。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤四中，根据当前时刻的第一绝对位置角度、相对位置角度、以及所述第一圈数值或所述第二圈数值或所述第三圈数值，以获得所述绝对值编码器当前时刻的第二绝对位置角度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当所述第一绝对位置角度和所述相对位置角度满足第一条件时，所述第二绝对位置角度根据以下公式计算：
θ3＝n×360°+θ1+θ2/2a，
其中，θ1为所述第一绝对位置角度，θ2为所述相对位置角度，n为所述第一圈数值或所述第二圈数值或所述第三圈数值，θ3为所述第二绝对位置角度，以及
所述第一条件为：
所述第一绝对位置角度θ1满足：-360°<θ1<360°、θ1的分辨率为360°/2a和θ1在一个机械周期内的周期为1，其中a≥0，a为整数，以及
所述第二绝对位置角度θ2满足：-360°<θ2<360°、θ2的分辨率为360°/2b和θ2的周期为2a，其中b≥0，b为整数；
可选地，当所述第一绝对位置角度和所述相对位置角度满足第二条件时，所述第二绝对位置角度根据以下公式计算：
θ3＝n×360°+θ1+θ2，
其中，θ1为所述第一绝对位置角度，θ2为所述相对位置角度，n为所述第一圈数值或所述第二圈数值或所述第三圈数值，θ3为所述第二绝对位置角度，以及
所述第二条件为：
所述第一绝对位置角度θ1满足：0°≤θ1<360°和θ1的分辨率为360°/2a，其中，a≥0，a为整数，以及
所述第二绝对位置角度θ2满足：-360°≤θ2<360°、θ2的分辨率为360°/2b和θ2在一个机械周期内的周期为1，b≥0，b为整数。
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