CN1218162C - 应用于伺服系统的磁光电编码器 - Google Patents

Abstract

本发明公开旋转位置编码器——应用于伺服系统的磁光电编码器。它包括光电式绝对编码器(1)、DSP处理器(2)、控制器供电电源(5)，它还包括加减计数器(3)、磁性传感单元(4)、电池(6)、第一二极管(D1)和第二二极管(D2)，第一二极管(D1)的负极连接第二二极管(D2)的负极、加减计数器(3)的正极电源端和磁性传感单元(4)的正极电源端，电池供电时，光电式绝对编码器不工作，磁性传感单元检测得到的电机转动情况记录在加减计数器中。磁性传感单元的永磁体不用通电，电路结构也简单，所以耗电量较小。本发明具有设计合理、工作可靠和适用性广的优点。

Description

应用于伺服系统的磁光电编码器

技术领域：

本发明涉及旋转位置编码器，用于电机伺服系统等各种需要旋转位置检测的装置。

背景技术：

绝对式光电编码器作为位置反馈元件广泛应用于电伺服系统中。它精度高、惯量小、稳定性好，能够直接输出数字量形式的绝对位置信息，与控制单元的连接简单方便，已成为中小功率伺服系统使用的主流位置反馈元件。伺服系统中控制器无电时编码器由电池供电，检测并记录在系统控制器不工作期间电机转子位置的变化。由于编码器由电源或电池供电时都使用同样的光电检测机构，这样做存在的问题是电池耗电量大，更换周期短，经常更换比较麻烦。进一步分析发现编码器由电池供电时的耗电量，一部分用于编码器处理电路，另一部分用于发光元件。电路部分耗电量的减少已没有太大的余地。至于用于发光元件发光的电量(通常是十至几百mw)，如果能采用别的方法来实现，就可以在电池供电时发光元件不发光以减少耗电量。事实上，电池供电时的位置检测不需要多么精确，原理上讲只需要记录下转过的圈数、转向就可以了。细致的位置信息可以在上电后由光电式绝对编码器读出。基于这样的认识，可以采用简易的磁性传感单元作为电池供电时的位置检测机构。

发明内容：

为了克服现有技术的编码器在电池供电时因电量消耗大需经常更换电池的缺陷，提供一种能减少电池供电时的耗电量的编码器。本发明是通过下述方案予以实现的，一种应用于伺服系统的磁光电编码器，它包括光电式绝对编码器1、DSP处理器2、控制器供电电源5，它还包括加减计数器3、磁性传感单元4、电池6、第一二极管D1和第二二极管D2，控制器供电电源5的正极输出端接光电式绝对编码器1的正极电源端和第一二极管D1的正极，控制器供电电源5的负极电源端接地，光电式绝对编码器1的负极电源端接地，光电式绝对编码器1的输出端口连接DSP处理器2的一个输入端口，第一二极管D1的负极连接第二二极管D2的负极、加减计数器3的正极电源端和磁性传感单元4的正极电源端，加减计数器3的负极电源端接地，加减计数器3的输出端口接DSP处理器2的另一个输入端口，磁性传感单元4的负极电源端接地，磁性传感单元4的输出端口连接加减计数器3的输入端口，第二二极管D2的正极连接电池6的正极，电池6的负极接地。控制器供电电源供电时，光电式绝对编码器由电源供电；由于电源电压高于电池电压，加减计数器与磁性传感单元通过第一二极管D1由电源供电，电池不工作。DSP处理器读出加减计数器的计数值以确定电池供电期间电机的转动情况，随后将加减计数器清零。电池供电时，加减计数器与磁性传感单元通过第二二极管D2由电池供电，光电式绝对编码器不工作，实现了能耗降低。磁性传感单元检测得到的电机转动情况记录在加减计数器中。用磁性传感单元的好处是，永磁体不用通电，而且由于需要实现的功能简单，相应的电路结构也简单，所以耗电量较小，电池的使用时间得到显著延长，因而不需要经常更换。本发明具有设计合理、工作可靠和适用性广的优点。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图，图2是本发明的磁性传感单元与加减计数器和DSP处理器连接的结构示意图，图3是第一磁敏芯片4-1和第二磁敏芯片4-2输出的电压信号的波形、相位对比示意图。

具体实施方式：

下面结合图1和图2具体说明本发明。它由光电式绝对编码器1、DSP处理器2、控制器供电电源5、加减计数器3、磁性传感单元4、电池6、第一二极管D1和第二二极管D2组成，控制器供电电源5的正极输出端接光电式绝对编码器1的正极电源端和第一二极管D1的正极，控制器供电电源5的负极电源端接地，光电式绝对编码器1的负极电源端接地，光电式绝对编码器1的输出端口连接DSP处理器2的一个输入端口，第一二极管D1的负极连接第二二极管D2的负极、加减计数器3的正极电源端和磁性传感单元4的正极电源端，加减计数器3的负极电源端接地，加减计数器3的输出端口接DSP处理器2的另一个输入端口，磁性传感单元4的负极电源端接地，磁性传感单元4的输出端口连接加减计数器3的输入端口，第二二极管D2的正极连接电池6的正极，电池6的负极接地。磁性传感单元4由第一磁敏芯片4-1、第二磁敏芯片4-2、信号放大电路4-3、电压过零比较电路4-4、旋转方向判定电路4-5和永磁体4-6组成，圆盘形的永磁体4-6的轮缘上被极化为两两相对的四个极，永磁体4-6的整周被定义为720度电角度，永磁体4-6上相邻的N极和S极之间为180度电角度，永磁体4-6固定在伺服系统的电机轴7上并与电机同轴旋转，第一磁敏芯片4-1和第二磁敏芯片4-2设置在与永磁体4-6的轮缘相对的位置，第一磁敏芯片4-1与第二磁敏芯片4-2的安装位置在永磁体4-6的圆周上相差45度电角度，第一磁敏芯片4-1的输出端连接信号放大电路4-3的一个输入端，第二磁敏芯片4-2的输出端连接信号放大电路4-3的另一个输入端，信号放大电路4-3的一个输出端连接电压过零比较电路4-4的一个输入端，信号放大电路4-3的另一个输出端连接电压过零比较电路4-4的另一个输入端，电压过零比较电路4-4的一个输出端连接旋转方向判定电路4-5的一个输入端和加减计数器3的一个输入端，电压过零比较电路4-4的另一个输出端连接旋转方向判定电路4-5的另一个输入端和加减计数器3的另一个输入端，旋转方向判定电路4-5的一个输出端连接加减计数器3的再一个输入端，旋转方向判定电路4-5的另一个输出端连接DSP处理器2的一个输入端。如图3所示，通过对第一磁敏芯片4-1和第二磁敏芯片4-2所检测到的电压信号进行过零比较，能判定出电机轴的旋向和转数。第一磁敏芯片4-1和第二磁敏芯片4-2的型号同为HMC1501或HMC1512。

Claims (2)

1、一种应用于伺服系统的磁光电编码器，它包括光电式绝对编码器(1)、DSP处理器(2)、控制器供电电源(5)，其特征是它还包括加减计数器(3)、磁性传感单元(4)、电池(6)、第一二极管(D1)和第二二极管(D2)，控制器供电电源(5)的正极输出端接光电式绝对编码器(1)的正极电源端和第一二极管(D1)的正极，控制器供电电源(5)的负极电源端接地，光电式绝对编码器(1)的负极电源端接地，光电式绝对编码器(1)的输出端口连接DSP处理器(2)的一个输入端口，第一二极管(D1)的负极连接第二二极管(D2)的负极、加减计数器(3)的正极电源端和磁性传感单元(4)的正极电源端，加减计数器(3)的负极电源端接地，加减计数器(3)的输出端口接DSP处理器(2)的另一个输入端口，磁性传感单元(4)的负极电源端接地，磁性传感单元(4)的输出端口连接加减计数器(3)的输入端口，第二二极管(D2)的正极连接电池(6)的正极，电池(6)的负极接地。

2、根据权利要求1所述的应用于伺服系统的磁光电编码器，其特征是磁性传感单元(4)由第一磁敏芯片(4-1)、第二磁敏芯片(4-2)、信号放大电路(4-3)、电压过零比较电路(4-4)、旋转方向判定电路(4-5)和永磁体(4-6)组成，圆盘形的永磁体(4-6)的轮缘上被极化为两两相对的四个极，永磁体(4-6)的整周被定义为720度电角度，永磁体(4-6)上相邻的N极和S极之间为180度电角度，永磁体(4-6)固定在伺服系统的电机轴(7)上并与电机同轴旋转，第一磁敏芯片(4-1)和第二磁敏芯片(4-2)设置在与永磁体(4-6)的轮缘相对的位置，第一磁敏芯片(4-1)与第二磁敏芯片(4-2)的安装位置在永磁体(4-6)的圆周上相差45度电角度，第一磁敏芯片(4-1)的输出端连接信号放大电路(4-3)的一个输入端，第二磁敏芯片(4-2)的输出端连接信号放大电路(4-3)的另一个输入端，信号放大电路(4-3)的一个输出端连接电压过零比较电路(4-4)的一个输入端，信号放大电路(4-3)的另一个输出端连接电压过零比较电路(4-4)的另一个输入端，电压过零比较电路(4-4)的一个输出端连接旋转方向判定电路(4-5)的一个输入端和加减计数器(3)的一个输入端，电压过零比较电路(4-4)的另一个输出端连接旋转方向判定电路(4-5)的另一个输入端和加减计数器(3)的另一个输入端，旋转方向判定电路(4-5)的一个输出端连接加减计数器(3)的再一个输入端，旋转方向判定电路(4-5)的另一个输出端连接DSP处理器(2)的一个输入端。

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