CN209043335U - 编码器电路 - Google Patents
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Abstract
一种编码器电路，磁敏感电路输出两组正弦信号到两个信号综合电路的输入端；两个信号综合电路的输出端分别输出经两组正交的正弦信号给两个信号幅值偏置调节电路的两个输入端；两个信号幅值偏置调节电路的输出端分别输出两组经过校正调节的正弦信号给两个噪声抑制偏置电路的两个输入端；两个噪声抑制偏置电路的输出端分别输出两组经过噪声抑制和偏置处理的正弦信号到两个信号处理电路的两个输入端，两个信号处理电路的输出端分别输出两组角度信息到RS422通信接口电路的输入端，RS422通信接口电路的输出端将角度信息发送至上位机。该电路可实现编码器的高动态、高精度编码，同时，可消除外界杂散磁场及装配误差对采集精度的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及编码器，具体涉及一种编码器电路。
背景技术
磁电式轴角编码器采用磁性元件，基于霍尔效应或磁阻效应，可实现角位移的高精度测量，其构成部件少，结构紧凑，易于实现小型化、高精度、高分辨率，具有抗振动、抗冲击、长寿命等特性，广泛应用于电机伺服系统及自动控制系统。
现有的绝对磁电式轴角编码器主要包括旋转轴、磁性元件、磁敏感电路。磁敏感电路是编码器中的关键组件，相对于磁性元件的轴向、径向安装定位精度将直接影响编码器的精度。公开号为CN205642281U的中国实用新型专利公开了一种双霍尔信号采样磁电编码器，其采用两个相位差为90°的霍尔传感器对磁场信号进行采样，较难消除杂散磁场、装配误差以及环境温度对磁场信号的影响；另外，由于磁钢加工精度、装配精度、信号高频干扰噪声等因素，对径磁钢的空间磁感应强度幅值存在差异，在角度解调时，直接对两路正余弦信号进行反正切计算得到角度值，这种角度解算算法对结构安装精度要求较高，信号噪音大，精度难以满足要求。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种编码器电路，该电路可实现编码器的高动态、高精度编码，同时，可消除外界杂散磁场及装配误差对采集精度的影响。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种编码器电路，包括磁敏感电路、两个信号综合电路、两个信号幅值偏置调节电路、两个噪声抑制偏置电路、两个信号处理电路和RS422通信接口电路；
所述磁敏感电路包括按圆周均匀排布的四个霍尔传感器，用于感应对径磁化磁钢的空间磁感应信号，并输出四个正弦信号，每两个正弦信号作为一组，每组正弦信号由对径方向设置的两个霍尔传感器通过差分的方式输出；
两个信号综合电路的输入端分别用于接收两组正弦信号，两个信号综合电路分别用于对两组正弦信号进行综合、放大处理以形成正交的正弦信号；两个信号综合电路的输出端分别用于输出经两组正交的正弦信号；
两个信号幅值偏置调节电路的两个输入端分别用于接收两组正交的正弦信号，两个信号幅值偏置调节电路分别用于对两组正交的正弦信号进行偏置和增益调节，分别使两组正交的正弦信号的偏置均为0，且分别使两组正交的正弦信号的幅值均相等；两个信号幅值偏置调节电路的输出端分别用于输出两组经过校正调节的正弦信号；
两个噪声抑制偏置电路的两个输入端分别用于接收两组经过校正调节的正弦信号，两个噪声抑制偏置电路分别用于滤除两组经过校正调节的正弦信号中的高频噪声，同时，分别用于在两组经过校正调节的正弦信号中增加相同直流偏置以使两组经过校正调节的正弦信号均为正值；两个噪声抑制偏置电路的输出端分别用于输出两组经过噪声抑制和偏置处理的正弦信号；
两个信号处理电路的两个输入端分别用于接收两组经过噪声抑制和偏置处理的正弦信号，两个信号处理电路分别用于对两组经过噪声抑制和偏置处理的正弦信号进行模数转换，并解算出角度信息，两个信号处理电路的输出端分别用于输出两组角度信息；
所述RS422通信接口电路用于接收两组角度信息，并将其发送至上位机。
在该技术方案中，对径方向两路霍尔传感器输出的信号通过差分方式进入信号综合电路，可以消除对径霍尔传感器处的外界杂散干扰磁场对磁感应信号的影响；通过信号偏置幅值调节电路的偏置、幅值调节，可以消除对径磁钢磁性不对称或磁钢相对于磁感应电路径向偏移引入的角度误差，同时可以避免磁钢距离磁感应电路太远导致信号幅值太小，以及磁钢距离磁感应电路太近导致信号出现饱和的情况；噪声抑制滤波偏置电路可以滤除信号中的高频噪声，同时在信号中增加直流偏置，使输出信号均为正值，以能适应信号处理电路中AD变换器的模拟输入信号的量程。
进一步，所述信号幅值偏置调节电路包括偏置调节电路和增益调节电路，所述偏置调节电路用于对信号进行偏置调节，所述增益调节电路用于对信号进行增益调节。
进一步，所述噪声抑制偏置电路包括噪声抑制电路和信号偏置电路，所述噪声抑制电路用于滤除信号中的高频噪声，所述信号偏置电路用于在信号中增加直流偏置。
进一步，所述信号处理电路包含AD变换通道1、AD变换通道2和SCI控制器，所述AD变换通道1、AD变换通道2分别用于对每组的两路正弦信号进行模数转换，所述SCI控制器用于根据模数转换后的信号解算出角度信息，并用于将解算出的角度信息向外部发出。
进一步，所述RS422通信接口电路内部含有RS422通信收发器，用于实现信号处理电路逻辑电平和RS422差分信号之间的转换，并用于实现信号处理器电路与上位机之间的通信。
本编码器电路，可以消除对径磁钢磁性不对称或磁钢相对于磁感应电路径向偏移引入的角度误差，同时可以避免磁钢距离磁感应电路太远导致信号幅值太小，以及磁钢距离磁感应电路太近导致信号出现饱和的情况，同时可消除外界杂散磁场、装配误差、高频干扰噪声对采集精度的影响，提升了编码器测角的精度，提高了产品生产效率和合格率。本实用新型可用于感应单对磁钢产生的磁感应强度信号，并输出角度信息。
附图说明
图1是本实用新型的电路原理框图。
图2是本实用新型中磁敏感电路中的四个霍尔传感器的布置结构示意图；
图3是本实用新型中信号幅值偏置调节电路的电路原理框图；
图4是本实用新型中噪声抑制偏置电路的电路原理框图；
图5是本实用新型中信号处理电路的电路原理框图。
图中：1、霍尔传感器。
具体实施方式
下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
如图1至图5所示，一种编码器电路，包括磁敏感电路、两个信号综合电路、两个信号幅值偏置调节电路、两个噪声抑制偏置电路、两个信号处理电路和RS422通信接口电路；
所述磁敏感电路包括按圆周均匀排布的四个霍尔传感器1，用于感应对径磁化磁钢的空间磁感应信号，并输出四个正弦信号，每两个正弦信号作为一组，每组正弦信号由对径方向设置的两个霍尔传感器1通过差分的方式输出；具体的，如图2所示，一个对径方向设置的两个霍尔传感器1输出信号A+、A-采用差分形式输入到一个信号综合电路中，另一个对径方向设置的两个霍尔传感器1输出信号B+、B-采用差分形式输入到另一个信号综合电路中。
两个信号综合电路的输入端分别用于接收两组正弦信号，两个信号综合电路分别用于对两组正弦信号进行综合、放大处理以形成正交的正弦信号；两个信号综合电路的输出端分别用于输出经两组正交的正弦信号，具体的，可以记作正交的正弦信号A和正交的正弦信号B。
两个信号幅值偏置调节电路的两个输入端分别用于接收两组正交的正弦信号，两个信号幅值偏置调节电路分别用于对两组正交的正弦信号进行偏置和增益调节，分别使两组正交的正弦信号的偏置均为0，且分别使两组正交的正弦信号的幅值均相等；两个信号幅值偏置调节电路的输出端分别用于输出两组经过校正调节的正弦信号，具体的，可以记作经过校正调节的正弦信号AR和经过校正调节的正弦信号BR。
两个噪声抑制偏置电路的两个输入端分别用于接收两组经过校正调节的正弦信号，两个噪声抑制偏置电路分别用于滤除两组经过校正调节的正弦信号中的高频噪声，同时，分别用于在两组经过校正调节的正弦信号中增加相同直流偏置以使两组经过校正调节的正弦信号均为正值；两个噪声抑制偏置电路的输出端分别用于输出两组经过噪声抑制和偏置处理的正弦信号，具体的，可以记作经过噪声抑制和偏置处理的正弦信号ARP和经过噪声抑制和偏置处理的正弦信号BRP。
两个信号处理电路的两个输入端分别用于接收两组经过噪声抑制和偏置处理的正弦信号，两个信号处理电路分别用于对两组经过噪声抑制和偏置处理的正弦信号进行模数转换，并解算出角度信息，两个信号处理电路的输出端分别用于输出两组角度信息；所述信号处理电路包含AD变换通道1、AD变换通道2和SCI控制器，所述AD变换通道1、AD变换通道2 分别用于对每组的两路正弦信号进行模数转换，所述SCI控制器用于根据模数转换后的信号解算出角度信息，并用于将解算出的角度信息向外部发出。
作为一种优选，SCI控制器用于接收上位机发送的控制指令，并用于采用角度细分算法进行角度信息的解算，用于将解算出的角度信息发送至上位机。
所述RS422通信接口电路用于接收两组角度信息，并将其发送至上位机。所述RS422通信接口电路内部含有RS422通信收发器，用于实现信号处理电路逻辑电平和RS422差分信号之间的转换，并用于实现信号处理器电路与上位机之间的通信。
所述信号幅值偏置调节电路包括偏置调节电路和增益调节电路，所述偏置调节电路用于对信号进行偏置调节，所述增益调节电路用于对信号进行增益调节。
所述噪声抑制偏置电路包括噪声抑制电路和信号偏置电路，所述噪声抑制电路用于滤除信号中的高频噪声，所述信号偏置电路用于在信号中增加直流偏置。
Claims (5)
1.一种编码器电路，其特征在于，包括磁敏感电路、两个信号综合电路、两个信号幅值偏置调节电路、两个噪声抑制偏置电路、两个信号处理电路和RS422通信接口电路；
所述磁敏感电路包括按圆周均匀排布的四个霍尔传感器(1)，用于感应对径磁化磁钢的空间磁感应信号，并输出四个正弦信号，每两个正弦信号作为一组，每组正弦信号由对径方向设置的两个霍尔传感器(1)通过差分的方式输出；
两个信号综合电路的输入端分别用于接收两组正弦信号，两个信号综合电路分别用于对两组正弦信号进行综合、放大处理以形成正交的正弦信号；两个信号综合电路的输出端分别用于输出经两组正交的正弦信号；
两个信号幅值偏置调节电路的两个输入端分别用于接收两组正交的正弦信号，两个信号幅值偏置调节电路分别用于对两组正交的正弦信号进行偏置和增益调节，分别使两组正交的正弦信号的偏置均为0，且分别使两组正交的正弦信号的幅值均相等；两个信号幅值偏置调节电路的输出端分别用于输出两组经过校正调节的正弦信号；
两个噪声抑制偏置电路的两个输入端分别用于接收两组经过校正调节的正弦信号，两个噪声抑制偏置电路分别用于滤除两组经过校正调节的正弦信号中的高频噪声，同时，分别用于在两组经过校正调节的正弦信号中增加相同直流偏置以使两组经过校正调节的正弦信号均为正值；两个噪声抑制偏置电路的输出端分别用于输出两组经过噪声抑制和偏置处理的正弦信号；
两个信号处理电路的两个输入端分别用于接收两组经过噪声抑制和偏置处理的正弦信号，两个信号处理电路分别用于对两组经过噪声抑制和偏置处理的正弦信号进行模数转换，并解算出角度信息，两个信号处理电路的输出端分别用于输出两组角度信息；
所述RS422通信接口电路用于接收两组角度信息，并将其发送至上位机。
2.根据权利要求1所述的一种编码器电路，其特征在于，所述信号幅值偏置调节电路包括偏置调节电路和增益调节电路，所述偏置调节电路用于对信号进行偏置调节，所述增益调节电路用于对信号进行增益调节。
3.根据权利要求1或2所述的一种编码器电路，其特征在于，所述噪声抑制偏置电路包括噪声抑制电路和信号偏置电路，所述噪声抑制电路用于滤除信号中的高频噪声，所述信号偏置电路用于在信号中增加直流偏置。
4.根据权利要求3所述的一种编码器电路，其特征在于，所述信号处理电路包含AD变换通道1、AD变换通道2和SCI控制器，所述AD变换通道1、AD变换通道2分别用于对每组的两路正弦信号进行模数转换，所述SCI控制器用于根据模数转换后的信号解算出角度信息，并用于将解算出的角度信息向外部发出。
5.根据权利要求4所述的一种编码器电路，其特征在于，所述RS422通信接口电路内部含有RS422通信收发器，用于实现信号处理电路逻辑电平和RS422差分信号之间的转换，并用于实现信号处理器电路与上位机之间的通信。
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