CN112880712A - 光磁绝对式编码器、运动设备的位置确定方法及装置 - Google Patents

光磁绝对式编码器、运动设备的位置确定方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光磁绝对式编码器、运动设备的位置确定方法及装置。其中，该方法包括：采用光电传感器采集运动设备的机械位移量得到光栅信号，并对光栅信号进行光电转换处理得到正弦信号和余弦信号；采用模拟数字转换器将正弦信号和余弦信号进行模拟数字转换处理，对应得到正弦数字信号和余弦数字信号；采用角度计算单元对正弦数字信号和余弦数字信号进行细分处理得到细分信号；采用磁电传感器，感应运动设备的磁场所发生的变化，得到增量信号和绝对信号，并基于增量信号、绝对信号、细分信号，确定运动设备的绝对位置信息，本发明达到了提升编码器的分辨率和检测精度，精准定位运动设备的绝对位置信息的目的。

Description

光磁绝对式编码器、运动设备的位置确定方法及装置
技术领域
本发明涉及运动设备位置编码器检测技术领域，具体而言，涉及一种光磁绝对式编码器、运动设备的位置确定方法及装置。
背景技术
编码器是一种具有测量功能的传感器，一般应用于工业伺服控制***中的伺服电机等运动设备上，将伺服电机等运动设备的机械位移量由光信号、磁信号转换为电信号脉冲，再经电子电路运算处理，测量出运动设备的实时旋转角度、几何位置、旋转速度等重要机械参数，进而反馈给控制***来精确控制运动设备的运行状态，按原理可分为光电编码器与磁电编码器。
光电编码器在工业控制领域应用广泛，它主要由光源***、光栅阵列、感光阵列以及电子电路组成，其通过将光信号转换为电信号来实现角度与位置检测。光电编码器可分为增量式和绝对式编码器，因增量式编码器在断电后零点丢失，在重新上电后由Z信号做零位参考，由脉冲信号累积计算位置增量，会产生累积误差，无法输出绝对位置，因此现有编码器大多采用绝对式编码器，这种编码器一般在光栅阵列设计时增加了M序列码等绝对码道，编码难度较大，也使得编码器的体积变大，不利于产品的小型化。此外，为了提高分辨率，可对正余弦信号细分，但因机械误差、电路延迟等因素，细分信号会发生偏移，使得输出位置错位，影响检测精确性。
对于磁电编码器，其主要由永磁体和磁感元件组成，磁感元件能够通过霍尔效应感应磁铁运动产生的磁场变化，将磁场信号转换为电信号来检测运动设备的状态。它具有抗干扰、抗油污、耐高温等优势，但其分辨率和精度较低，限制了应用场景。此外，在编码器异常断电时，因无法计数而产生位置丢失问题，现有技术通过增加比较器或两个磁开关传感器来实现多圈计数，电路结构复杂，不利于产品开发生产。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种光磁绝对式编码器、运动设备的位置确定方法及装置，以解决现有技术中的编码器输出信号错位，位置检测精确性较差，难以精准定位运动设备的绝对位置信息的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种光磁绝对式编码器，包括：光电传感器，用于采集运动设备的机械位移量得到光栅信号，并对上述光栅信号进行光电转换处理得到正弦信号和余弦信号；模拟数字转换器，与上述光电传感器连接，用于将上述正弦信号和上述余弦信号进行模拟数字转换处理，对应得到正弦数字信号和余弦数字信号；角度计算单元，与上述模拟数字转换器连接，用于对上述正弦数字信号和余弦数字信号进行细分处理得到细分信号；磁电传感器，与上述角度计算单元连接，用于感应上述运动设备的磁场所发生的变化，得到增量信号和绝对信号，基于上述增量信号、上述绝对信号、细分信号，确定上述运动设备的绝对位置信息。
可选地，上述磁电传感器还基于上述增量信号、细分信号得到上述运动设备的细分位置信息；上述磁电传感器还基于上述绝对信号得到上述运动设备的初始位置信息；上述光磁绝对式编码器还对上述细分位置信息和上述初始位置信息进行位置拼接，得到上述绝对位置信息。
可选地，上述增量信号包括：第一增量信号和第二增量信号，上述第一增量信号和上述第二增量信号为相位相差预定角度值的方波信号；上述第一增量信号和上述第二增量信号还作为多圈计数信号。
可选地，上述磁电传感器还用于将上述第一增量信号或者上述第二增量信号作为上述细分信号的校正信号，对上述细分信号进行校正处理，得到上述运动设备的细分位置信息。
可选地，上述光电传感器，包括光源、光栅阵列和感光阵列，其中：上述光源用于发出光信号，上述光栅阵列用于对上述光信号进行调制得到光栅信号，上述感光阵列用于对上述光栅信号进行光电转换产生上述正弦信号和上述余弦信号。
可选地，上述光栅信号为光栅条纹，上述感光阵列还用于基于上述光栅条纹的个数，确定生成上述正弦信号和上述余弦信号的个数，其中，上述光栅条纹的个数等于上述正弦信号的个数，上述光栅条纹的个数等于上述余弦信号的个数。
可选地，上述磁电传感器包括：磁钢、磁传感元件，其中：上述磁钢为包含有N极和S极的单对极永磁体，其中，上述磁钢的旋转过程中，上述运动设备的磁场随之发生变化；上述磁传感元件用于感应上述磁场所发生的变化，生成上述增量信号和上述绝对信号。
可选地，上述第一增量信号和上述第二增量信号的信号周期，与上述正弦信号和上述余弦信号之间的信号周期之间存在整数倍关系。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种运动设备的位置确定方法，应用于光磁绝对式编码器，其中，上述光磁绝对式编码器包括：光电传感器，模拟数字转换器，角度计算单元、磁电传感器，上述方法包括：采用上述光电传感器采集运动设备的机械位移量得到光栅信号，并对上述光栅信号进行光电转换处理得到正弦信号和余弦信号；采用上述模拟数字转换器将上述正弦信号和上述余弦信号进行模拟数字转换处理，对应得到正弦数字信号和余弦数字信号；采用上述角度计算单元对上述正弦数字信号和余弦数字信号进行细分处理得到细分信号；采用上述磁电传感器，感应上述运动设备的磁场所发生的变化，得到增量信号和绝对信号，并基于上述增量信号、上述绝对信号、细分信号，确定上述运动设备的绝对位置信息。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种运动设备的位置确定装置，应用于光磁绝对式编码器，其中，上述光磁绝对式编码器包括：光电传感器，模拟数字转换器，角度计算单元、磁电传感器，上述装置包括：第一处理单元，用于采用上述光电传感器采集运动设备的机械位移量得到光栅信号，并对上述光栅信号进行光电转换处理得到正弦信号和余弦信号；第二处理单元，用于采用上述模拟数字转换器将上述正弦信号和上述余弦信号进行模拟数字转换处理，对应得到正弦数字信号和余弦数字信号；第三处理单元，用于采用上述角度计算单元对上述正弦数字信号和余弦数字信号进行细分处理得到细分信号；确定单元，用于采用上述磁电传感器，感应上述运动设备的磁场所发生的变化，得到增量信号和绝对信号，并基于上述增量信号、上述绝对信号、细分信号，确定上述运动设备的绝对位置信息。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种非易失性存储介质，上述非易失性存储介质存储有多条指令，上述指令适于由处理器加载并执行上述的运动设备的位置确定方法。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种处理器，上述处理器用于运行程序，其中，上述程序被设置为运行时执行上述的运动设备的位置确定方法。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，上述存储器中存储有计算机程序，上述处理器被设置为运行上述计算机程序以执行任意一项上述的运动设备的位置确定方法。
在本发明实施例中，通过采用光电传感器采集运动设备的机械位移量得到光栅信号，并对光栅信号进行光电转换处理得到正弦信号和余弦信号；采用模拟数字转换器将正弦信号和余弦信号进行模拟数字转换处理，对应得到正弦数字信号和余弦数字信号；采用角度计算单元对正弦数字信号和余弦数字信号进行细分处理得到细分信号；采用磁电传感器，感应运动设备的磁场所发生的变化，得到增量信号和绝对信号，并基于增量信号、绝对信号、细分信号，确定运动设备的绝对位置信息，达到了提升编码器的分辨率和检测精度，精准定位运动设备的绝对位置信息的目的，进而解决了现有技术中的编码器输出信号错位，位置检测精确性较差，难以精准定位运动设备的绝对位置信息的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种光磁绝对式编码器的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的一种可选的光磁绝对式编码器的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的一种可选的光磁绝对式编码器的信号处理波形示意图；
图4是根据本发明实施例的一种运动设备的位置确定方法的流程图；
图5是根据本发明实施例的一种运动设备的位置确定装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
根据本发明实施例，提供了一种光磁绝对式编码器的实施例，图1是根据本发明实施例的一种光磁绝对式编码器的结构示意图，如图1所示，上述光磁绝对式编码器，包括：光电传感器10、模拟数字转换器12、角度计算单元14、磁电传感器16，其中：
光电传感器10，用于采集运动设备的机械位移量得到光栅信号，并对上述光栅信号进行光电转换处理得到正弦信号和余弦信号；模拟数字转换器12，与上述光电传感器10连接，用于将上述正弦信号和上述余弦信号进行模拟数字转换处理，对应得到正弦数字信号和余弦数字信号；角度计算单元14，与上述模拟数字转换器12连接，用于对上述正弦数字信号和余弦数字信号进行细分处理得到细分信号；磁电传感器16，与上述角度计算单元14连接，用于感应上述运动设备的磁场所发生的变化，得到增量信号和绝对信号，基于上述增量信号、上述绝对信号、上述细分信号，确定上述运动设备的绝对位置信息。
在本发明实施例中，通过采用光电传感器采集运动设备的机械位移量得到光栅信号(即光源发出的光被光栅阵列调制得到的经调制的光栅信号)，并对光栅信号进行光电转换处理得到正弦信号和余弦信号；采用模拟数字转换器将正弦信号和余弦信号进行模拟数字转换处理，对应得到正弦数字信号和余弦数字信号；采用角度计算单元对正弦数字信号和余弦数字信号进行细分处理得到细分信号；采用磁电传感器，感应运动设备的磁场所发生的变化，得到增量信号和绝对信号，并基于增量信号、绝对信号、上述细分信号，确定运动设备的绝对位置信息，达到了提升编码器的分辨率和检测精度，精准定位运动设备的绝对位置信息的目的，进而解决了现有技术中的编码器输出信号错位，位置检测精确性较差，难以精准定位运动设备的绝对位置信息的技术问题。
本发明实施例针对以上背景技术中提及的技术问题，提出一种光磁绝对式的编码器，通过光电转换、磁电传感产生电信号，经电子电路运算后检测出位置值，对位置值进行拼接后输出高位的绝对位置信息。并且，由于光电传感部分只含有增量码道，简化了光栅设计，利于小型化，且采用磁电传感产生的任意一路增量信号作为校正信号，可实现对细分信号错位的校准，还可以利用增量信号来实现多圈计数功能，防止异常掉电时位置值丢失，电路结构简单。
在本申请实施例中，上述一种光磁绝对式编码器，采用光电转换与磁电传感相结合的方式，在实现高分辨率、绝对式的同时，降低编码器光栅设计编码难度，减小了光栅盘尺寸，有利于小型化。采用磁电产生的一路增量信号对细分信号进行校准，经运算处理得到细分位置信息，可以解决输出信号错位的问题，提高测量位置的精确性，同时采用磁电传感器的增量信号A、增量信号B进行多圈计数，还可以解决异常掉电时位置丢失的问题，且无额外的多圈计数电路，简化了电路结构。
本发明实施例提出一种光磁绝对式编码器，将光电传感器与磁电传感器相结合，实现高分辨率、高精度、小型化的绝对式编码器，如图2所示，该光磁绝对式编码器要包括光电传感器10、磁电传感器16、模拟数字转换器12、角度计算单元14、绝对位置信息(位置确定)等部分。
上述光电传感器的光栅盘只含有增量码道，尺寸较小，利于小型化，由其产生的正余弦信号经AD转换、电子细分得到细分信号，上述磁电传感器能产生增量信号、绝对信号，增量信号作为校正信号对细分信号校正后得到细分位置，细分位置与磁电绝对信号得到的初始位置(初始绝对位置)拼接，得到准确的高位绝对位置信息，实现高精度的位置检测；同时利用相位差为90°的两个增量信号进行多圈计数，防止编码器掉电时位置丢失，实现结构简单的计数器功能。
在本申请实施例中所提供的一种光磁绝对式编码器，采用光电转换与磁电传感相结合的方式，降低光栅设计难度，同时利用磁传感器的增量信号对光电细分信号进行校准，提高输出位置的精确性，实现了高分辨率、高精度的编码器。
可选的，上述角度计算单元可以为电子细分角度计算单元，用于将AD转换器输出的数字信号进行调理后，对信号细分后得到细分信号S，并经增量信号对细分信号校正后，利用反正切arctan算法计算出角度，得到细分位置信息。其中，上述信号校正单元为具有脉冲检测功能的处理器，可实现信号检测与补偿。
在一种可选的实施例中，上述增量信号包括：第一增量信号和第二增量信号，上述第一增量信号和上述第二增量信号为相位相差预定角度值的方波信号；上述第一增量信号和上述第二增量信号还作为多圈计数信号。
在一种可选的实施例中，上述磁电传感器还用于将上述第一增量信号或者上述第二增量信号作为上述细分信号的校正信号，对上述细分信号进行校正处理，得到上述运动设备的细分位置信息。
在一种可选的实施例中，上述光电传感器，包括光源、光栅阵列和感光阵列，其中：上述光源用于发出光信号，上述光栅阵列用于对上述光信号进行调制得到光栅信号，上述感光阵列用于对上述光栅信号进行光电转换产生上述正弦信号和上述余弦信号。
可选的，上述光电传感器，包括光源、光栅阵列和感光阵列，感光阵列通过接收由光源发出的光信号，并经过光栅阵列调制光信号后得到光栅信号，由光电转换产生正弦SIN信号和余弦COS信号。
在一种可选的实施例中，上述光栅信号为光栅条纹，上述感光阵列还用于基于上述光栅条纹的个数，确定生成上述正弦信号和上述余弦信号的个数，其中，上述光栅条纹的个数等于上述正弦信号的个数，上述光栅条纹的个数等于上述余弦信号的个数。
可选的，在本申请实施例中，上述光栅阵列为设有2p个间隔相等的明暗相间的条纹，不含M序列等绝对码道，简化了光栅码道设计，利于小型化；上述模拟数字转换器具有很高的采样率，可以将模拟正余弦SIN信号和余弦COS信号转化成便于处理的数字信号。
在一种可选的实施例中，上述磁电传感器包括：磁钢、磁传感元件，其中：上述磁钢为包含有N极和S极的单对极永磁体，其中，上述磁钢的旋转过程中，上述运动设备的磁场随之发生变化；上述磁传感元件用于感应上述磁场所发生的变化，生成上述增量信号和上述绝对信号。
在一种可选的实施例中，上述第一增量信号和上述第二增量信号的信号周期，与上述正弦信号和上述余弦信号之间的信号周期之间存在整数倍关系。
上述磁电传感器，包括磁钢、磁传感元件，上述磁钢为含有N极和S极的单对极永磁体，随着磁钢旋转，磁场随之发生变化，磁传感元件能够感应该磁场变化，由磁电传感产生增量信号A(第一增量信号)、增量信号B(第二增量信号)，同时可产生绝对信号，经内部角度计算并输出运动设备的绝对位置信息Y。
其中，上述第一增量信号和上述第二增量信号，为相位相差90°的两个方波信号，可以将一路增量信号作为光电细分信号的校正信号，经过校准得到细分位置信息X，提高输出位置的精确性；上述第一增量信号和上述第二增量信号可以作为多圈计数信号，实现多圈计数功能，解决了编码器在异常掉电时位置丢失的问题。
在一种可选的实施例中，上述磁电传感器还基于上述增量信号、上述细分信号得到上述运动设备的细分位置信息；上述磁电传感器还基于上述绝对信号得到上述运动设备的初始位置信息；上述光磁绝对式编码器还对上述细分位置信息和上述初始位置信息进行位置拼接，得到上述绝对位置信息。
上述光磁绝对式编码器还对细分位置信息X、绝对位置信息Y在软件程序中经过位置拼接，最终可得到编码器的高位绝对位置信息Z。
作为一种可选的实施例，本发明所提供的光磁绝对式编码器的信号处理波形如图3所示，光电传感器在接收变化的光栅(2p个条纹)后，由(a)光电转换产生2p个正余弦SIN、COS信号，即光栅产生的正余弦为p位编码，经内部电路(b)信号细分，如细分q位，可得到细分信号R，最终可得2q个细分位置值，但因机械装配、电路延迟等，实际得到的细分信号为延迟δ后的细分信号S，使得位置产生偏移。
由(c)磁电传感输出的增量信号A、B与(a)光电转换的正余弦SIN、COS信号周期成整数倍关系，假设如图3中正余弦信号周期为Ta，细分信号周期为Tb＝Ta(Tb应小于Ta，此处仅为示意)，同时增量信号经处理使其周期为Tc＝Tb，即增量信号A与细分信号一一对应，处理器同时检测增量信号A与细分信号的第1个上升沿及第2个上升沿(即从第1个周期检测至第2个周期开始)，如果细分信号2个上升沿同时滞后于增量信号A的2个上升沿，记滞后量为δ，即当前实际信号为延迟后的细分信号S，则处理器对细分信号S补偿(向前加快δ)，使其变为理想的细分信号R。
此外，增量信号的周期Tc与细分信号周期Tb关系不限于此，例如，Tc与Tb成偶数倍关系：Tb＝2nTc(n＝1,2,3,……)，此时需检测细分信号的第1、第2个上升沿，同时检测增量信号A的第1、第2n+1个上升沿，若细分信号第1、2个上升沿同时滞后于信号A的第1、2n+1个上升沿，则对细分信号S补偿(向前加快δ)，可得到准确的细分信号R，采用多倍关系的上升沿检测也可提高准确性。经过以上信号校正，由(d)细分位置可得到精确的细分位置信息X。
磁电传感器通过感应磁场的变化产生(e)磁电绝对信号，设磁电感应产生的绝对编码为p位，经计算得到2p个绝对位置Y，内部处理器经(f)拼接位置，对细分位置X、绝对位置Y拼接后得到2(p+q)个绝对位置Z，即为编码器能识别的最小的位置个数，能达到的分辨率为p+q位。
此外，可利用磁电传感器产生的增量A、B方波信号实现多圈计数功能。当在编码器异常断电用电池供电时，为防止位置丢失需要记录多圈数据，这时可利用磁电传感器产生的相位相差90°的增量A、B方波信号作为计数信号，通过识别增量信号电平高低，高电平为“1”、低电平为“0”，两个方波信号的高低电平组合，形成编码，进而记录运动设备的旋转圈数及方向，可实现多圈计数功能，结构简单可行。
综上，该光磁绝对式编码器，简化了光栅设计，利用磁电传感器的增量信号来校正光电细分信号，提高输出位置的准确性，且能实现多圈计数，防止编码器异常掉电后位置丢失，实现了高精度、高可靠性的编码器。
本发明实施例至少用于解决如下技术问题：1、由光磁传感结合的方式实现高分辨率绝对式编码器，省去光栅阵列中的绝对码设计，降低编码难度，并实现产品小型化；2、利用磁传感器的增量信号实现细分信号校正，解决信号错位问题，提高输出位置的精确性，提高检测精度。3、利用磁传感器的两个相位相差90°的增量信号实现多圈计数功能，无复杂的计数电路，简化了电路结构。
需要说明的是，本申请中的图1至图2中所示光磁绝对式编码器的具体结构仅是示意，在具体应用时，本申请中的光磁绝对式编码器可以比图1至图2所示的光磁绝对式编码器具有多或少的结构。
实施例2
根据本发明实施例，提供了一种运动设备的位置确定方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
在本申请实施例中，上述运动设备的位置确定方法，应用于光磁绝对式编码器，其中，上述光磁绝对式编码器包括：光电传感器，模拟数字转换器，角度计算单元、磁电传感器。
图4是根据本发明实施例的一种运动设备的位置确定方法的流程图，如图4所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，采用光电传感器采集运动设备的机械位移量得到光栅信号，并对上述光栅信号进行光电转换处理得到正弦信号和余弦信号；
步骤S104，采用模拟数字转换器将上述正弦信号和上述余弦信号进行模拟数字转换处理，对应得到正弦数字信号和余弦数字信号；
步骤S106，采用角度计算单元对上述正弦数字信号和余弦数字信号进行细分处理得到细分信号；
步骤S108，采用磁电传感器，感应上述运动设备的磁场所发生的变化，得到增量信号和绝对信号，并基于上述增量信号、上述绝对信号、细分信号，确定上述运动设备的绝对位置信息。
在本发明实施例中，通过采用光电传感器采集运动设备的机械位移量得到光栅信号，并对光栅信号进行光电转换处理得到正弦信号和余弦信号；采用模拟数字转换器将正弦信号和余弦信号进行模拟数字转换处理，对应得到正弦数字信号和余弦数字信号；采用角度计算单元对正弦数字信号和余弦数字信号进行细分处理得到细分信号；采用磁电传感器，感应运动设备的磁场所发生的变化，得到增量信号和绝对信号，并基于增量信号、绝对信号、细分信号，确定运动设备的绝对位置信息，达到了提升编码器的分辨率和检测精度，精准定位运动设备的绝对位置信息的目的，进而解决了现有技术中的编码器输出信号错位，位置检测精确性较差，难以精准定位运动设备的绝对位置信息的技术问题。
本发明实施例针对以上背景技术中提及的技术问题，提出一种光磁绝对式的编码器，通过光电转换、磁电传感产生电信号，经电子电路运算后检测出位置值，对位置值进行拼接后输出高位的绝对位置信息。并且，由于光电传感部分只含有增量码道，简化了光栅设计，利于小型化，且采用磁电传感产生的增量信号作为校正信号，可实现细分信号错位的校准，还可利用增量信号来实现多圈计数功能，防止异常掉电时位置值丢失，电路结构简单。
在本申请实施例中，上述一种光磁绝对式编码器，采用光电转换与磁电传感相结合的方式，在实现高分辨率、绝对式的同时，降低编码器光栅设计编码难度，减小了光栅盘尺寸，有利于小型化。采用磁电产生的一路增量信号对细分信号进行校准，经运算处理得到细分位置信息，解决输出信号错位的问题，提高测量位置的精确性，同时采用磁电传感器的增量信号A、增量信号B进行多圈计数，还可以解决异常掉电时位置丢失的问题，且无额外的多圈计数电路，简化了电路结构。
本发明实施例通过将光电传感器与磁电传感器相结合，实现高分辨率、高精度、小型化的绝对式编码器，上述光磁绝对式编码器，主要包括光电传感器、磁电传感器、AD转换器、电子细分、信号校正、位置拼接、多圈计数等内容，上述光电传感器的光栅盘只含有增量码道，尺寸较小，利于小型化，由其产生的正余弦信号经AD转换、电子细分得到细分信号，上述磁电传感器能产生增量信号、绝对信号，增量信号作为校正信号对细分信号校正后得到细分位置，细分位置与磁电绝对信号得到的绝对位置拼接，得到准确的高位绝对位置，实现高精度的位置检测；同时利用相位差为90°的两个增量信号进行多圈计数，防止编码器掉电时位置丢失，实现结构简单的计数器功能。
在本申请实施例中通过采用光电转换与磁电传感相结合的方式，降低光栅设计难度，同时利用磁传感器的增量信号对光电细分信号进行校准，提高输出位置的精确性，实现了高分辨率、高精度的编码器。
需要说明的是，本实施例的任意一种可选的或优选的运动设备的位置确定方法，均可以在上述实施例1中所提供的光磁绝对式编码器中执行或实现。
此外，仍需要说明的是，本实施例的可选或优选实施方式可以参见实施例1中的相关描述，此处不再赘述。
实施例3
根据本发明实施例，还提供了一种用于实施上述运动设备的位置确定方法的装置实施例，上述运动设备的位置确定装置应用于光磁绝对式编码器，其中，上述光磁绝对式编码器包括：光电传感器，模拟数字转换器，角度计算单元、磁电传感器，图5是根据本发明实施例的一种运动设备的位置确定装置的结构示意图，如图5所示，上述运动设备的位置确定装置，包括：第一处理单元50、第二处理单元52、第三处理单元54和确定单元56，其中：
第一处理单元50，用于采用上述光电传感器采集运动设备的机械位移量得到光栅信号，并对上述光栅信号进行光电转换处理得到正弦信号和余弦信号；第二处理单元52，用于采用上述模拟数字转换器将上述正弦信号和上述余弦信号进行模拟数字转换处理，对应得到正弦数字信号和余弦数字信号；第三处理单元54，用于采用上述角度计算单元对上述正弦数字信号和余弦数字信号进行细分处理得到细分信号；确定单元56，用于采用上述磁电传感器，感应上述运动设备的磁场所发生的变化，得到增量信号和绝对信号，并基于上述增量信号、上述绝对信号、上述细分信号，确定上述运动设备的绝对位置信息。
需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，例如，对于后者，可以通过以下方式实现：上述各个模块可以位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的方式位于不同的处理器中。
此处需要说明的是，上述第一处理单元50、第二处理单元52、第三处理单元54和确定单元56对应于实施例2中的步骤S102至步骤S108，上述模块与对应的步骤所实现的实例和应用场景相同，但不限于上述实施例2所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为装置的一部分可以运行在计算机终端中。
需要说明的是，本实施例的可选或优选实施方式可以参见实施例1中的相关描述，此处不再赘述。
上述的运动设备的位置确定装置还可以包括处理器和存储器，上述第一处理单元50、第二处理单元52、第三处理单元54和确定单元56等均作为程序单元存储在存储器中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。
处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元，上述内核可以设置一个或以上。存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。
根据本申请实施例，还提供了一种非易失性存储介质的实施例。可选地，在本实施例中，上述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，在上述程序运行时控制上述非易失性存储介质所在设备执行上述任意一种运动设备的位置确定方法。
可选地，在本实施例中，上述非易失性存储介质可以位于计算机网络中计算机终端群中的任意一个计算机终端中，或者位于移动终端群中的任意一个移动终端中，上述非易失性存储介质包括存储的程序。
可选地，在程序运行时控制非易失性存储介质所在设备执行以下功能：采用上述光电传感器采集运动设备的机械位移量得到光栅信号，并对上述光栅信号进行光电转换处理得到正弦信号和余弦信号；采用上述模拟数字转换器将上述正弦信号和上述余弦信号进行模拟数字转换处理，对应得到正弦数字信号和余弦数字信号；采用上述角度计算单元对上述正弦数字信号和余弦数字信号进行细分处理得到细分信号；采用上述磁电传感器，感应上述运动设备的磁场所发生的变化，得到增量信号和绝对信号，并基于上述增量信号、上述绝对信号、上述细分信号，确定上述运动设备的绝对位置信息。
根据本申请实施例，还提供了一种处理器的实施例。可选地，在本实施例中，上述处理器用于运行程序，其中，上述程序运行时执行上述任意一种运动设备的位置确定方法。
根据本申请实施例，还提供了一种电子设备的实施例，包括存储器和处理器，上述存储器中存储有计算机程序，上述处理器被设置为运行上述计算机程序以执行上述任意一种的运动设备的位置确定方法。
根据本申请实施例，还提供了一种计算机程序产品的实施例，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有上述任意一种的运动设备的位置确定方法步骤的程序。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取非易失性存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个非易失性存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的非易失性存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种光磁绝对式编码器，其特征在于，包括：
光电传感器，用于采集运动设备的机械位移量得到光栅信号，并对所述光栅信号进行光电转换处理得到正弦信号和余弦信号；
模拟数字转换器，与所述光电传感器连接，用于将所述正弦信号和所述余弦信号进行模拟数字转换处理，对应得到正弦数字信号和余弦数字信号；
角度计算单元，与所述模拟数字转换器连接，用于对所述正弦数字信号和余弦数字信号进行细分处理得到细分信号；
磁电传感器，与所述角度计算单元连接，用于感应所述运动设备的磁场所发生的变化，得到增量信号和绝对信号，基于所述增量信号、所述绝对信号、所述细分信号，确定所述运动设备的绝对位置信息。
2.根据权利要求1所述的光磁绝对式编码器，其特征在于，
所述磁电传感器还基于所述增量信号、细分信号得到所述运动设备的细分位置信息；所述磁电传感器还基于所述绝对信号得到所述运动设备的初始位置信息；
所述光磁绝对式编码器还对所述细分位置信息和所述初始位置信息进行位置拼接，得到所述绝对位置信息。
3.根据权利要求2所述的光磁绝对式编码器，其特征在于，所述增量信号包括：第一增量信号和第二增量信号，所述第一增量信号和所述第二增量信号为相位相差预定角度值的方波信号；所述第一增量信号和所述第二增量信号还作为多圈计数信号。
4.根据权利要求3所述的光磁绝对式编码器，其特征在于，
所述磁电传感器还用于将所述第一增量信号或者所述第二增量信号作为所述细分信号的校正信号，对所述细分信号进行校正处理，得到所述运动设备的细分位置信息。
5.根据权利要求1所述的光磁绝对式编码器，其特征在于，所述光电传感器，包括光源、光栅阵列和感光阵列，其中：
所述光源用于发出光信号，所述光栅阵列用于对所述光信号进行调制得到所述光栅信号，所述感光阵列用于对所述光栅信号进行光电转换产生所述正弦信号和所述余弦信号。
6.根据权利要求5所述的光磁绝对式编码器，其特征在于，所述光栅信号为光栅条纹，所述感光阵列还用于基于所述光栅条纹的个数，确定生成所述正弦信号和所述余弦信号的个数，其中，所述光栅条纹的个数等于所述正弦信号的个数，所述光栅条纹的个数等于所述余弦信号的个数。
7.根据权利要求1所述的光磁绝对式编码器，其特征在于，所述磁电传感器包括：磁钢、磁传感元件，其中：
所述磁钢为包含有N极和S极的单对极永磁体，其中，所述磁钢的旋转过程中，所述运动设备的磁场随之发生变化；所述磁传感元件用于感应所述磁场所发生的变化，生成所述增量信号和所述绝对信号。
8.根据权利要求3所述的光磁绝对式编码器，其特征在于，
所述第一增量信号和所述第二增量信号的信号周期，与所述正弦信号和所述余弦信号之间的信号周期之间存在整数倍关系。
9.一种运动设备的位置确定方法，其特征在于，应用于光磁绝对式编码器，其中，所述光磁绝对式编码器包括：光电传感器，模拟数字转换器，角度计算单元、磁电传感器，所述方法包括：
采用所述光电传感器采集运动设备的机械位移量得到光栅信号，并对所述光栅信号进行光电转换处理得到正弦信号和余弦信号；
采用所述模拟数字转换器将所述正弦信号和所述余弦信号进行模拟数字转换处理，对应得到正弦数字信号和余弦数字信号；
采用所述角度计算单元对所述正弦数字信号和余弦数字信号进行细分处理得到细分信号；
采用所述磁电传感器，感应所述运动设备的磁场所发生的变化，得到增量信号和绝对信号，并基于所述增量信号、所述绝对信号、所述细分信号，确定所述运动设备的绝对位置信息。
10.一种运动设备的位置确定装置，其特征在于，应用于光磁绝对式编码器，其中，所述光磁绝对式编码器包括：光电传感器，模拟数字转换器，角度计算单元、磁电传感器，所述装置包括：
第一处理单元，用于采用所述光电传感器采集运动设备的机械位移量得到光栅信号，并对所述光栅信号进行光电转换处理得到正弦信号和余弦信号；
第二处理单元，用于采用所述模拟数字转换器将所述正弦信号和所述余弦信号进行模拟数字转换处理，对应得到正弦数字信号和余弦数字信号；
第三处理单元，用于采用所述角度计算单元对所述正弦数字信号和余弦数字信号进行细分处理得到细分信号；
确定单元，用于采用所述磁电传感器，感应所述运动设备的磁场所发生的变化，得到增量信号和绝对信号，并基于所述增量信号、所述绝对信号、所述细分信号，确定所述运动设备的绝对位置信息。
11.一种非易失性存储介质，其特征在于，所述非易失性存储介质存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求9中所述的运动设备的位置确定方法。
12.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序被设置为运行时执行权利要求9中所述的运动设备的位置确定方法。
13.一种电子设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求9中所述的运动设备的位置确定方法。
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