CN203881354U - 复合型编码器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种复合型编码器，包括一磁电式编码器，该磁电式编码器包括一转动轴、一底座、一磁体、一磁体座、一磁体感应传感器和一第一线路板，该磁体固定在该磁体座上，该磁体座固定在该转动轴的顶端，该磁体感应传感器位于该磁体的上方且与该第一线路板电连接；其还包括一光电式编码器和一刻线光栅，该光电式编码器包括一码盘、一光源、一光学感应传感器和一第二线路板，该码盘固定在该转动轴上，该光源位于该码盘的上方且设于该第二线路板上，该刻线光栅位于该码盘的下方，该光学感应传感器位于该刻线光栅的下方并与该第二线路板电连接，该第一线路板与该第二线路板电连接。该复合型编码器具有响应快、精度高、掉电数据不丢失的效果。

Description

复合型编码器

技术领域

本实用新型涉及一种编码器，特别涉及一种复合型编码器。

背景技术

在工程测量领域，通常使用增量式编码器或绝对式编码器对电机的旋转角度、速度或传动的距离等参数进行测量。对于增量式编码器而言，如图1所示，当增量式编码器通电后，光源1产生光束，通过光栅2和具有均匀刻线的码盘3，码盘随着转动轴4转动，在码盘背面安装有光电接收单元5，通过光电接收单元及电路转换后输出一组AB两相位脉冲信号。

该增量式编码器连接后续接收设备时需对输出的脉冲信号进行计数累加才能计算出当前的角度，并记忆所累加的角度位置值，以便后面再转动时继续之前的脉冲计数累加。当停电以后编码器的转动轴随测量设备再转动，编码器的脉冲无法再提供输出，或后续接收设备无法做脉冲计数累加，从而原始位置丢失，造成对于原始零点的测量偏移。再通电后已经不是停电前所计数记忆的位置了，需要回到原始零点重新校准后才能测量；而且脉冲信号对电气干扰和频率匹配的要求较高，后续脉冲接收设备易受到干扰后，也可能存在误读而有较大的累积误差。为了解决这个误差，国际上提出了绝对式编码器的概念。

绝对式编码器的每一个位置已经预先在编码器内部绝对的编码，每次数据读取可直接解读唯一的位置并输出，而与前次读数和输出无关，从而不受停电与计数时受干扰影响。绝对式编码器分为光电式原理与磁电式原理，对于磁电式原理的磁电式编码器而言，如图2所示，转动轴6在转动时带动其上的磁铁7转动而产生磁场变化，磁铁检测芯片8检测磁铁的磁场变化，从而通过变化的磁场确定外部设备的绝对位置。

由于该磁电式编码器的位置测量由与旋转轴固定的磁铁产生的磁场决定，每个位置数据的获得无需计数累计，也不受外界电气干扰的影响，因此是绝对值编码的，其解决了增量编码器所存在的累积误差和需要不定期校准零点的问题。但是，这种磁电式编码器的角度解读与输出，需要对于磁场分布做磁场测量、模数转换、数据计数，在动态响应上不如光电式编码器迅速，在一些高速旋转需要同时处理位置及速度的应用场合，数据处理这样的运算过程会引起位置值输出反馈的滞后。另外，由于磁体材质均度及安装时可能出现的对中同心度、平整度偏差，使得磁电式绝对值编码器的真实测量存在非线性误差，不如光电式编码器的刻线可以通过加工过程可控制的精度高，因此精度较低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中磁电式编码器响应较慢、精度较低的缺陷，提供一种复合型编码器。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种复合型编码器，包括一磁电式编码器，该磁电式编码器包括一转动轴、一底座、一磁体、一磁体座、一磁体感应传感器和一第一线路板，该磁体固定在该磁体座上，该磁体座固定在该转动轴的顶端，该磁体感应传感器位于该磁体的上方且与该第一线路板电连接，其特点在于，该复合型编码器还包括一光电式编码器和一刻线光栅，该光电式编码器包括一码盘、一光源、一光学感应传感器和一第二线路板，该码盘固定在该转动轴上，该光源位于该码盘的上方且设于该第二线路板上，该刻线光栅位于该码盘的下方，该光学感应传感器位于该刻线光栅的下方并与该第二线路板电连接，该第一线路板与该第二线路板电连接。

在本方案中，当码盘旋转一定位移或角度时，再经过该刻线光栅，该第二线路板能及时获得该光学感应传感器所传输的幅值稳定的电信号，在获得该电信号之前无需像磁电式编码器那样做一系列的磁场测量等工作，大大提高了响应速度。尤其在一些高速旋转的场合，该复合型编码器能够保证在输出该电信号时不会产生滞后延迟。

此外，码盘上的刻线精度较高，使该第二线路板输出的电信号的精度也较高。由于该第一线路板与该第二线路板电连接，因此可以凭借该码盘所具有的高精度特点来修正该第一线路板上输出的绝对值电信号，以提高该第一线路板输出绝对值信号的精度。具体为该磁体感应传感器检测该磁体转动产生的磁场变化并向该第一线路板传输一第一电信号，该第一线路板对该第一电信号进行计算和处理，并与该第二线路板输出的电信号进行比较，将其差值存储在该第一线路板上的存储器里，该第一线路板最终输出的绝对值信号为该第一电信号与该差值的和。从而使得该第一线路板输出的绝对值信号的精度得到提高，能够达到与码盘相同的精度。因此，该复合型编码器提高了原有的磁电式编码器的精度。

较佳地，该第一线路板包括一处理器、一存储器和一电源，该处理器与该存储器电连接，该处理器还分别与该电源、该磁体感应传感器以及该第二线路板电连接。

该处理器用于对该磁体感应传感器传输的第一电信号进行计算和处理，并将计算和处理后的第一电信号与该第二线路板处理和放大后的电信号进行对比，并输出绝对值信号；该存储器用于存储该第一电信号与该电信号的差值，该电源用于使该复合型编码器保持正常工作。

较佳地，该处理器为MCU(微程序控制器)，该存储器为EEPROM(电可擦只读存储器)。该存储器具有掉电数据不丢失的作用，有利于该磁电式编码器在掉电时还能具有正确的差值与该绝对值信号进行累加。

较佳地，该刻线光栅的刻线密度、宽度均与该码盘的相同，该刻线光栅一端的刻线与该码盘的刻线完全对齐，另一端的刻线与该码盘的刻线完全错开。

较佳地，该光学感应传感器嵌设在该底座内。

该光学感应传感器嵌设在该底座内时能够提供该光学感应传感器一个稳定的检测环境，能够增强该光学感应传感器对该码盘透出的光线明暗变化的检测灵敏度。

较佳地，该第二线路板包括一信号放大模块。

较佳地，该刻线光栅固定在该码盘正下方且不随该转动轴转动。

较佳地，该第二线路板套设在该磁体座处。

本实用新型的积极进步效果在于：运用磁电式编码器绝对值编码的特点，通过码盘精度高来修正磁电式编码器精度低的缺陷，运用码盘工作响应快来弥补磁电式编码器响应慢的缺陷，使得本方案的复合型编码器具有响应快、精度高、掉电数据不丢失的效果。

附图说明

图1为本实用新型现有的增量式编码器的结构示意图。

图2为本实用新型现有的磁电式编码器的结构示意图。

图3为本实用新型实施例1的复合型编码器的结构示意图。

图4为本实用新型实施例1的复合型编码器的运行示意图。

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

实施例1

本实施例提供一种复合型编码器，如图3所示，包括一转动轴1、一底座2、一磁体3、一磁体座4、一磁体感应传感器5、一第一线路板6，磁体3为一磁铁，第一线路板6包括一处理器、一存储器和一电源，该处理器为MCU，该存储器为EEPROM，该处理器与该存储器电连接。该磁体固定在该磁体座上，该磁体座固定在该转动轴的顶端，该磁体感应传感器位于该磁体的上方，用于检测该磁体的磁场变化，该磁体感应传感器与该第一线路板电连接。

该复合型编码器还包括一光电式编码器和一刻线光栅7，该光电式编码器包括一码盘8、一光源9、一光学感应传感器10、一第二线路板11，第二线路板套设在该磁体座处，该码盘固定在该转动轴上，该光源位于该码盘的上方且设于该第二线路板上，该刻线光栅位于该码盘的下方。该光学感应传感器位于该刻线光栅的下方并与该第二线路板电连接，该第一线路板与该第二线路板电连接。光学感应传感嵌设在该底座内，用于检测该码盘透出的光线的明暗变化，光学感应传感器与该第二线路板电连接，该处理器还分别与该电源、该磁体感应传感器以及该第二线路板电连接。

为了使本领域技术人员能更清楚的了解该复合型编码器的结构，对该复合型编码器的工作过程(如图4所示)、各部件之间的位置关系和信号传输关系以及达到的效果作进一步的辅助说明：在本方案中，当转动轴接收外界的转动输入时，会带动码盘转动，由于该第二线路板上设有光源，该光源产生光线，该码盘在随着该转动轴转动时会使透过该码盘的该些光线产生若干次明暗变化，该些光线的明暗变化经过刻线光栅，该光学感应传感器检测到该刻线光栅的明暗变化并向该第二线路板传输一电信号，该第二线路板对该电信号进行处理和放大后输出该电信号。因此，当码盘旋转一定位移或角度时，该第二线路板能及时获得该光学感应传感器所传输的电信号，在获得该电信号之前无需像磁电式编码器那样做一系列的磁场测量等工作，大大提高了响应速度。尤其在一些高速旋转测量的场合，该复合型编码器能够保证在输出该电信号时不会产生滞后延迟。

此外，凭借该码盘所具有的高精度特点来修正该第一线路板上输出的绝对值电信号，以提高该第一线路板上输出的绝对值电信号的精度。由于磁体的材质均度以及安装时的偏差所造成的磁场精度偏差固定，相对应码盘的刻线，可通过安装和调试得出磁体在各角度的修正差值，因此当第一线路板输出绝对值信号时，直接调取存储器里存放的磁体在转角处对应的码盘刻线的偏差，叠加至该第一电信号上，即可得出该绝对值信号。

当复合型编码器掉电后再通电时，码盘原先的转动位置会丢失而易造成原始零点的测量偏移，而磁体的转动位置与仅自身磁场有关，因此当具有转动惯性产生时，该第一线路板仍能进行较为精确数值的输出。

因此，运用磁电式编码器绝对值编码的特点，通过码盘精度高来修正磁电式编码器精度低的缺陷，运用码盘工作响应快来弥补磁电式编码器响应慢的缺陷，在电气上分别使用两个互不干扰的电路互为冗余，且实现两路输出信号，即使有一路信号电气部分有损坏也不会影响到另外一路信号，使得本方案的复合型编码器具有响应快、精度高、掉电数据不丢失的效果。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种复合型编码器，包括一磁电式编码器，该磁电式编码器包括一转动轴、一底座、一磁体、一磁体座、一磁体感应传感器和一第一线路板，该磁体固定在该磁体座上，该磁体座固定在该转动轴的顶端，该磁体感应传感器位于该磁体的上方且与该第一线路板电连接，其特征在于，该复合型编码器还包括一光电式编码器和一刻线光栅，该光电式编码器包括一码盘、一光源、一光学感应传感器和一第二线路板，该码盘固定在该转动轴上，该光源位于该码盘的上方且设于该第二线路板上，该刻线光栅位于该码盘的下方，该光学感应传感器位于该刻线光栅的下方并与该第二线路板电连接，该第一线路板与该第二线路板电连接。

2.如权利要求1所述的复合型编码器，其特征在于，该第一线路板包括一处理器、一存储器和一电源，该处理器与该存储器电连接，该处理器还分别与该电源、该磁体感应传感器以及该第二线路板电连接。

3.如权利要求2所述的复合型编码器，其特征在于，该处理器为MCU，该存储器为EEPROM。

4.如权利要求1所述的复合型编码器，其特征在于，该刻线光栅的刻线密度、宽度均与该码盘的相同，该刻线光栅一端的刻线与该码盘的刻线完全对齐，另一端的刻线与该码盘的刻线完全错开。

5.如权利要求1所述的复合型编码器，其特征在于，该光学感应传感器嵌设在该底座内。

6.如权利要求1所述的复合型编码器，其特征在于，该第二线路板包括一信号放大模块。

7.如权利要求1所述的复合型编码器，其特征在于，该刻线光栅固定在该码盘正下方且不随该转动轴转动。

8.如权利要求1-7任意一项所述的复合型编码器，其特征在于，该第二线路板套设在该磁体座处。