一种光磁编码器及其编码方法技术

本发明专利技术公开了一种光磁编码器及其编码方法，光磁编码器包括磁检测部、光检测部和控制电路单元，其中，控制电路单元中具有模数转换电路、起始位置计算电路和旋转角计算电路，通过模数转换电路将光检测部的模拟信号转换成数字信号，再结合磁检测部的数字信号，确定上电时编码器的起始位置信号，在编码器上电后，通过模数转换电路输出的数字信号，再结合起始位置信号，输出旋转角信号。本发明专利技术的光磁编码器采用磁编码器和光编码器相结合的方式，在每一次编码器上电时都能输出绝对位置编码信号，编码器具有体积小，精度高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种光磁编码器的编码方法
本专利技术属于编码器
，具体涉及一种光磁编码器及其编码方法。
技术介绍
绝对式编码器，常用于对仪器或设备的旋转角度进行测量与校准。传统的绝对式编码，随着编码位数不同、精度要求不同，相应的码盘面积、检测头数量都要按比例增加。在很多场合下，需要满足高精度的同时满足编码器结构紧凑的要求。目前，新型绝对式编码器一般基于分度-矩阵编码、M序列伪随机码等方式进行编码。比起传统的绝对式编码，上述两种绝对式能够获得所述的伪随机码编码方式能够缩小码盘/栅尺面积，减少检测头数量，减小编码器尺寸的同时仍旧保证高精度高速度的要求。伪随机码编码形式的编码器，由于是采用串行编码，导致在如果没有保存上次断电前的信息时，再次上电编码器无法获得实际真实角度信息，从而需要编码器转动一定角度才能获得实际的物理位置(旋转角度随编码位数不同而不同)，因此，属于一种准绝对式编码器。分度-矩阵编码形式的编码器，属于纯绝对式编码器，但其体积往往大于基于伪随机码编码的编码器。因此上述两种新型绝对式编码器，依然具有体积大、掉电后丢失信息的缺点。
技术实现思路
本专利技术提供一种光磁编码器以及光磁编码器的编码方法，将绝对式的磁编码和增量式的光编码相结合，克服了现有的绝对式编码器体积大，增量式编码器掉电后丢失信息的问题。为了实现上述目的，本专利技术的光磁编码器，包括：磁检测部，包括磁体和磁传感器，磁体固定安装在旋转主轴上，根据旋转主轴的旋转带动磁体旋转，并从磁传感器输出数字信号；光检测部，包括光源、码盘、静光栅和光传感器，光源的光照射码盘以及静光栅，通过旋转主轴的旋转带动码盘旋转，并从光传感器输出模拟信号；控制电路单元，分别连接磁传感器和光传感器，利用磁传感器输出的数字信号以及光传感器输出的模拟信号计算并确定旋转主轴的旋转角度；所述的控制电路单元包括：模数转换电路，与光检测部的光传感器连接，将光传感器输出的模拟信号转换为数字信号；起始位置计算电路，分别连接磁传感器与模数转换电路，利用上电时模数转换电路输出的数字信号和磁检测部输出的数字信号计算并输出起始位置信号；旋转角计算电路，分别连接起始位置计算电路与模数转换电路，利用上电后的模数转换电路输出的数字信号，以及上电时的初始位置信号，计算并输出旋转角信号。所述的码盘上设有相位差为90°的A相码道和B相码道，并且A相码道和B相码道上都分别设有2N个等间隔分布的遮光部和透光部。优选地，所述的码盘上设有相位差为180°的A相码道和A＇相码道，与A相码道相位差为90°的B相码道，与B相码道相位差为180°的B＇相码道，并且A相码道、A＇相码道、B相码道、B＇相码道上分别设有2N个等间隔分布的遮光部和透光部。优选地，所述的模数转换电路包括A相差分放大电路、B相差分放大电路和AD转换器，A相差分放大电路、B相差分放大电路分别将光传感器和AD转换器连接。本专利技术的光磁编码器的编码方法，其步骤包括：S1:编码器上电时，根据编码器旋转主轴的旋转，从磁传感器输出的磁检测部数字信号X1，保留其高N位处理，从而将旋转主轴旋转一周的范围划分为2N个划分区域Z；S2：从光传感器输出的光检测部模拟信号，经过模数转换电路后，分别输出A相数字信号和B相数字信号，在起始位置计算电路中，将A相数字信号和B相数字信号进行除法运算、反正切运算，得到起始位置所在光检测周期△的位置量信号Y；S3:判断起始位置输出的磁检测部数字信号X1是否超过其所在的光检测周期△内的磁检测部划分区域Z的边界值；当未超过边界值时，将高N位的磁检测部数字信号X1直接与光检测部的位置量信号Y合并运算，得到起始位置信号；当超过边界值时，将高N位的磁检测部数字信号X1的第N位“减1”后与光检测部的位置量信号合并运算，得到起始位置信号；S4：编码器上电后，结合A相数字信号、B相数字信号以及起始位置信号，计算并输出旋转角信号。优选地，将磁检测部数字信号X1与位置量信号Y做减法运算，起始位置所在的光检测周期△的起点对应的磁检测部数字信号X2，磁检测部数字信号X2的第N+1位为0，则说明光检测周期△的起点位于划分区域Z的前半段，判断时，磁检测部数字信号X1的第N+1位为0，且位置量信号Y大于光检测周期△的中间值，则说明磁检测部数字信号X1已超过边界值M；否则为未超过边界值M；如果磁检测部数字信号X2的第N+1位为1，则说明光检测周期△的起点位于划分区域Z的后半段，判断时，磁检测部数字信号X1的第N+1位为1，且位置量信号Y小于光检测周期△的中间值，则说明磁检测部数字信号X1未超过边界值M；否则为已超过边界值M。优选地，编码器上电时，从磁传感器输出的磁检测部数字信号X1，保留其高N位处理，其中N≤11。由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术的光磁编码器，将绝对式的磁编码和增量式的光编码相结合，在每一次上电时都能得到起始位置的绝对编码，形成一种绝对式编码器，具有体积小、精度高的优点。附图说明图1是本专利技术的光磁编码器剖视图。图2是本专利技术的光磁编码器的控制电路单元方框图。图3是本专利技术的码盘平面图。图4是本专利技术的光磁器的编码方法的步骤图。图5是本专利技术的合并运算说明图。图6是本专利技术的位置量信号Y的说明图。图7是本专利技术的实施例1的码盘局部放大图。图8是本专利技术的实施例2的码盘局部放大图。图中标记：10-控制电路单元，11-模数转换电路，11A-A相差分放大电路，11B-B相差分放大电路，11C-AD转换器，12-旋转角计算电路，13-起始位置计算电路，20-磁检测部，21-磁传感器，22-磁体，30-光检测部，31-光源，32-码盘，32A-A相码道，32A＇-A＇相码道，32B-B相码道，32B＇-B＇相码道，33-静光栅，34-光传感器，40-旋转主轴。具体实施方式参照图1-3，本专利技术的光磁编码器具体实施方式，包括磁检测部20、光检测部30、控制电路单元10。其中磁检测部20包括磁体22和磁传感器21，磁体22固定安装在旋转主轴40上，根据旋转主轴40的旋转带动磁体22旋转，并从磁传感器21输出数字信号。光检测部30包括光源31、码盘32、静光栅33和光传感器34，光源31的光照射码盘32以及静光栅33，通过旋转主轴40的旋转带动码盘32旋转，并从光传感器34输出模拟信号。控制电路单元10包括模数转换电路11、起始位置计算电路13和旋转角计算电路12，模数转换电路11包括A相差分放大电路11A、B相差分放大电路11B和AD转换器11C，A相差分放大电路11A、B相差分放大电路11B分别将光传感器34和AD转换器11C连接。AD转换器11C的输出端分别连接到起始位置计算电路13和旋转角计算电路12中。起始位置计算电路13分别连接磁传感器21与模数转换电路11，利用上模数转换电路11输出的数字信号和磁传感器21输出的数字信号计算并输出起始位置信号。旋转角计算电路12分别连接起始位置计算电路13与模数转换电路11，利用上电后的模数转换电路11输出的增量式的数字信号，以及初始位置信号，计算并输出旋转角信号。码盘32上设有相位差为90°的A相码道32A和B相码道32B，并且A相码道32A和B相码道32B上都分别设有2N个等间隔分布的遮光部和透光部。为了增加光传感器34输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光磁编码器，其特征在于，包括:磁检测部(20)，包括磁体(22)和磁传感器(21)，磁体(22)固定安装在旋转主轴(40)上，根据旋转主轴(40)的旋转带动磁体(22)旋转，并从磁传感器(21)输出数字信号；光检测部(30)，包括光源(31)、码盘(32)、静光栅(33)和光传感器(34)，光源(31)的光照射码盘(32)以及静光栅(33)，通过旋转主轴(40)的旋转带动码盘(32)旋转，并从光传感器(34)输出模拟信号；控制电路单元(10)，分别连接磁传感器(21)和光传感器(34)，利用磁传感器(21)输出的磁检测部数字信号以及光传感器(34)输出的模拟信号计算并确定旋转主轴(40)的旋转角度；所述的控制电路单元(10)包括：模数转换电路(11)，与光检测部(30)的光传感器(34)连接，将光传感器(34)输出的模拟信号转换为数字信号；起始位置计算电路(13)，分别连接磁传感器(21)与模数转换电路(11)，利用上电时模数转换电路(11)输出的数字信号和磁检测部(20)输出的数字信号计算并输出起始位置信号；旋转角计算电路(12)，分别连接起始位置计算电路(13)与模数转换电路(11)，利用上电后的模数转换电路(11)输出的数字信号，以及上电时的初始位置信号，计算并输出旋转角信号；所述的码盘(32)上设有相位差为90°的A相码道(32A)和B相码道(32B)，并且A相码道(32A)和B相码道(32B)上都分别设有2N个等间隔分布的遮光部和透光部。...

【技术特征摘要】
1.一种光磁编码器的编码方法，其特征在于，包括：S1:编码器上电时，根据编码器旋转主轴(40)的旋转，从磁传感器(21)输出的磁检测部数字信号X1，保留其高N位处理，从而将旋转主轴(40)旋转一周的范围划分为2N个划分区域Z；S2：从光传感器(34)输出的模拟信号，经过模数转换电路(11)后，分别输出A相数字信号和B相数字信号，在起始位置计算电路(13)中，将A相数字信号和B相数字信号进行除法运算、反正切运算，得到起始位置所在光检测周期△的位置量信号Y；S3:判断起始位置输出的磁检测部数字信号X1是否超过其所在的光检测周期△内的磁检测部(20)划分区域Z的边界值M；当未超过边界值M时，将高N位的磁检测部数字信号X1直接与光检测部(30)的位置量信号Y合并运算，得到起始位置信号；当超过边界值M时，将高N位的磁检测部数字信号X1的第N位“减1”后与光检测部(30)的位置量信号合并运算，得到起始位置信号；...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏慧林，汪涌，李胜强，谢元元，黄勇，张洪峰，陈永成，
申请(专利权)人：四川科奥达技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51