一种PWM码盘转速传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种PWM码盘的转速传感器，包括:PWM码盘、发光管、接收管、放大整形电路和微控制器。PWM码盘是种在结构上码盘圆面均等为N等分，码盘齿按照一定的占比分布在等分圆面上的一种码盘，其纵切延展开后类似于占空比不同的PWM波形结构。发光管和接收管用于提供光电转换功能，分布在码盘两侧，当码盘转动时，形成对光的遮挡或通透效应，使得接收管产生通断的波形信号，经过放大整形处理，产生符合PWM波形的光电数字脉冲信号。本发明专利技术由于采用新型码盘结构，使得角度、转速、角速度、角加速度和旋转方向等物理量容易测量，且使用一套光电码盘装置作为检测元件，降低了系统的成本，安装使用简单。

【技术实现步骤摘要】
一种PWM码盘转速传感器
本专利技术属于传感器
，涉及一种PWM码盘转速传感器。
技术介绍
目前，在智能车上的转速传感器通常采用光电码盘形式。由于码盘结构齿一般大小均匀，旋转起来产生脉冲，很难通过光电脉冲获取旋转方向，所以普通光电码盘一般用来测量转速，不能测量旋转方向。实际情况也有采用旋转编码器进行转速和方向的测量的应用，但往往速度测量成本较高。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种PWM码盘的转速传感器，采用一套光电码盘在测速度同时可以测方向，制作工艺简单，成本低廉，实用性强。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种PWM码盘转速传感器，包括PWM码盘、发光管、接收管、放大整形电路和微控制器；PWM码盘安装在被测对象的旋转轴上，发光管和接收管(3)分布在码盘两侧，用于提供光电转换功能；所述PWM码盘码盘由N个面积均等的子扇区组成，子扇区由码盘齿扇区和透光扇区组成，码盘齿扇区为不透光区；子扇区的弧长为πD/N，码盘齿扇区弧长为πD/N*K(n)，K(n)＝n×δmax÷N；其中，D为PWM码盘的直径，δmax为PWM最大占空比，n为子扇区的编号，1≤n≤N；当PWM码盘被带动转动时，发光管发出的光的被PWM码盘遮挡或通透，使得接收管产生通断的初级信号并发送给放大整形电路；放大整形电路对初级信号进行整形和幅值处理，产生符合PWM波形的光电数字脉冲信号；微控制器接收光电数字脉冲信号并进行分析，计算出转速、旋转方向、角度位置、角速度和角加速度在内的信息，再通过输出接口输出。将PWM码盘的码盘齿扇区等效为三角波形，透光扇区等效为0电平波形，当PWM码盘从开始处延展并数字化后，可看作N个PWM周期波形；周期波形的占空比为：第一个PWM波形占空比δ＝1×δmax÷N＝δmin；第二个PWM波形占空比δ＝2×δmax÷N；第三个PWM波形占空比δ＝3×δmax÷N；依次类推，最后一个PWM波形占空比δ＝N×δmax÷N＝δmax；当PWM码盘旋转一周，PWM周期波形占空比将线性变化；当顺时针旋转一周时，占空比依次增大δmax÷N；当逆时针旋转一周时，占空比依次减小δmax÷N。设PWM码盘旋转时，转过子扇区的时间内的角加速度α不变，PWM码盘每转过一个子扇区，就会产生一个PWM信号；信号传输至微控制器时，若信号的高电平时间与低电平时间和为T，占空比为δ，则计算出以下信息：1)转速n＝1/N/T；2)PWM码盘位置角度为：θ＝180(2δN/δmax-1)/N；3)角速度ω＝360/N/T；4)角加速度α＝dω/dT；5)旋转方向：本次占空比δ2与前一次的占空比δ1比较，若δ2-δ1>0，则顺时针转动；若δ2-δ1<0，则逆时针转动。对应PWM码盘对光线的遮挡和通透，接收管分别输出1和0的数字信号。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术提供的PWM码盘转速传感器，将PWM码盘区分为非透光区域(码盘齿扇区)和透光扇区组成，码盘齿的弧长和其子扇区的总弧长之比与子扇区位置编号n成正比，码盘齿扇区等效为三角波形，透光扇区等效为0电平波形，当PWM码盘从(0)处延展并数字化后，可以看作N个PWM周期波形。本专利技术提供的PWM码盘转速传感器，当系统工作时，发光管发出光线，旋转轴上固定的PWM码盘得以转动起来，形成对光的遮挡或通透效应，使得接收管产生通断的波形信号，经过放大整形处理，产生符合PWM波形的光电数字脉冲信号；微控制器对数字脉冲信号进行PWM波形分析，就可得到转速和方向等参数信息。由于PWM码盘的子扇区所占圆周面积较小，可以认为子扇区内的旋转轴角加速度α恒定。每转过一个子扇区，就会产生一个PWM信号。经过微控制器测量，若该信号的高低电平时间和为T，占空比为δ，则此时可以计算出5个量：转速、旋转方向、位置角度、角速度和角加速度信息。本专利技术由于采用新型码盘结构，可测量除了转速和方向外的多达5种旋转物理参量，且使用一套光电码盘装置，降低了系统的成本，更新方便，安装简单实用。附图说明图1是本专利技术的PWM码盘结构及结构展开示意图；图2是本专利技术的典型应用实施例。图3是本专利技术的参数测量实例。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细阐述，所述是对本专利技术的解释而不是限定。参照图1，一种PWM码盘转速传感器，包括：PWM码盘1,发光管2,接收管3、放大整形电路4、微控制器5和输出接口6等组成。PWM码盘1安装在被测对象的旋转轴上。发光管2和接收管3分布在码盘1两侧，用于提供光电转换功能。所述PWM码盘1码盘由N个面积均等的子扇区组成，子扇区由码盘齿扇区和透光扇区组成，码盘齿扇区为不透光区；子扇区的弧长为πD/N，码盘齿扇区弧长为πD/N*K(n)，K(n)＝n×δmax÷N；其中，D为PWM码盘的直径，δmax为PWM最大占空比，n为子扇区的编号，1≤n≤N；当PWM码盘1被带动转动时，发光管2发出的光的被PWM码盘1遮挡或通透，使得接收管3产生通断的初级信号并发送给放大整形电路4；放大整形电路4对初级信号进行整形和幅值处理，产生符合PWM波形的光电数字脉冲信号；微控制器5接收光电数字脉冲信号并进行分析，计算出转速、旋转方向、角度位置、角速度和角加速度在内的信息，再通过输出接口6输出。具体的，码盘由N个面积均等的子扇区(1，2，3，……，N)组成。每个子扇区由码盘齿扇区(非透光区域B)和透光扇区A组成，码盘齿扇区是不透光的，码盘齿扇区弧长和子扇区总弧长之比K(n)与子扇区位置编号n成正比。即如下：子扇区的总弧长为：πD/N码盘齿扇区弧长为：πD/N*K(n)比值K(n):n×dδ。其中，δmax为最大占空比，一般取0.99。dδ＝δmax÷N，称为占空比增量。假设码盘齿扇区等效为三角波形，透光扇区等效为0电平波形，当PWM码盘从(0)处延展并数字化后，可以看作N个PWM周期波形。周期波形的占空比为：第一个PWM波形占空比δ＝1×dδ＝δmin，第二个PWM波形占空比δ＝2×dδ，第三个PWM波形占空比δ＝3×dδ，依次类推，最后一个PWM波形占空比δ＝N×dδ＝δmax。当PWM码盘旋转一周，PWM周期波形占空比将线性变化。当顺时针旋转一周时，占空比依次增大dδ；当逆时针旋转一周时，占空比依次减小dδ。当系统工作时，发光管发出光线，旋转轴上固定的PWM码盘得以转动起来，形成对光的遮挡或通透效应，使得接收管产生通断的波形信号，经过放大整形处理，产生符合PWM波形的光电数字脉冲信号。微控制器对数字脉冲信号进行PWM波形分析。由于PWM码盘的子扇区所占圆周面积较小，可以认为子扇区内的旋转轴角加速度α恒定，同时规定把PWM码盘(0)处规定为基准0度，子扇区n的位置角度θ规定为子扇区角平分线的角度。每转过一个子扇区，就会产生一个PWM信号。经过微控制器测量，若该信号的高低电平时间和为T，占空比为δ，则此时可以计算出5个量，如下：(1)转速为n＝1/N/T；(2)PWM码盘位置角度θ＝180(2δN/δmax-1)/N。PWM码盘的位置角度与占空比δ成线性关系，已知占空比δ就可算出PWM码盘的位置角度θ；(3)角速度为ω＝360/N/T；(4)角加速度α＝dω/dT；即α＝(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PWM码盘转速传感器，其特征在于，包括PWM码盘(1)、发光管(2)、接收管(3)、放大整形电路(4)和微控制器(5)；PWM码盘(1)安装在被测对象的旋转轴上，发光管(2)和接收管(3)分布在码盘(1)两侧，用于提供光电转换功能；所述PWM码盘(1)码盘由N个面积均等的子扇区组成，子扇区由码盘齿扇区和透光扇区组成，码盘齿扇区为不透光区；子扇区的弧长为πD/N，码盘齿扇区弧长为πD/N*K(n)，K(n)＝n×δmax÷N；其中，D为PWM码盘的直径，δmax为PWM最大占空比，n为子扇区的编号，1≤n≤N；当PWM码盘(1)被带动转动时，发光管(2)发出的光的被PWM码盘(1)遮挡或通透，使得接收管(3)产生通断的初级信号并发送给放大整形电路(4)；放大整形电路(4)对初级信号进行整形和幅值处理，产生符合PWM波形的光电数字脉冲信号；微控制器(5)接收光电数字脉冲信号并进行分析，计算出转速、旋转方向、角度位置、角速度和角加速度在内的信息，再通过输出接口(6)输出。

【技术特征摘要】
1.一种PWM码盘转速传感器，其特征在于，包括PWM码盘(1)、发光管(2)、接收管(3)、放大整形电路(4)和微控制器(5)；PWM码盘(1)安装在被测对象的旋转轴上，发光管(2)和接收管(3)分布在码盘(1)两侧，用于提供光电转换功能；所述PWM码盘(1)码盘由N个面积均等的子扇区组成，子扇区由码盘齿扇区和透光扇区组成，码盘齿扇区为不透光区；子扇区的弧长为πD/N，码盘齿扇区弧长为πD/N*K(n)，K(n)＝n×δmax÷N；其中，D为PWM码盘的直径，δmax为PWM最大占空比，n为子扇区的编号，1≤n≤N；当PWM码盘(1)被带动转动时，发光管(2)发出的光的被PWM码盘(1)遮挡或通透，使得接收管(3)产生通断的初级信号并发送给放大整形电路(4)；放大整形电路(4)对初级信号进行整形和幅值处理，产生符合PWM波形的光电数字脉冲信号；微控制器(5)接收光电数字脉冲信号并进行分析，计算出转速、旋转方向、角度位置、角速度和角加速度在内的信息，再通过输出接口(6)输出。2.根据权利要求1所述的一种PWM码盘转速传感器，其特征在于，将PWM码盘的码盘齿扇区等效为三角波形，透光扇区等效为0电平波形，当PWM码盘从开始处延展并数字化后，可看作N个PWM...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红波，孟芸捷，王怡康，任杰，
申请(专利权)人：西京学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61