增量式编码器及检测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种增量式编码器及检测系统，编码器采用铁磁性的齿轮作为被测物，编码器包括：第一感应芯片，第一感应芯片包括用于感应磁场变化的K1、K2、K3和K4，K1、K3、K2和K4中相邻两个之间的中心间距d1为齿轮的齿间距p的1/4；第二感应芯片，第二感应芯片包括用于感应磁场变化的K5和K6，K5和K6之间的中心间距d2为齿轮的齿间距p的1/4；磁铁组件，磁铁组件包括第一感应磁铁和第二感应磁铁；信号调理芯片，信号调理芯片与第一感应芯片和第二感应芯片均相连。增量式编码器集成了现有技术中的方波输出式编码器和正弦波输出式编码器的优势，采用齿轮作为被测物，编码器输出相位相差90°的正余弦信号，编码器的分辨率和精度均较高。

Incremental encoder and detection system

The utility model discloses an incremental encoder and a detection system. The encoder uses a ferromagnetic gear as the tested object. The encoder includes: a first induction chip, a first induction chip including K1, K2, K3 and K4 for sensing the change of magnetic field, the center distance d1 between the adjacent two in K1, K3, K2 and K4 is 1 / 4 of the gear tooth spacing p; a second induction chip, a second induction core The chip includes K5 and K6 for sensing the change of magnetic field, and the center distance d2 between K5 and K6 is 1 / 4 of the tooth spacing P of the gear; the magnet component includes the first induction magnet and the second induction magnet; the signal conditioning chip and the signal conditioning chip are connected with the first induction chip and the second induction chip. The incremental encoder integrates the advantages of the square wave output encoder and the sine wave output encoder in the prior art. The gear is used as the tested object, and the encoder outputs the sine cosine signal with a phase difference of 90 \u00b0. The resolution and accuracy of the encoder are high.

【技术实现步骤摘要】
增量式编码器及检测系统
本技术涉及编码器
，尤其是涉及一种增量式编码器和具有该增量式编码器的检测系统。
技术介绍
现有的增量式编码器有方波、正弦波两种输出模式。方波输出式编码器一般采用铁磁性齿轮作为被测物，齿轮由被测电机带动转动，编码器内封装有磁感应芯片和磁铁，磁感应芯片中封装有两个感应磁场变化的磁敏单元，磁敏单元的间距需根据齿的形状做对应选择，当一个磁敏单元正对齿轮凸齿的中心时，另一个磁敏单元需对应齿轮凹齿的中心，这样齿轮转动时，当一个磁敏单元检测磁场输出高电平时，另一个磁敏单元检测磁场输出低电平，形成反向信号；为了保证输出正交的AB脉冲信号，即高电平或者低电平，需要两片磁感应芯片在编码器中交替放置以保证输出信号保持90度相位差。正弦波输出式编码器采用磁环作为被测物，磁环是沿径向方向多对极充磁，编码器中封装了感应磁场变化的感应单元，当电机带动磁环转动时，在感应单元上方产生变化的磁场，感应单元将变化的磁场解调成相应的电信号，并通过对信号进行采样、放大、校准从而输出标准的正余弦信号，正余弦信号通过细分算法，每个正余弦周期都可以通过反正切插值运算细分为很多步，从而达到很高的分辨率。然而，现有技术中的方波输出式编码器和正弦波输出式编码器均具有不足之处，具体地：方波输出式编码器常采用四倍频模式来提高编码器的分辨率，在有些高转速场合，要想进一步提高分辨率就必须增加齿轮齿数，但相同半径下增加齿轮数会大幅度增加齿轮加工难度。因此在高速转动的伺服电机系统中，作为位置反馈的方波输出式编码器的分辨率和精度达不到要求。正弦波输出式编码器，由于磁环是由铁磁物质注塑或者烧结后再进行径向充磁，加工上无法保证磁环材质的一致性，而且磁化位置也比较难精确控制，再加上磁环尺寸大、磁场强，其比较容易吸附周围的细小铁屑，还有磁环的退磁都会影响磁环的磁场分布，从而使编码器输出的正弦波精度不好，造成波形细分不准确，降低了编码器的分辨率。
技术实现思路
本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术的一个目的在于提出增量式编码器，所述增量式编码器集成了现有技术中的方波输出式编码器和正弦波输出式编码器的优势，采用齿轮作为被测物，编码器输出相位相差90°的正余弦信号，编码器的分辨率和精度均较高。本技术还提出一种具有上述增量式编码器的检测系统。根据本技术第一方面实施例的增量式编码器，所述编码器采用铁磁性的齿轮作为被测物，所述编码器包括：第一感应芯片，所述第一感应芯片包括第一感应本体和设于所述第一感应本体内用于感应磁场变化的第一磁敏元件K1、第二磁敏元件K2、第三磁敏元件K3和第四磁敏元件K4，所述第一磁敏元件K1、所述第三磁敏元件K3、所述第二磁敏元件K2和所述第四磁敏元件K4沿所述第一感应本体的横向顺次间隔排布，所述第一磁敏元件K1、所述第三磁敏元件K3、所述第二磁敏元件K2和所述第四磁敏元件K4中相邻两个之间的中心间距d1为所述齿轮的齿间距p的1/4，所述第一磁敏元件K1和所述第二磁敏元件K2相连以使所述第一磁敏元件K1和所述第二磁敏元件K2为一组差分信号相位相差180°的正弦输出，所述第三磁敏元件K3和所述第四磁敏元件K4相连以使所述第三磁敏元件K3和所述第四磁敏元件K4为一组差分信号相位相差180°的余弦输出，所述第一磁敏元件K1、所述第三磁敏元件K3、所述第二磁敏元件K2和所述第四磁敏元件K4中相邻两个之间的输出相位差为90°；第二感应芯片，所述第二感应芯片包括第二感应本体和设于所述第二感应本体内用于感应磁场变化的第五磁敏元件K5和第六磁敏元件K6，所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6沿所述第二感应本体的横向间隔设置，所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6之间的中心间距d2为所述齿轮的齿间距p的1/4，所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6相连以使所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6为一组差分信号相位相差180°的脉冲信号输出，所述第一感应芯片和所述第二感应芯片沿横向间隔开分布，所述第一感应芯片的检测面和所述第二感应芯片的检测面与所述齿轮相对；磁铁组件，所述磁铁组件设于所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的远离所述齿轮的一侧，所述磁铁组件包括彼此间隔开的第一感应磁铁和第二感应磁铁，所述第一感应磁铁与所述第一感应芯片在纵向上相对，所述第二感应磁铁与所述第二感应芯片在纵向上相对；信号调理芯片，所述信号调理芯片与所述第一感应芯片和所述第二感应芯片均相连，用于对所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的输出信号进行幅值调节、偏置调节和相位调节，所述信号调理芯片适于连接控制器。根据本技术实施例的增量式编码器，集成了现有技术中的方波输出式编码器和正弦波输出式编码器的优势，采用齿轮作为被测物，编码器输出相位相差90°的正余弦信号，编码器的分辨率和精度均较高。另外，根据本技术实施例的增量式编码器还可以具有如下附加技术特征：根据本技术的一个实施例，所述磁铁组件还包括设于所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁之间的隔离磁铁，所述隔离磁铁用于消除所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁之间的磁场干扰。可选地，所述第一感应磁铁、所述第二感应磁铁和所述隔离磁铁均为条形磁铁，所述第一感应磁铁沿横向延伸，所述第一感应磁铁的横向两端分别为N极和S极，所述第二感应磁铁沿纵向延伸，所述第二感应磁铁的纵向两端分别为N极和S极，所述隔离磁铁的延伸方向与所述第一感应磁铁的延伸方向、所述第二感应磁铁的延伸方向均垂直，所述隔离磁铁的对角面的两侧分别为N极和S极，所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁分别磁性吸附在所述隔离磁铁的两侧。可选地，所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的尺寸相等，所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的长度和宽度均为a，所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的管脚长度为b，所述第一感应芯片的管脚和所述第二感应芯片的管脚之间的间距为c，所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁的长度均为a，所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁的宽度均为a，所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁的厚度均为c，所述隔离磁铁的长度为(a/2+2b+c/2)，所述隔离磁铁的宽度为a，所述第一感应磁铁的中心线M与所述第一感应芯片的中心线m重叠，所述第二感应磁铁的中心线N和所述第二感应芯片的中心线n重叠，其中a、b和c均大于0mm。根据本技术的一个实施例，还包括细分器芯片，所述细分器芯片与信号调理芯片相连，以调节所述信号调理芯片的输出信号的分辨率。根据本技术的一个实施例，所述第一磁敏元件K1、所述第二磁敏元件K2、所述第三磁敏元件K3、所述第四磁敏元件K4、所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6的中心在一条直线上。根据本技术的一个实施例，还包括集成壳体，所述集成壳体内限定出容纳腔，所述第一感应芯片、所述第二感应芯片、所述磁铁组件和信号调理芯片均设于所述容纳腔内，所述集成壳体内设有沿纵向间隔开的第一PCB板和第二PCB板，所述磁铁组件设于所述第一PCB板和第二PCB板之间，所述第一感应芯片和所述第二感应芯片连接在所述第一PCB板的远离所述磁铁组件的一侧，所述信号调理芯片连接在所述第二PCB板上，第一PCB板和第二PCB板相连。根据本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增量式编码器，其特征在于，所述编码器采用铁磁性的齿轮作为被测物，所述编码器包括：第一感应芯片，所述第一感应芯片包括第一感应本体和设于所述第一感应本体内用于感应磁场变化的第一磁敏元件K1、第二磁敏元件K2、第三磁敏元件K3和第四磁敏元件K4，所述第一磁敏元件K1、所述第三磁敏元件K3、所述第二磁敏元件K2和所述第四磁敏元件K4沿所述第一感应本体的横向顺次间隔排布，所述第一磁敏元件K1、所述第三磁敏元件K3、所述第二磁敏元件K2和所述第四磁敏元件K4中相邻两个之间的中心间距d1为所述齿轮的齿间距p的1/4，所述第一磁敏元件K1和所述第二磁敏元件K2相连以使所述第一磁敏元件K1和所述第二磁敏元件K2为一组差分信号相位相差180°的正弦输出，所述第三磁敏元件K3和所述第四磁敏元件K4相连以使所述第三磁敏元件K3和所述第四磁敏元件K4为一组差分信号相位相差180°的余弦输出，所述第一磁敏元件K1、所述第三磁敏元件K3、所述第二磁敏元件K2和所述第四磁敏元件K4中相邻两个之间的输出相位差为90°；第二感应芯片，所述第二感应芯片包括第二感应本体和设于所述第二感应本体内用于感应磁场变化的第五磁敏元件K5和第六磁敏元件K6，所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6沿所述第二感应本体的横向间隔设置，所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6之间的中心间距d2为所述齿轮的齿间距p的1/4，所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6相连以使所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6为一组差分信号相位相差180°的脉冲信号输出，所述第一感应芯片和所述第二感应芯片沿横向间隔开分布，所述第一感应芯片的检测面和所述第二感应芯片的检测面与所述齿轮相对；磁铁组件，所述磁铁组件设于所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的远离所述齿轮的一侧，所述磁铁组件包括彼此间隔开的第一感应磁铁和第二感应磁铁，所述第一感应磁铁与所述第一感应芯片在纵向上相对，所述第二感应磁铁与所述第二感应芯片在纵向上相对；信号调理芯片，所述信号调理芯片与所述第一感应芯片和所述第二感应芯片均相连，用于对所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的输出信号进行幅值调节、偏置调节和相位调节，所述信号调理芯片适于连接控制器。...

【技术特征摘要】
1.一种增量式编码器，其特征在于，所述编码器采用铁磁性的齿轮作为被测物，所述编码器包括：第一感应芯片，所述第一感应芯片包括第一感应本体和设于所述第一感应本体内用于感应磁场变化的第一磁敏元件K1、第二磁敏元件K2、第三磁敏元件K3和第四磁敏元件K4，所述第一磁敏元件K1、所述第三磁敏元件K3、所述第二磁敏元件K2和所述第四磁敏元件K4沿所述第一感应本体的横向顺次间隔排布，所述第一磁敏元件K1、所述第三磁敏元件K3、所述第二磁敏元件K2和所述第四磁敏元件K4中相邻两个之间的中心间距d1为所述齿轮的齿间距p的1/4，所述第一磁敏元件K1和所述第二磁敏元件K2相连以使所述第一磁敏元件K1和所述第二磁敏元件K2为一组差分信号相位相差180°的正弦输出，所述第三磁敏元件K3和所述第四磁敏元件K4相连以使所述第三磁敏元件K3和所述第四磁敏元件K4为一组差分信号相位相差180°的余弦输出，所述第一磁敏元件K1、所述第三磁敏元件K3、所述第二磁敏元件K2和所述第四磁敏元件K4中相邻两个之间的输出相位差为90°；第二感应芯片，所述第二感应芯片包括第二感应本体和设于所述第二感应本体内用于感应磁场变化的第五磁敏元件K5和第六磁敏元件K6，所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6沿所述第二感应本体的横向间隔设置，所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6之间的中心间距d2为所述齿轮的齿间距p的1/4，所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6相连以使所述第五磁敏元件K5和所述第六磁敏元件K6为一组差分信号相位相差180°的脉冲信号输出，所述第一感应芯片和所述第二感应芯片沿横向间隔开分布，所述第一感应芯片的检测面和所述第二感应芯片的检测面与所述齿轮相对；磁铁组件，所述磁铁组件设于所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的远离所述齿轮的一侧，所述磁铁组件包括彼此间隔开的第一感应磁铁和第二感应磁铁，所述第一感应磁铁与所述第一感应芯片在纵向上相对，所述第二感应磁铁与所述第二感应芯片在纵向上相对；信号调理芯片，所述信号调理芯片与所述第一感应芯片和所述第二感应芯片均相连，用于对所述第一感应芯片和所述第二感应芯片的输出信号进行幅值调节、偏置调节和相位调节，所述信号调理芯片适于连接控制器。2.根据权利要求1所述的增量式编码器，其特征在于，所述磁铁组件还包括设于所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁之间的隔离磁铁，所述隔离磁铁用于消除所述第一感应磁铁和所述第二感应磁铁之间的磁场干扰...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晓金，段巍，唐新颖，
申请(专利权)人：惠州比亚迪实业有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44