磁光编码器制造技术

一种磁光编码器属水文测量中的测量终端液位计，包括通过螺钉（７）装在一起的水位轮（８）和转轴（４），通过轴承（１０）、轴承（５）固定在转轴（４）的壳体（１），装在转轴（４）上置于壳体（１）内的旋转光电码盘（３），其特点是还包括装在壳体（１）内与旋转光电码盘（３）正面相对的位置传感器盘（２），此位置传感器盘（２）正面装有三个干簧管（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）和八个光电耦合器（Ｄ０－Ｄ７），反面装有由超低功耗单片机组成的控制电路。本磁光编码器由于舍弃了现有技术中利用机械齿轮减速装置产生进位和退位的办法来形成编码的方法。结构简单、精度高、稳定性好、量程大、价格低廉、使用方便等特点。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术磁光编码器属水文测量中的测量终端液位计。
技术介绍
在水文测量中最常用的测量终端莫过于液位计，按测量方式分类大致有机械浮子式、光电浮子式、超声波式、激光式、振弦式等多种形式，它们各有优缺点，机械浮子式和光电浮子式都用机械齿轮减速产生进位和退位的办法来形成编码，为了产生可靠编码，一般都用格雷码输出，这种液位计的优点是价格相对较低，缺点是机械加工复杂、运行阻力大、使用寿命短；超声波液位计和激光液位计有较高的测量精度且没有机械部件，故其可靠性可以做得较高，但实用中发现其对反射目标的要求较高，受环境因素影响较大，最关键的一点是因为其信号处理电路较复杂导致其成本居高不下，目前还难以推广；振弦式液位计主要用于小量程液位的测量；
技术实现思路
本技术的目的在于针对上述
技术介绍
提供一种结构简单、工作可靠、稳定性好、精度高、成本低、能完成大量程液位测量的磁光编码器。本磁光编码器是在现有光电浮子式液位计基础上的改进专利技术。其具体组成是水位轮与转轴通过螺钉装在一起，由左右两个半圆柱筒组成的壳体分别通过轴承装在转轴上，置于壳体内的旋转光电码盘装在转轴上随转轴一起旋转，其特点是置于壳体内与旋转光电码盘正面相对应的不随转轴旋转的位置传感器盘与旋转光电码盘同圆心地固定在壳体上。此位置传感器盘正面同圆心同圆弧的120分°角线上分别装有干簧管，在同一条120°分角线上还同圆弧对称地分别沿径向装有八个反射式光电耦合器，位置传感器盘反面装有控制电路板，旋转光电码盘上还装有永磁铁。控制电路采用超低功耗单片机。本技术由于舍弃了机械减速装置产生进位和退位的办法来形成编码，结构简单，具有精度高，稳定性好，量程大，价格低廉，使用方便等优点。附图说明图1磁光编码器结构示意图图2旋转光电码盘示意图图3位置传感器盘示意图图4控制电路原理图图1与图2的标号名称1、壳体，2、位置传感器盘，3、旋转光电码盘，4、转轴，5、轴承，6、永磁铁，7、螺钉，8、水位轮，9、支架，10、轴承。图3中的符号名称，G1、G2、G3-干簧管。D0～D7-光电耦合器。由图1可知，本磁光编码器的具体组成是，水位轮8与转轴4通过螺钉7装在一起，转轴随水位轮一起旋转，壳体1由左右两个半圆柱筒组成，两个半圆柱筒分别通过轴承10与轴承5安装在转轴4上，置于壳体1内的旋转光电码盘3固定在转轴4上，随转轴4一起转动，与现有技术的区别在于，置于壳体内与旋转光电码盘3正面相对的不随转轴4转动的位置传感器盘2与旋转光电码盘3同圆心固定在左半圆柱筒壳体上，以替代现有技术中利用机械齿轮减速装置产生进位和退位的办法来形成编码。位置传感器盘如图3所示，其正面在同圆心同圆弧的120°角分线上沿径向分别装有干簧管G1、G2、G3，在同一条120°角分线上同圆弧对称地分别沿径向装有八个光电耦合器D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7；位置传感器盘反面装有由超低功耗单片机组成的控制电路板。旋转光电码盘如图2所示，在旋转光电码盘上还装有永磁铁6。本磁光编码器的工作原理如下一、机械工作原理本磁光编码器同普通光电液位计一样也有一个光电码盘，如图2所示，码盘白色部分反射光线而黑色部分则吸收光线，如图3所示的位置传感器盘和图2所示码盘间距约2mm，同圆心安装，液位变化时浮子牵引水位轮转动，码盘和水位轮安装在同一轴上也随水位轮作圆周运动，当码盘旋转时，码盘就会吸收或反射来自位置传感器盘上的光电耦合器的光线，从而使8位光电耦合器根据码盘和光电耦合器的相对位置输出8位格雷码编码，传统的光电液位计用一个减速齿轮带动另一个码盘转动从而获得高位编码，而本磁光编码器摒弃了所有的齿轮减速机构，用安装角度为120度的三只干簧管来计算码盘旋转的圈数，当码盘旋转时安装于其上的磁铁依次吸合三只干簧管，根据这一次序就可以判断液位是向着液位上升的方向增加圈数还是向着液位下降的方向减少圈数。这样一来单圈的绝对位置可以通过码盘的编码得到，而旋转的圈数可以由于簧管的吸合次序得到，合起来就可以得到液位高程从而完成液位的测量。二、控制电路原理控制电路原理图如图4所示，本控制电路采用美国TI公司的MSP430系列的超低功耗单片机MSP430F133，在模式LPM4时的典型工作电流只有0.1μA，并且能在6μS的时间内响应外部中断，实测在常温下即使是在1.2伏电源电压下仍能全速正常工作。由图4可知，控制电路的组成是，12伏的电源经稳压器78L09分别连于位置传感器盘2上的两路光电耦合器串联电路D0、D2、D4、D6与D1、D3、D5、D7，两路串联电路的八个光电耦合器D0～D7的输出分别连于超低功耗单片机MSP430F133；同时12伏电源既连于继电器JD1又经电阻R28和稳压电路U3-HT1036连于1法拉的充放电电容C46，此充放电电容C46的输出连于超低功耗单片机及位置传感器盘2上的三个干簧管G1、G2、G3，三个干簧管又分别连于超低功耗单片机，超低功耗单片机还分别连于安装在壳体1上的6位液晶显示器和485总线接口MAX3483。其工作原理如下当要测量当前液位时，首先要由上位控制器将12伏电源加到本磁光编码器，此时继电器JD1吸合，一方面由R28、U3组成的稳压电路给法拉电容C46进行恒流限压充电，以补充断电后单片机工作所需电能，另一方面将Wake信号由“0”切换到“1”，唤醒单片机进入全速正常工作状态，通过测量8只反射式光电耦合器电平得到码盘在一个圆周内的具体位置编码(8bit格雷码)，加上正(反)向旋转的圈数就可以计算出实际液位，换算成格雷码输出以兼容现有浮子式液位计，同时还通过485总线按要求的协议输出液位以满足自动测量的要求。6位液晶显示器用于在本地显示液位值，其电源是由单片机的口线来提供的，目的也是便于在掉电时关闭液晶显示器的电源。一旦外部+12伏电源撤去，Wake信号消失，单片机立即将口线切换到合适的电平，并进入低功耗状态LPM4，此时单片机CPU的功耗只有0.1μA，码盘上的永磁铁随码盘转动，当永磁铁转动到三只干簧管附近时，干簧管吸合，立即引起单片机引脚电平的变化，MSP430单片机能在6μS的时间内从低功耗状态响应这一变化，记录下这一变化过程后又立即进入到低功耗状态以最大限度地节省电能，研究中发现干簧管从吸合状态回到断开状态有一个迟滞过程，正好可以防止液位在某一点轻微波动时使干簧管频繁动作致使单片机退出掉电状态而消耗额外的电能。在电路板上三只干簧管间隔120度均匀地分布于在同一圆周上，以允许液位计以尽可能大的角速度旋转，假定MSP430F133响应并处理一个外围中断的时间(跟中断程序复杂程序和时钟速度有关)为200μS，则CPU能够响应的最大角速度为120°/200μS。外围电路除干簧管在吸合状态要吸收3.0V/20M欧姆＝0.15μA电流外，其余电路均不消耗电流，这样整机待机电流最小0.1μA，最大0.25μA，若电容充满电可保证单片机在掉电后仍能正常工作半个月以上。由于舍弃了机械减速装置，液位计转动时只要克服两只固定轴承的阻力，机械灵活性和可靠性大大加强，当传动轮周长为256mm时，液位计的分辨力就是1mm，能满足大部分测量要求。利用以上的原理和方法研制的磁光编码器，其巧妙设计在于它具有相对量轴角编本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁光编码器包括水位轮（８）与转轴（４）通过螺钉（７）装在一起，壳体（１）由左右两个半圆柱筒组成，两个半圆柱筒分别通过轴承（１０）与轴承（５）安装在转轴（４）上，置于壳体（１）内的旋转光电码盘（３）固定在转轴（４）上，其特征在于它还包括置于壳体（１）内与旋转光电码盘（３）正面相对的位置传感器盘（２）与旋转光电码盘（３）同圆心固定在左半圆柱筒壳体上，此位置传感器盘（２）正面在同圆心同圆弧的１２０°角分线上沿径向分别装有三个干簧管（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３），在同一条１２０°角分线上还同圆弧对称地分别沿径向装有两组共八个光电耦合器（Ｄ０～Ｄ７），位置传感器盘（２）反面装有由超低功耗单片机组成的控制电路板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：向麦黄，舒大兴，
申请(专利权)人：向麦黄，舒大兴，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]