一种角度磁编码器和电子水表制造技术

技术编号:9022130 阅读:164 留言:0更新日期:2013-08-09 03:34
本实用新型专利技术涉及一种角度磁编码器和电子水表。该角度磁编码器包括数字转轮,与所述数字转轮同轴安装的永磁体,隧道磁阻角位移传感器,以及数字处理电路。该编码器中,隧道磁阻角位移传感器位于永磁体的检测面内距离永磁体柱状圆环轴心特定半径范围的区域内,在该特定半径范围的区域内,所述永磁体产生的磁场在检测面内的分量的旋转磁场相位角与永磁体旋转相位角呈线性变化关系。根据本实用新型专利技术的磁编码器和电子水表具有小的体积和高的测量精度。(*该技术在2023年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及的是一种测量
的永磁体,具体是涉及一种适用于角度磁编码器的永磁体,包含该永磁体的角度磁编码器和电子水表
技术介绍
随着传感器技术的迅猛发展,传统的机械水表逐渐向新颖的电子水表过渡。在各种传感器技术中,光电编码技术可以实现数字计数转轮代码的直接读取计量,而且不需要累积,从而得到广泛应用。但该技术普遍存在进位误码现象,而且对气泡、强光、污垢、渗漏等因素的抗干扰能力差。与光电编码技术相比,角度磁编码技术分辨率更高,无进位误码现象,稳定性好,而且可以完全根除光电技术引起的各种不良故障,成为一种可替代光电编码的编码技术。角度磁编码技术通过对数字计数转轮进行编码来得到计量读数,其原理是利用磁阻传感器如隧道磁阻角位移传感器来感应安装在数字计数转轮上的环形永磁体的旋转磁场相位来测量转轮的 转角和位置,并采用电子技术转变成相应数字读数。角度磁编码技术的测量精度取决于磁敏角位移传感器和永磁体两个组成部分的性能特征。与霍尔传感器相比,磁阻传感器如隧道磁阻传感器具有更高的磁场灵敏度,其功耗和尺寸也可大大降低。隧道磁阻角位移传感器包含两个相互正交的隧道磁阻传感器。隧道磁阻角位移传感器工作时形成的两个正弦和余弦输出与永磁体检测磁场分量即永磁体产生的磁场在检测面内的分量及隧道磁阻角位移传感器敏感轴之间形成的旋转磁场相位角Φ,本文中也称为探测磁场相位角,关系如下:OUTl=COS ( Φ )0UT2=SIN ( Φ )利用反正切函数,就能根据隧道磁阻角位移传感器的输出OUTl和0UT2计算出旋转磁场相位角Φ角度:Φ=ATAN (0UT2/0UT1)。永磁体在旋转过程中其旋转相位角α,定义为永磁体在旋转过程中依次经过隧道磁阻角位移传感器的位置矢量点r的相位角,永磁体的检测磁场分量使隧道磁阻角位移传感器产生感应。当永磁体旋转相位角α和旋转磁场相位角Φ之间形成线性关系,满足在(Γ360°范围内一一对应时,就可以将隧道磁阻角位移传感器所探测的旋转磁场相位角Φ和永磁体旋转相位角α位置关系对应起来。例如为了能使0-9这10个代表数字在转轮的某一直径的圆周上以等间距角度增量间隔开,事先将α的范围划分成10个区间,每一区间用一个预期的数字表示。通过将永磁体角度进行编码,进而通过电子技术转化,可以实现水表读数的直接输出。因此,隧道磁阻角度磁编码器技术在应用于电子水表时对于永磁体的设计性能将具有特殊要求,而现有的角度磁编码器采用的永磁体具有如下缺点:(I)现有的角度磁编码器大都采用霍尔传感器作为角度传感器,其对应的检测磁场分量为永磁体产生的磁场垂直于检测面的分量,而隧道磁阻角位移传感器对应的检测磁场分量为磁场在检测面内的分量,因此现有角度磁编码器的永磁体不能满足于隧道磁阻角位移传感器磁场测量的要求。(2)现有的角度磁编码器永磁体一般采用的是实心圆柱设计,而电子水表为尽量减少安装空间,要求永磁体为圆环形以便直接安装在转轮上。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术中存在的上述缺点,提供一种适用于角度磁编码器的永磁体,使之能够安装在电子水表转轮上,节省安装空间,并能够满足隧道磁阻角位移传感器与检测面内磁场分量之间的旋转磁场相位角Φ和永磁体旋转相位角α之间线性关系的要求,从而提高角度磁编码器的测量精度。根据本技术的一个方面,提供一种角度磁编码器,该角度磁编码器包括:数字转轮;与所述数字转轮同轴安装的永磁体,隧道磁阻角位移传感器,位于所述永磁体检测面上用于感测所述永磁体产生的磁场在该检测面内的分量并输出感测信号,以及数字处理电路,用于根据来自所述隧道磁阻角位移传感器的感测信号计算并输出表征所述数字转轮旋转角度的代码,其特征在于,该永磁体具有柱状圆环结构,并包含第一永磁单元和第二永磁单元,所述第一永磁单元和第二永磁单元相对于直径截面何 对称,所述第一永磁单元的磁化强度和第二永磁单元的磁化强度平行于柱状圆环的轴向,且方向相反,或所述第一永磁单元的磁化强度和第二永磁单元的磁化强度垂直于所述直径截面,且方向平行一致,所述隧道磁阻角位移传感器位于所述永磁体的检测面内距离永磁体柱状圆环轴心特定半径范围的区域内,在该特定半径范围的区域内,所述永磁体产生的磁场在检测面内的分量的旋转磁场相位角与永磁体旋转相位角呈线性变化关系。优选地,所述隧道磁阻角位移传感器包括两个彼此正交设置的单轴旋转传感器或惠斯通桥相对彼此90度旋转的双轴旋转传感器。优选地,所述永磁体所对应的检测面位于柱状圆环端面前方且平行于端面。优选地,所述隧道磁阻角位移传感器所在检测面与所述永磁体的柱状圆环端面之间的距离为l_5mm。优选地,所述第一永磁单元的磁化强度和第二永磁单元的磁化强度大小相同。优选地,所述永磁体柱状圆环结构的外径为3-200mm,内径为1-lOOmm,高度为l-50mmo根据本技术的再一方面,提供一种电子水表,包括多个计数单元和数字处理电路,所述每个计数单元包括:与转动轴连接的数字计数转轮,与所述数字计数转轮同轴安装的永磁体,和隧道磁阻角位移传感器,位于所述永磁体检测面上用于感测所述永磁体产生的磁场在该检测面内的分量并输出感测信号,相邻计数单元中的数字计数转轮旋转圈数是N: 1,N是大于I的整数,所述数字处理电路与每一隧道磁阻角位移传感器连接,将所述隧道磁阻角位移传感器的输出转换为数字读数,该永磁体具有柱状圆环结构,并包含第一永磁单元和第二永磁单元,所述第一永磁单元和第二永磁单元相对于直径截面几何对称,所述第一永磁单元的磁化强度和第二永磁单元的磁化强度平行于柱状圆环的轴向,且方向相反,或所述第一永磁单元的磁化强度和第二永磁单元的磁化强度垂直于所述直径截面,且方向平行一致,所述隧道磁阻角位移传感器位于所述永磁体的检测面内距离永磁体柱状圆环轴心特定半径范围的区域内,在该特定半径范围的区域内,所述永磁体产生的磁场在检测面内的分量的旋转磁场相位角与永磁体旋转相位角呈线性变化关系。优选地,所述隧道磁阻角位移传感器包括两个彼此正交设置的单轴旋转传感器或惠斯通桥相对彼此90度旋转的双轴旋转传感器。优选地,该电子水表进一步包括与所述数字处理电路连接的抄表接口。优选地,所 述永磁体所对应的检测面位于柱状圆环端面前方且平行于端面,与所述永磁体的柱状圆环端面之间的距离为1-5_。优选地,所述第一永磁单元的磁化强度和第二永磁单元的磁化强度大小相同。优选地,所述永磁体柱状圆环结构的外径为3 20mm,内径为高度为I IOmm0优选地,该电子水表包括2-10个计数单元。优选地,相邻计数单元中的数字计数转轮旋转圈数比是10:1。本技术具有如下有益效果:I)本技术采用的柱状圆环永磁体,结构简单,能够直接镶嵌在水表数字转轮内,减小对安装空间的要求。2)本技术采用的柱状圆环永磁体,包含两个简单永磁单元,其磁化组态简单,易于实现。3)本技术采用的柱状圆环永磁体,在检测面内存在检测磁场分量旋转相位角和永磁体旋转相位角之间具有线性关系的特定检测区域,满足隧道磁阻角位移传感器的测量要求。4)本技术采用的柱状圆环永磁体,检测面与端面距离,检测面内的特定检测区域与轴心的距离都可以在较大范围内变化,使得隧道磁阻角位移传感器的安装空间较为灵活。5)根据本技术的磁编码器和本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种角度磁编码器,该角度磁编码器包括:?数字转轮;?与所述数字转轮同轴固定安装的永磁体(100,300),?隧道磁阻角位移传感器,位于所述永磁体检测面上用于感测所述永磁体产生的磁场在该检测面内的分量并输出感测信号,以及?数字处理电路,用于根据来自所述隧道磁阻角位移传感器的感测信号计算并输出表征所述数字转轮旋转角度的代码,?其特征在于,?该永磁体(100,300)具有柱状圆环结构,并包含第一永磁单元(101,301)和第二永磁单元(102,302),所述第一永磁单元(101,301)和第二永磁单元(102,302)相对于直径截面(110,310)几何对称,?所述第一永磁单元(101,301)的磁化强度(103,303)和第二永磁单元(102,302)的磁化强度(104,304)平行于柱状圆环的轴向,且方向相反,或?所述第一永磁单元(101,301)的磁化强度(103,303)和第二永磁单元(102,302)的磁化强度(104,304)垂直于所述直径截面(110,310),且方向平行一致,?所述隧道磁阻角位移传感器位于所述永磁体的检测面内距离永磁体柱状圆环轴心特定半径范围的区域内,在该特定半径范围的区域内,所述永磁体产生的磁场在检测面内的分量的旋转磁场相位角(φ)与永磁体旋转相位角(α)呈线性变化关系。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:詹姆斯·G·迪克周志敏
申请(专利权)人:江苏多维科技有限公司
类型:实用新型
国别省市:

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