基于雙速感應(yīng)同步機(jī)的絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器的制造方法
【專利摘要】一種基于雙速感應(yīng)同步機(jī)的絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器，該編碼器包括檢測部分、控制與傳輸部分；檢測部分采用雙速感應(yīng)同步機(jī)，控制與傳輸部分包括DC/DC電源電路、激磁信號產(chǎn)生電路、低頻濾波與功率放大電路、微信號調(diào)理電路、正余弦-數(shù)字信號轉(zhuǎn)換電路和微處理器系統(tǒng)；外部輸入+5V電源信號后，通過DC/DC電源電路轉(zhuǎn)換出三路電源信號供后級系統(tǒng)工作，旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)部微處理器系統(tǒng)輸出原始激磁信號，通過激磁電流-電壓信號轉(zhuǎn)換電路、低頻濾波與功率放大電路后生成激磁信號，供給雙速感應(yīng)同步機(jī)；通過微處理器系統(tǒng)處理后實(shí)現(xiàn)角度輸出。本發(fā)明不但分辨率高，精度高，而且可靠性好，適應(yīng)性強(qiáng)。滿足對可靠性要求更高的場合領(lǐng)域要求。
【專利說明】基于雙速感應(yīng)同步機(jī)的絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是屬于機(jī)電一體化、傳感器測量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于雙速感應(yīng)同步 機(jī)的絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器。

【背景技術(shù)】
[0002] 旋轉(zhuǎn)編碼器是用來檢測角度、位置、速度和加速度的傳感器，適用于各種自動化控 制系統(tǒng)，主要應(yīng)用于電梯、數(shù)控機(jī)床、機(jī)械、電力、水利、軌道交通、風(fēng)電、雷達(dá)、衛(wèi)星等領(lǐng)域。
[0003] 旋轉(zhuǎn)編碼器分為絕對值和增量式兩種，因為絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器可以測量系統(tǒng)的絕 對位置，不受是否帶電等因素影響，所以在各行業(yè)中得到了越來越多的應(yīng)用。而常見的絕 對值旋轉(zhuǎn)編碼器是基于光學(xué)碼盤和感光讀數(shù)系統(tǒng)的光電式絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器，具有分辨率 高、精度高等特點(diǎn)。但是現(xiàn)有的光電式旋轉(zhuǎn)編碼器中的光學(xué)碼盤多數(shù)采用光學(xué)玻璃制作，而 感光讀數(shù)系統(tǒng)也屬敏感器件，所以造成了光電式旋轉(zhuǎn)編碼器可靠性差，適應(yīng)性不強(qiáng)，不利在 對可靠性要求較高的行業(yè)領(lǐng)域中推廣應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于雙速感應(yīng)同步 機(jī)的絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器，它能實(shí)現(xiàn)測量的角度信號輸出，且分辨率高，精度高，可靠性強(qiáng)，適 應(yīng)性好。
[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明是一種基于 雙速感應(yīng)同步機(jī)的絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器，其特點(diǎn)是：該旋轉(zhuǎn)編碼器包括檢測部分、控制與傳輸 部分；檢測部分采用雙速感應(yīng)同步機(jī)，控制和傳輸部分包括DC/DC電源電路，激磁信號產(chǎn)生 電路，低頻濾波與功率放大電路，微信號調(diào)理電路，正余弦-數(shù)字信號轉(zhuǎn)換電路，微處理器 系統(tǒng)。外部輸入+5V電源信號后，通過DC/DC電源電路轉(zhuǎn)換出三路電源信號供后級系統(tǒng)工 作，絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)部微處理器系統(tǒng)輸出原始激磁信號，通過激磁電流-電壓信號轉(zhuǎn) 換電路、低頻濾波與功率放大電路后生成激磁信號，供給雙速感應(yīng)同步機(jī)。絕對值旋轉(zhuǎn)編 碼器軸系跟隨外部系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，生成對應(yīng)角度信息的正余弦信號，經(jīng)過微信號調(diào)理電路、正余 弦-數(shù)字信號轉(zhuǎn)換電路生成角度數(shù)字信號，通過微處理器系統(tǒng)處理后實(shí)現(xiàn)角度輸出。
[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下的技術(shù)方法方案來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)的。以上所 述的基于雙速感應(yīng)同步機(jī)的絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器，其特點(diǎn)是：該旋轉(zhuǎn)編碼器呈一體化機(jī)電結(jié) 構(gòu)，采用全空心結(jié)構(gòu)，兩側(cè)留有支架，可用于柔性定位，空心軸部分有定位孔作為轉(zhuǎn)軸固定， 外部連接線采用側(cè)面出線；內(nèi)部通過限位臺階和限位螺釘對電路板進(jìn)行固定。
[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下的技術(shù)方法方案來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)的。以上 所述的基于雙速感應(yīng)同步機(jī)的絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器，其特點(diǎn)是：所述的雙速感應(yīng)同步機(jī)在外 殼上固定定子，在轉(zhuǎn)軸上固定轉(zhuǎn)子，采用連續(xù)式繞組激磁輸入，分段式繞組鑒幅輸出，使用 滑環(huán)作為電氣接觸，通過定子基板引出粗精兩通道正余弦信號線，通過轉(zhuǎn)子基板引出激磁 信號線，兩類引線分兩側(cè)引出，粗精兩個通道速比為1 :90?360 ;該旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)現(xiàn)輸出 16?24位分辨率角度數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換精度達(dá)到5"?20"。
[0008] 當(dāng)轉(zhuǎn)子激磁繞組通過正弦激磁信號t/ = 17 sin ,粗、精 通道的定子分段繞組感應(yīng)出感應(yīng)電動勢，通過函數(shù)變壓器對粗、精通道定子 正弦繞組和余弦繞組輸出的電動勢進(jìn)行變換運(yùn)算后產(chǎn)生最終的信號輸出 I m

【權(quán)利要求】
1. 一種基于雙速感應(yīng)同步機(jī)的絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于：該編碼器包括檢測部 分、控制與傳輸部分；檢測部分采用雙速感應(yīng)同步機(jī)，控制與傳輸部分包括DC/DC電源電 路、激磁信號產(chǎn)生電路、低頻濾波與功率放大電路、微信號調(diào)理電路、正余弦-數(shù)字信號轉(zhuǎn) 換電路和微處理器系統(tǒng)；外部輸入+5V電源信號后，通過DC/DC電源電路轉(zhuǎn)換出三路電源信 號供后級系統(tǒng)工作，旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)部微處理器系統(tǒng)輸出原始激磁信號，通過激磁電流-電 壓信號轉(zhuǎn)換電路、低頻濾波與功率放大電路后生成激磁信號，供給雙速感應(yīng)同步機(jī)；旋轉(zhuǎn)編 碼器軸系跟隨外部系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，生成對應(yīng)角度信息的正余弦信號，經(jīng)過微信號調(diào)理電路、正余 弦-數(shù)字信號轉(zhuǎn)換電路生成角度數(shù)字信號，通過微處理器系統(tǒng)處理后實(shí)現(xiàn)角度輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于：該旋轉(zhuǎn)編碼器呈一體化機(jī)電結(jié)構(gòu)， 采用全空心結(jié)構(gòu)，兩側(cè)留有支架，可用于柔性定位，空心軸部分有定位孔作為轉(zhuǎn)軸固定，夕卜 部連接線采用側(cè)面出線；內(nèi)部通過限位臺階和限位螺釘對電路板進(jìn)行固定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于：所述的雙速感應(yīng)同步機(jī)在外殼上 固定定子，在轉(zhuǎn)軸上固定轉(zhuǎn)子，采用連續(xù)式繞組激磁輸入，分段式繞組鑒幅輸出，使用滑環(huán) 作為電氣接觸，通過定子基板引出粗精兩通道正余弦信號線，通過轉(zhuǎn)子基板引出激磁信號 線，兩類引線分兩側(cè)引出，粗精兩個通道速比為1 :90?360 ;該旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)現(xiàn)輸出16? 24位分辨率角度數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換精度達(dá)到5"?20"。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于：所述的激磁信號產(chǎn)生電 路通過使用定時器和預(yù)設(shè)波形數(shù)值查表來控制DA寄存器存入數(shù)據(jù)，進(jìn)而通過DA輸出分段 臺階式正弦電流激磁信號；后級電流-電壓信號轉(zhuǎn)換電路將分段臺階式電流信號通過采樣 變換輸出分段臺階式正弦電壓信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于：其中DC/DC電源電路采 用多路DC轉(zhuǎn)換，外部輸入+5V電源信號時，內(nèi)部通過多路轉(zhuǎn)換產(chǎn)生+5V、-5V、+3. 3V三路DC 電源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于：所述的低頻濾波與功率 放大電路處理分段臺階正弦電壓信號，通過二階低通濾波，濾除高頻干擾；將信號進(jìn)行偏置 放大得到一路激磁信號Ukh，為防止兩路激磁信號Ukh和Ui之間不同步產(chǎn)生較大相位差，另 一路激磁信號U%通過對Ueh進(jìn)行隔直反向運(yùn)算得到；這樣實(shí)現(xiàn)連續(xù)式正弦電壓激磁信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于：所述的微信號調(diào)理電路， 采用兩級放大運(yùn)算，第一級運(yùn)算放大667倍，第二級運(yùn)算放大3倍，兩級放大2000倍將粗、 精通道的正余弦信號放大為可處理信號；信號后級使用二階帶通濾波器濾除低頻和高頻 的噪音、雜波干擾；正余弦-數(shù)字信號轉(zhuǎn)換電路，采用兩路R/D轉(zhuǎn)換，將粗通道正余弦信號 CS1~CS4轉(zhuǎn)換為10位數(shù)字角度信號，將精通道正余弦信號FS1~FS4轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字角度信 號。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于：正余弦-數(shù)字信號轉(zhuǎn)換 電路，粗通道采用10位分辨率，跟蹤速度采用800rps，帶寬采用1000Hz，將粗通道正余弦信 號CS1~CS4轉(zhuǎn)換為10位數(shù)字角度信號，精通道采用12位分辨率，跟蹤速度采用500rps，帶 寬采用1000Hz，將，將精通道正余弦信號FS1~FS4轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字角度信號。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于：所述的微處理器系統(tǒng)包 括系統(tǒng)監(jiān)控電路和系統(tǒng)軟件部分；微處理器通過總線控制讀取粗精兩通道數(shù)據(jù)，其中粗通 道10位分辨率數(shù)據(jù)，精通道12位分辨率數(shù)據(jù)；取粗通道數(shù)據(jù)的低4位和精通道數(shù)據(jù)的高4 位進(jìn)行象限區(qū)分和糾錯補(bǔ)償處理，通過組合糾錯補(bǔ)償后得到16位角度位置數(shù)據(jù)；當(dāng)外部控 制設(shè)備在向旋轉(zhuǎn)編碼器通信取數(shù)時，微處理器通過接口協(xié)議配置向外傳輸16位角度位置 數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G01D5/12GK104316085SQ201410656831
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】高文政, 徐磊, 韓彬, 杜雪珍, 石洪, 林海軍, 沈孟龍, 張永浩, 高虎, 趙斐彩 申請人:連云港杰瑞電子有限公司