基于双速感应同步机的绝对值旋转编码器的制造方法
【专利摘要】一种基于双速感应同步机的绝对值旋转编码器，该编码器包括检测部分、控制与传输部分；检测部分采用双速感应同步机，控制与传输部分包括DC/DC电源电路、激磁信号产生电路、低频滤波与功率放大电路、微信号调理电路、正余弦-数字信号转换电路和微处理器系统；外部输入+5V电源信号后，通过DC/DC电源电路转换出三路电源信号供后级系统工作，旋转编码器内部微处理器系统输出原始激磁信号，通过激磁电流-电压信号转换电路、低频滤波与功率放大电路后生成激磁信号，供给双速感应同步机；通过微处理器系统处理后实现角度输出。本发明不但分辨率高，精度高，而且可靠性好，适应性强。满足对可靠性要求更高的场合领域要求。
【专利说明】基于双速感应同步机的绝对值旋转编码器
【技术领域】
[0001] 本发明是属于机电一体化、传感器测量【技术领域】，特别是一种基于双速感应同步 机的绝对值旋转编码器。
【背景技术】
[0002] 旋转编码器是用来检测角度、位置、速度和加速度的传感器，适用于各种自动化控 制系统，主要应用于电梯、数控机床、机械、电力、水利、轨道交通、风电、雷达、卫星等领域。
[0003] 旋转编码器分为绝对值和增量式两种，因为绝对值旋转编码器可以测量系统的绝 对位置，不受是否带电等因素影响，所以在各行业中得到了越来越多的应用。而常见的绝 对值旋转编码器是基于光学码盘和感光读数系统的光电式绝对值旋转编码器，具有分辨率 高、精度高等特点。但是现有的光电式旋转编码器中的光学码盘多数采用光学玻璃制作，而 感光读数系统也属敏感器件，所以造成了光电式旋转编码器可靠性差，适应性不强，不利在 对可靠性要求较高的行业领域中推广应用。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种基于双速感应同步 机的绝对值旋转编码器，它能实现测量的角度信号输出，且分辨率高，精度高，可靠性强，适 应性好。
[0005] 本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种基于 双速感应同步机的绝对值旋转编码器，其特点是：该旋转编码器包括检测部分、控制与传输 部分；检测部分采用双速感应同步机，控制和传输部分包括DC/DC电源电路，激磁信号产生 电路，低频滤波与功率放大电路，微信号调理电路，正余弦-数字信号转换电路，微处理器 系统。外部输入+5V电源信号后，通过DC/DC电源电路转换出三路电源信号供后级系统工 作，绝对值旋转编码器内部微处理器系统输出原始激磁信号，通过激磁电流-电压信号转 换电路、低频滤波与功率放大电路后生成激磁信号，供给双速感应同步机。绝对值旋转编 码器轴系跟随外部系统旋转，生成对应角度信息的正余弦信号，经过微信号调理电路、正余 弦-数字信号转换电路生成角度数字信号，通过微处理器系统处理后实现角度输出。
[0006] 本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方法方案来进一步实现的。以上所 述的基于双速感应同步机的绝对值旋转编码器，其特点是：该旋转编码器呈一体化机电结 构，采用全空心结构，两侧留有支架，可用于柔性定位，空心轴部分有定位孔作为转轴固定， 外部连接线采用侧面出线；内部通过限位台阶和限位螺钉对电路板进行固定。
[0007] 本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方法方案来进一步实现的。以上 所述的基于双速感应同步机的绝对值旋转编码器，其特点是：所述的双速感应同步机在外 壳上固定定子，在转轴上固定转子，采用连续式绕组激磁输入，分段式绕组鉴幅输出，使用 滑环作为电气接触，通过定子基板引出粗精两通道正余弦信号线，通过转子基板引出激磁 信号线，两类引线分两侧引出，粗精两个通道速比为1 :90?360 ;该旋转编码器实现输出 16?24位分辨率角度数字信号，转换精度达到5"?20"。
[0008] 当转子激磁绕组通过正弦激磁信号t/ = 17 sin ,粗、精 通道的定子分段绕组感应出感应电动势，通过函数变压器对粗、精通道定子 正弦绕组和余弦绕组输出的电动势进行变换运算后产生最终的信号输出 I m
【权利要求】
1. 一种基于双速感应同步机的绝对值旋转编码器，其特征在于：该编码器包括检测部 分、控制与传输部分；检测部分采用双速感应同步机，控制与传输部分包括DC/DC电源电 路、激磁信号产生电路、低频滤波与功率放大电路、微信号调理电路、正余弦-数字信号转 换电路和微处理器系统；外部输入+5V电源信号后，通过DC/DC电源电路转换出三路电源信 号供后级系统工作，旋转编码器内部微处理器系统输出原始激磁信号，通过激磁电流-电 压信号转换电路、低频滤波与功率放大电路后生成激磁信号，供给双速感应同步机；旋转编 码器轴系跟随外部系统旋转，生成对应角度信息的正余弦信号，经过微信号调理电路、正余 弦-数字信号转换电路生成角度数字信号，通过微处理器系统处理后实现角度输出。
2. 根据权利要求1所述的旋转编码器，其特征在于：该旋转编码器呈一体化机电结构， 采用全空心结构，两侧留有支架，可用于柔性定位，空心轴部分有定位孔作为转轴固定，夕卜 部连接线采用侧面出线；内部通过限位台阶和限位螺钉对电路板进行固定。
3. 根据权利要求1所述的旋转编码器，其特征在于：所述的双速感应同步机在外壳上 固定定子，在转轴上固定转子，采用连续式绕组激磁输入，分段式绕组鉴幅输出，使用滑环 作为电气接触，通过定子基板引出粗精两通道正余弦信号线，通过转子基板引出激磁信号 线，两类引线分两侧引出，粗精两个通道速比为1 :90?360 ;该旋转编码器实现输出16? 24位分辨率角度数字信号，转换精度达到5"?20"。
4. 根据权利要求1或2或3所述的旋转编码器，其特征在于：所述的激磁信号产生电 路通过使用定时器和预设波形数值查表来控制DA寄存器存入数据，进而通过DA输出分段 台阶式正弦电流激磁信号；后级电流-电压信号转换电路将分段台阶式电流信号通过采样 变换输出分段台阶式正弦电压信号。
5. 根据权利要求1或2或3所述的旋转编码器，其特征在于：其中DC/DC电源电路采 用多路DC转换，外部输入+5V电源信号时，内部通过多路转换产生+5V、-5V、+3. 3V三路DC 电源。
6. 根据权利要求1或2或3所述的旋转编码器，其特征在于：所述的低频滤波与功率 放大电路处理分段台阶正弦电压信号，通过二阶低通滤波，滤除高频干扰；将信号进行偏置 放大得到一路激磁信号Ukh，为防止两路激磁信号Ukh和Ui之间不同步产生较大相位差，另 一路激磁信号U%通过对Ueh进行隔直反向运算得到；这样实现连续式正弦电压激磁信号。
7. 根据权利要求1或2或3所述的旋转编码器，其特征在于：所述的微信号调理电路， 采用两级放大运算，第一级运算放大667倍，第二级运算放大3倍，两级放大2000倍将粗、 精通道的正余弦信号放大为可处理信号；信号后级使用二阶带通滤波器滤除低频和高频 的噪音、杂波干扰；正余弦-数字信号转换电路，采用两路R/D转换，将粗通道正余弦信号 CS1~CS4转换为10位数字角度信号，将精通道正余弦信号FS1~FS4转换为12位数字角度信 号。
8. 根据权利要求1或2或3所述的旋转编码器，其特征在于：正余弦-数字信号转换 电路，粗通道采用10位分辨率，跟踪速度采用800rps，带宽采用1000Hz，将粗通道正余弦信 号CS1~CS4转换为10位数字角度信号，精通道采用12位分辨率，跟踪速度采用500rps，带 宽采用1000Hz，将，将精通道正余弦信号FS1~FS4转换为12位数字角度信号。
9. 根据权利要求1或2或3所述的旋转编码器，其特征在于：所述的微处理器系统包 括系统监控电路和系统软件部分；微处理器通过总线控制读取粗精两通道数据，其中粗通 道10位分辨率数据，精通道12位分辨率数据；取粗通道数据的低4位和精通道数据的高4 位进行象限区分和纠错补偿处理，通过组合纠错补偿后得到16位角度位置数据；当外部控 制设备在向旋转编码器通信取数时，微处理器通过接口协议配置向外传输16位角度位置 数据。
【文档编号】G01D5/12GK104316085SQ201410656831
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】高文政, 徐磊, 韩彬, 杜雪珍, 石洪, 林海军, 沈孟龙, 张永浩, 高虎, 赵斐彩 申请人:连云港杰瑞电子有限公司