一种被动唤醒式多圈编码器及工作方法与流程

本发明涉及多圈编码器技术领域，

尤其是，本发明涉及一种被动唤醒式多圈编码器及工作方法。

背景技术：

编码器是一个精密的位置测量传感器，用来测量位移或者角度，通过模拟量或者数字量表征所测对象。

现有的机械多圈编码器成本高、寿命短。传统的电子多圈编码器在外部电源停止供电后，转动圈数数据丢失，编码器重新工作时，圈数数据将会重新归为默认值。

在编码器处于静止或者库存状态下时，需要定期唤醒，以确认编码器是否产生旋转，根据香农采样定理，为了正确可靠计数，计数单元的唤醒频率必须大于编码器在旋转过程中的多圈脉冲信号频率的两倍，实际工程中为了确保可靠，在10倍左右。这样大大增加了编码器的功耗，且多圈编码器的功耗决定备用电源的寿命，那么编码器的使用寿命会受到很大影响。

例如中国专利发明专利cn103940457a涉及一种电子式多圈编码器计圈的低功耗的实现方法，属于一种编码器计圈的低功耗实现方法。采用带有单圈游标码绝对位置信息和多圈两位格雷码信息的光栅，多圈计数部份与单圈部份独立工作，多圈计数部份以间歇方式工作，在工作时间t1内，多圈计数部份驱动发光管和光电接收器工作，而在“休眠”状态下，多圈计数部份停止向光电接收器和发光管供电，上述发明的优点是，在掉电后，功耗低，能在编码器转动的情况下长时间计录转动圈数。

但是这种方式下，必须根据香农采样定理，每次采用主动唤醒，将会消耗多余的功耗，多圈编码器的功耗依旧不够低，且反复主动唤醒和休眠会引起计数的误差或故障。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种更加低功耗，甚至是超低功耗的，使用寿命大大延长的多圈编码器。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案得以实现的：

一种被动唤醒式多圈编码器，包括转轴、沿所述转轴轴心旋转的编码器码盘、设置于所述转轴上的磁性件以及位于所述磁性件的磁场范围内的磁感应器件，所述磁感应器件包括第一磁感应器件和第二磁感应器件，所述第一磁感应器件和第二磁感应器件均设置于电路板上，所述电路板上设置有与所述磁感应器件电连接的计数单元。

优选地，所述磁感应器件为隧道磁阻元件。

优选地，所述磁性件为环形磁性件。

优选地，所述磁性件的旋转中心与转轴的旋转中心在同一轴线上。

优选地，所述电路板与所述编码器码盘大体平行。

优选地，所述第一磁感应器件和第二磁感应器件的数量均至少为一个。

优选地，所述第一磁感应器件的轴线方向和第二磁感应器件的轴线方向所成的夹角范围为180°以外的任意角度。

优选地，所述第一磁感应器件的轴线方向和第二磁感应器件的轴线方向所成的夹角范围为80°至100°为弧形。

本发明的另一目的在于为了扩大本发明一种被动唤醒式多圈编码器的保护范围，提出一种被动唤醒式多圈编码器的工作方法，包括以下步骤：

s1：将磁感应器件设置于磁性件的磁场范围内；

s2：磁感应器件对磁场强度进行监测；

s3：当磁性件发生转动时，磁感应器件感知磁场强度变化后，电平发生变化，同步唤醒计数单元工作；

s4：当磁性件停止转动时，磁感应器件的电平停止变化，计数单元进入休眠状态，返回步骤s2。

优选地，执行步骤s1之前，将磁感应器件设置为隧道磁阻元件。

优选地，执行步骤s3时，唤醒多圈计数单元进行计数，唤醒频率实时跟随旋转速度。

本发明一种被动唤醒式多圈编码器及工作方法有益效果在于：采用被动唤醒，有效降低功耗，编码器的使用寿命长。

附图说明

图1为本发明一个实施例的整体结构示意图；

图2为本发明一个实施例的电路板的结构示意图；

图3为本发明一个实施例的磁性件的极性结构示意图；

图4为本发明一个实施例的工作方法的流程示意图；

图中：1、转轴，2、编码器码盘，3、磁性件，4、电路板，5、磁感应器件，51、第一磁感应器件，52、第二磁感应器件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

在编码器处于静止或者库存状态下时，需要定期唤醒，以确认编码器是否产生旋转，根据香农采样定理，为了正确可靠计数，计数单元的唤醒频率必须大于编码器在旋转过程中的多圈脉冲信号频率的两倍，实际工程中为了确保可靠，在10倍左右。这样大大增加了编码器的功耗，且多圈编码器的功耗决定备用电源的寿命，那么编码器的使用寿命会受到很大影响。

实施例一：如图1至4所示，仅为本发明的其中一个实施例，一种被动唤醒式多圈编码器，包括转轴1、沿所述转轴1轴心旋转的编码器码盘2、设置于所述转轴1上的磁性件3以及位于所述磁性件3的磁场范围内的磁感应器件5，所述磁感应器件5包括第一磁感应器件51和第二磁感应器件52，所述第一磁感应器件51和第二磁感应器件52均设置于电路板4上，所述电路板4上设置有与所述磁感应器件5电连接的计数单元。

编码器的转动会带动转轴1的转动，从而引起磁性件3的转动，磁场强度将会产生变化，磁性件3磁场范围内的磁感应器件5对变化的磁场强度进行收集，空间中任一点的磁场强度发生的周期性变化会引起磁敏元件输出的电压信号或磁敏电阻阻抗发生同样规律的周期性变化，这些电子信号上传到计数单元，完成计数。

本发明的重点在于，所述磁感应器件5为隧道磁阻元件。

采用隧道磁电阻效应，隧道电流和隧道电阻依赖于两个铁磁层磁化强度的相对取向，当磁化方向发生变化时，隧穿电阻发生变化。

隧道磁阻元件具有更好的温度稳定性，更高的灵敏度，更低的功耗，更好的线性度，在此同时，还不需要额外的聚磁环结构，而且不需要额外的set/reset线圈结构。

磁感应器件5为隧道磁阻元件，在编码器处于静止状态下时，磁感应器件5处于极低功耗状态，即为进入休眠。

当编码器旋转时，转轴1上的环形的磁性件3会随着转轴1同步旋转，磁感应器件5感知磁场强度变化后，电平发生变化，从而触发计数单元工作，工作完毕后，整个系统再次恢复到极低功耗状态。

这样通过被动唤醒的方式来运行多圈编码器，整体功耗得到大大的降低，使用寿命会得到延长的情况下，依然可以时刻精准的进行计数。

实施例二，如图1至3所示，仅为本发明的其中一个实施例，在本发明中，电路板4的设置有多种可能：

比如，电路板4与编码器码盘2大体平行；

此时电路板4处于编码器码盘2上方或者下方，位于磁性件3磁场范围内的部分较多，结构比较简单。

或者，电路板4与编码器码盘2垂直设置；

此时电路板3由电路板支架支撑，电路板支架则处于编码器码盘侧面，电路板支架则与安装机台固定连接，结构比较稳定。

总的来说，电路板4与编码器2之间所成的角度范围为0°至180°。

根据编码器的规格、材料和使用区别，可以选择不同的设置方向，仅仅需要改动电路板4的放置方向即可。

实施例三，如图1至3所示，仅为本发明的其中一个实施例，为了上述多圈编码器更好地进行计数，还有其他设计。

首先，所述磁性件3为环形磁性件。

隧道电流和隧道电阻依赖于两个铁磁层磁化强度的相对取向，当磁化方向发生变化时，隧穿电阻发生变化，磁性件3可以为多个磁极的极性结构，达到两个磁层的磁场效应，使得编码器转动时，磁场的变化更易引起磁感应器件5的电平变化。

而且，所述磁性件3的旋转中心与转轴1的旋转中心在同一轴线上。

实际上，转轴1也可以为磁性件。转轴1自身的转动，也可以直接起到唤醒计数单元的作用。

那样磁场强度辨识的误差会更小，编码器计数更精准。

然后，所述第一磁感应器件51和所述第二磁感应器件52的数量均至少为一个。

磁感应器件5至少有两个，用来辨别磁场旋转的方向。抗干扰能力增强，唤醒计数对编码器转动的计数更加精确。

其中，所述第一磁感应器件51的轴线方向和第二磁感应器件52的轴线方向所成的夹角范围为180°以外的任意角度。

也就是说，第一磁感应器件51和第二磁感应器件52之间有一定的角度，那么对磁场的变化，抗干扰能力更强。

如果要达到最佳的检测角度，所述第一磁感应器件51的轴线方向和第二磁感应器件52的轴线方向所成的夹角范围为80°至100°。

所述第一磁感应器件51的轴线方向和第二磁感应器件52的轴线方向所成的夹角接近90°为宜，此时的抗干扰能力最佳，此角度之下。当其中一个磁感应器件位于磁场南极中心处时，另一个磁感应器件位于磁场北极边缘，对于编码器的转动和磁场强度的变化感应最灵敏，最有效的对计数单元进行唤醒和工作，不容易出错。

实施例四，如图4所示，仅为本发明的其中一个实施例，

本发明的还提出一种被动唤醒式多圈编码器的工作方法，此工作方法包括以下步骤：

s1：将磁感应器件设置于磁性件的磁场范围内；

s2：磁感应器件对磁性件的磁场强度进行监测；

此时的磁感应器件应该为超低功耗的状态，对磁性件的磁场变化起到监测作用。

s3：当磁性件发生转动时，磁感应器件感知磁场强度的变化后，电平发生变化，同步唤醒计数单元工作；

当编码器旋转时，编码器码盘2上环形磁性件随着转轴1同步旋转，磁感应器件5感知磁场变化后，电平发生变化，从而触发计数单元工作。

s4：当磁性件停止转动时，磁感应器件电平停止变化，计数单元进入休眠状态，返回步骤s2。

也就是，计数单元工作完毕后，当磁性件停止转动时，磁场强度也停止变化，磁感应器件电平停止变化，那么整个系统再次恢复到极低功耗状态，磁感应器件继续对磁性件的磁场变化起到监测作用。

上述方法中，执行步骤s1之前，将磁感应器件设置为隧道磁阻元件。

隧道电流和隧道电阻依赖于两个铁磁层磁化强度的相对取向，当磁化方向发生变化时，隧穿电阻发生变化。

当编码器旋转时，磁感应器件5感知磁场变化后，电平发生变化，从而触发计数单元工作。

上述方法中，执行步骤s3时，唤醒多圈计数单元进行计数，唤醒频率实时跟随旋转速度。

实际上，唤醒频率也就是功耗与编码器的旋转速度呈线性关系，随着编码器的旋转速度的变大，唤醒频率也越高。

也就是，编码器转动越快，消耗的电流越大，计数单元的计数频次越高，这样可以根据编码器的转速，来相应进行计数。计数的效率和精度更高。

本发明一种被动唤醒式多圈编码器及工作方法采用被动唤醒，有效降低功耗，编码器的使用寿命长。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。