一种采用干簧管的多圈编码器及其判向计圈数的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多圈编码器及其判向计圈数的方法。
【背景技术】
[0002]多圈绝对值编码器能够使得单圈绝对值编码器的测量范围加大，使得测量单圈旋转位置的功能延伸至可以测量直线移动距离。多圈编码器的圈数计数方式多样，主要有齿轮结构计数结构，霍尔芯片计数及磁阻芯片计数等。由于带有齿轮结构，增加了编码器自身重量的同时，计数的准确性也取决于齿轮零件及相应分离码盘的加工精度。齿轮结构带来的复杂结构也带来产品可靠性风险。
[0003]霍尔芯片也有稳定特性不良，应用不具普遍性等缺点，相应磁铁设计复杂，磁阻器件只能输出模拟信号，会增加后续处理电路，造成电路复杂度增加。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种采用干簧管的多圈编码器及其判向计圈数的方法，以解决目前存在的结构复杂，稳定特性不良，可靠性差的问题。
[0005]本发明采取的技术方案是:编码器主体内安装两个轴承，轴承外圈与主体连接，轴承内圈与编码器轴连接，码盘安装在编码器轴上，PCB板安装于主体上，磁铁安装在编码器轴上，判向计数模块位于磁体上方的PCB板下部，单圈数据处理单元和计数处理单元分别位于PCB板上，电池为判向计数模块和计数处理单元供电。
[0006]所述判向计数模块包括用于探测磁铁磁场的I个、2个或3个干簧管，该干簧管按照径向或切向排列。
[0007]所述干簧管外部缠绕线圈。
[0008]所述判向计数模块包括I个干簧管时，对应磁铁为方形；
所述判向计数模块包括2个干簧管时，该2个干簧管之间呈90°排布，对应磁铁为半圆弧形；
所述判向计数模块包括3个干簧管时，其中的两个干簧管之间呈90°排布，对应磁铁为半圆弧形，另一个干簧管对应的磁铁为方形。
[0009]—种采用干簧管的多圈编码器的判向计圈数的方法，包括下列步骤:
(一)、向计数处理单元输出单圈数据:
单圈数据处理单元，探测由光源发射，经码盘调制的光信号，产生具有特定编码信息的电信号，作为单圈数据输出给计数处理单元的单圈数据模块；
(二)计数处理单元的判向及计数器计圈数输出多圈数据:
判向计数模块包括探测磁铁磁场的I个、2个或3个干簧管，该干簧管按照径向或切向排列，用于探测磁铁产生的磁场，输出信号给计数处理单元，用于判向和计数；
当采用一个干簧管时，通过判断干簧管信号到来时，单圈数据较前一单圈数据的增减判断旋转方向，从而对多圈数据进行加I圈或者减I圈操作； 当采用两个干簧管时，其中一个用来计数，另一个复用，根据两个相位相差90度的干簧管信号的不同输出逻辑状态组合判别编码器旋转方向，从而对多圈数据进行加I圈或者减I圈操作；
当采用三个干簧管时，一个用来计数，另外两个用来判向，两个相位相差90度的干簧管信号的不同输出逻辑状态组合判别编码器旋转方向，从而对多圈数据进行加I圈或者减I圈操作；
干簧管输出的信号输入计数处理单元的计数器，随着磁铁旋转，每当用于计数的干簧管探测到磁铁磁场，输出信号送入计数器计圈数输出多圈数据；
(三)在计数处理单元内，将单圈数据和多圈数据输入数据链合模块，通过判断当多圈数据发生变化:加I圈或者减I圈时，单圈数据所处的误差补偿范围，对单圈数据进行补偿，再同多圈数据相加，从而使多圈数据和单圈数据同步链合，输出全部测量数据。
[0010]所述使多圈数据和单圈数据同步链合的具体方法为:
以一圈分四个卦象，每卦象对应4个90度分区，单圈绝对位置值高两位代表四个分区状态，并以90度为最大误差补偿范围，00代表超前90度补偿范围，11表示滞后90度补偿范围，查询计数器状态，当有多圈数据计数发生时，先判断单圈数据高两位是否为00，查看是否误差在超前90度范围内，如果是就判断单圈数据是否为全0，如果是就同多圈数据做加法，链合成全数据输出给上位机，如果不是就存储当前值，此后每个数据减去这个当前值，再同多圈数据做加法输出给上位机；
如果单圈数据高两位不是00，则判断单圈数据是否与全I，如果是则每个单圈数据加I再加多圈数据输出给上位机，如果不是全I，则判断但全高两位是否为U，查看是否误差在滞后90度范围内，如果是，则用满数减去当前值，存储新值，此后每个值加此值再加I再加多圈数据输出给上位机，如果不是，存储辞职此值，此后每个值减去此值加多圈数据输出给上位机。
[0011]本发明的优点是采用I，2或3只干簧管实现编码器旋转圈数计数功能，干簧管探测随编码器轴旋转的磁场变化，切换打开闭合状态，从而接通和断开后续计数电路，从而计算编码器旋转圈数，为避免主供电电路断电情况下，计数数据丢失，外加一个电池，保持在断电情况下的计数功能，为了延长干簧管使用寿命，保证在通电情况下，没有开关动作，可在外部缠绕线圈，通过控制器控制干簧管的开关功能，解决了目前存在的结构复杂的问题，保证了稳定特性良好，可靠性高。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的结构示意图；
图2a是本发明判向计数模块中切向放置的I个干簧管，外圆表示编码器旋转圆周；
图2b是本发明判向计数模块中切向放置的2个干簧管，外圆表示编码器旋转圆周；
图2c是本发明判向计数模块中切向放置的3个干簧管，外圆表示编码器旋转圆周；
图3a是本发明判向计数模块中径向放置的I个干簧管，外圆表示编码器旋转圆周；
图3b是本发明判向计数模块中径向放置的2个干簧管，外圆表示编码器旋转圆周；
图3c是本发明判向计数模块中径向放置的3个干簧管，外圆表示编码器旋转圆周；
图4a是本发明I个磁铁分布图，夕卜圆表不编码器旋转圆周； 图4b是本发明2个磁铁分布图，夕卜圆表不编码器旋转圆周；
图4c是本发明3个磁铁分布图，夕卜圆表不编码器旋转圆周；
图5是本发明一只干簧管对应计数处理单元框图；
图6是本发明两只干簧管对应计数处理单元框图；
图7是本发明三只干簧管对应计数处理单元框图；
图8是本发明两只用于判别计数方向的干簧管在一转周期时序图；
图9是本发明两只用于判别计数方向的干簧管一转内判向逻辑状态图；
图10是本发明单圈数据和多圈数据链合模块流程图。
【具体实施方式】
[0013]编码器I主体内安装两个轴承2，轴承外圈与主体连接，轴承内圈与编码器轴3连接，码盘4安装在编码器轴上，PCB板5安装于主体上，磁铁6安装在编码器轴上，判向计数模块7位于磁体上方的PCB板下部，单圈数据处理单元8和计数处理单元9分别位于PCB板上，电池10为判向计数模块和计数处理单元供电。
[0014]所述判向计数模块包括用于探测磁铁磁场的I个、2个或3个干簧管701，该干簧管按照径向或切向排列。
[0015]所述干簧管外部缠绕线圈702。
[0016]所述判向计数模块包括I个干簧管时，对应磁铁为方形；
所述判向计数模块包括2个干簧管时，该2个干簧管之间呈90°排布，对应磁铁为半圆弧形；
所述判向计数模块包括3个干簧管时，其中的两个干簧管之间呈90°排布，对应磁铁为半圆弧形，另一个干簧管对应的磁铁为方形。
[0017]—种采用干簧管的多圈编码器的判向计圈数的方法，包括下列步骤:
(一)、向计数处理单元输出单圈数据:
单圈数据处理单元，探测由光源发射，经码盘调制的光信号，产生具有特定编码信息的电信号，