专利名称：：高精度磁性编码器的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及一种工业控制
技术领域：
的装置，具体是一种高精度磁性编码器。
背景技术：
：数字式传感器中，磁性编码器是近年发展起来的一种新型电磁元件，它是随着光学编码器的发展而发展起来的。光学编码器的主要优点是对潮湿气体和污染敏感，但可靠性差，而磁性编码器不易受尘埃和结露影响，同时其结构简单紧凑，可高速运转，响应速度快(达500700kHz)，体积比光学式编码器小，而成本更低，且易将多个元件精确地排列组合，比用光学元件和半导体磁敏元件更容易构成新功能器件和多功能器件。此外，采用双层布线工艺，还能使磁性编码器不仅具有一般编码器仅有的增量信号及增量信号和指数信号输出，还具有绝对信号输出功能。所以，尽管目前约占90%的编码器均为光学编码器，但毫无疑问，在未来的运动控制系统中，磁性编码器的用量将逐渐增多。由于磁性编码器具有上述诸多优点，因而近年来在高精度测量和控制领域中的应用不断增加，从数控机床、机器人、工厂自动化相关设备的位置检测、传输速度控制到磁盘、打印机一类办公自动化设备、通信机、测量仪表等各个领域旋转量(位置、速度、角度等)的检测和控制，作为一种重要工具，磁性编码器已成为必不可少的组成部分，其市场需求量每年以20%30%的速度增长。在高速度、高精度、小型化、长寿命的要求下，在激烈的市场竞争中，磁性编码器以其突出特点而独具优势，成为发展高技术产品的关键之一。磁性编码器和控制微型计算机一体化，有利于简化控制系统结构、减少元件数和占空体积，这是编码器应用和控制系统发展的方向。如图1所示，现有技术中，磁性编码器的工作原理是利用霍尔元器件去检测器件上方磁铁的磁场的变化，输出磁铁的角度的SINCOS值，然后利用后面的算法处理及相关的AD转换，最后得到磁铁的绝对或相对角度值，并通过各种运算，给出多种输出方式。在磁性编码器的工作过程中，由于温度，磁铁偏心,及相关芯片敏感性等问题会导致在磁铁静止时，该器件也有一定的脉冲输出，这样就导致客户的后端产品误判断，从而影响整个产品的性能。以往的磁性编码器多数是小型、分辨力低、价格低的产品，要使之完全替代高精度的光学编码器，还有许多问题需要解决。首先，磁性编码器有漂移的问题，在静止的状态下，它也会有脉冲输出，这样一来就会给客户应用带来问题。其次，现在市场上的磁性编码器精度最高只能达到2048卯r，这样就限制了磁性编码器的应用。最后，现有磁性编码器只能提供2的整数倍的脉冲数。
实用新型内容本实用新型的目的是针对上述现有技术中的不足，提出了一种高精度磁性编码器，以解决磁性编码器固有的漂移及分辨率低的问题。本实用新型是通过如下技术方案实现的，本实用新型包括磁铁、霍尔元件IC芯片、连接所述霍尔元件IC芯片的第一数字信号处理器、连接所述第一数字信号处理器的AD转换器、连接所述AD转换器的第二数字信号处理器，其中所述霍尔元件IC芯片负责检测器件上方磁铁的磁场的变化，输出磁铁的角度的SIN值和COS值；所述第一数字信号处理器，根据SIN值和COS值求得角度值，并将角度值传输给AD转换器；所述AD转换器将角度值的模拟信息量转换为数字信息量；所述第二数字信号处理器将AD转换器传送过来的数字信息量进一步转换为二进制的值。所述AD转换器，釆用大于13位的高精度AD转换芯片，以解决编码器产品分辨率低的瓶颈。现有技术中，由于芯片供应商工艺，算法及IP的限制，只集成了最高到13位的AD转换，本实用新型中采用了外围的高精度AD芯片，然后利用DSP进行处理，就可以得到分辨率高很多的产品。所述第一数字信号处理器，其负责根据SIN值和COS值求得角度值，求取角度值的表达式具体如下A^肌40艮+2《*—")、〔O#cos+2*acos*cos(o0J其中，A表示测量角度，a为磁铁的旋转角度，asin，a。。s分别表示sin和cos信号的最大幅度值，4>表示sin-和cos-信号与理想相移的偏差值，0ffssin,0ffs。。s分别表示sin和cos信号的幅度偏差。所述第二数字信号处理器将获得的自然二进制输入MCU(微程序控制器)，由MCU将二进制形式数据处理后，得到并行的数据，以方便客户与现有的光电编码器的输出方式相兼容。所述第二数字信号处理器，其输出的信号通过RC振荡电路，RC振荡电路的精度为5%，通过较小的误差以减少对P丽的采样率和P丽的脉宽的影响，并通过测量P丽的脉宽U和t禮及脉宽周期，得到大概±0.5°的精度，具体如下12-bitP丽Position=((t。nX4097)/(t。n+t。ff))_1。所述第二数字信号处理器，其输出的信号通过外部有源或无源低通滤波器，滤波器对PWM信号取平均值，产生模拟输出。所述第二数字信号处理器，其接收到角度绝对数值后，利用査补的算法，得到相应的增量ABZ输出方式，这种方式与光电编码器的输出方式吻合。因此可替换这一类的编码器。与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果本实用新型解决了现有技术中磁性编码器的漂移问题，同时提高了磁性编码器的精度，扩大了磁性编码器的应用范围，相比现有的磁性编码器拥有更为广阔的应用前景。图1为现有技术中的磁性编码器的工作原理图2为本实用新型的结构框图3为本实用新型实施例中编码器的结构示意图图中，图(a)为主视图，(b)为立体图，(c)为俯视图，(d)为仰视图；图4为本实用新型实施例中绝对串行输出的信号示意图；图5为本实用新型实施例中模拟输出的电路以及曲线图；图6为本实用新型实施例中增量输出的信号示意图。具体实施方式以下结合附图对本实用新型的实施例作详细说明本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。如图2所示，本实施例包括磁体、霍尔元件IC芯片、连接所述霍尔元件IC芯片的第一数字信号处理器、连接所述第一数字信号处理器的AD转换器、连接所述AD转换器的第二数字信号处理器，其中所述霍尔元件IC芯片负责检测器件上方磁铁的磁场的变化，输出磁铁的角度的SIN值和C0S值;所述第一数字信号处理器，根据SIN值和COS值求得角度值，并将角度值传输给AD转换器；所述AD转换器采用13位的高精度AD转换芯片，将角度值的模拟信息量转换为数字信息量；所述第二数字信号处理器将AD转换器传送过来的数字信息量进一步转换为二进制的值。如图3所示，是本实施例的磁性编码器的结构示意图，图中，霍尔元件IC芯片2设置在磁体1下方，霍尔元件IC芯片2固定在基板3上，第一数字信号处理器和AD转换器集成在芯片5内、第二数字信号处理器为芯片4，芯片5和芯片6均设置在基板3的下方。图3(b)中，八个端口6的功能分别如下l.+5v，2.GND,3.A+/CLK+/NC,4.A-/CLK-/NC，5.B+/Data+/NC，6.B-/Data-/NC，7.Z+/NC/Analog，8.Z-/NC/NC另外，本实施例中的编码器引脚设置如下表所示表l引脚的定义<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本实施例可具有如下四种输出方式1.绝对串行输出第二数字信号处理器将获得的角度值转换为为自然二进制输出，如图4所示。2.绝对P丽(脉宽调制)输出第二数字信号处理器将输出的信号通过精度为5%的RC振荡电路，通过较小的误差以减少对P丽的采样率和P丽的脉宽的影响，并通过测量PWM的脉宽t。。和t。ff及脉宽周期，得到大概±0.5°的精度，具体如下12—bitPWM:Position=((tonX4097)/(ton+toff))—1。3.模拟输出第二数字信号处理器，其输出的信号通过外部有源或无源低通滤波器，滤波器对PWM信号取平均值，产生模拟输出。模拟输出电压与角度成正比0o=0V;360o=VDD5V，如图5所示。4.增量输出第二数字信号处理器，其接收到角度绝对数值后，利用查补的算法，可以得到相应的增量ABZ输出方式，如图6所示，这种方式与光电编码器的输出方式吻合。因此可替换光电编码器。权利要求1、一种高精度磁性编码器，其特征在于，包括磁铁、霍尔元件IC芯片、连接所述霍尔元件IC芯片的第一数字信号处理器、连接所述第一数字信号处理器的AD转换器、连接所述AD转换器的第二数字信号处理器，其中所述霍尔元件IC芯片负责检测器件上方磁铁的磁场的变化，输出磁铁的角度的SIN值和COS值；所述第一数字信号处理器，根据SIN值和COS值求得角度值，并将角度值传输给AD转换器；所述AD转换器将角度值的模拟信息量转换为数字信息量；所述第二数字信号处理器将AD转换器传送过来的数字信息量进一步转换为二进制的值。2、根据权利要求1所述的高精度磁性编码器，其特征是，所述AD转换器，采用大于13位的AD转换芯片。专利摘要一种工业控制
技术领域：
的高精度磁性编码器，包括磁铁、霍尔元件IC芯片、第一数字信号处理器、AD转换器、第二数字信号处理器，其中所述霍尔元件IC芯片负责检测器件上方磁铁的磁场的变化，输出磁铁的角度的SIN值和COS值；所述第一数字信号处理器，根据SIN值和COS值求得角度值，并将角度值传输给AD转换器；所述AD转换器将角度值的模拟信息量转换为数字信息量；所述第二数字信号处理器将AD转换器传送过来的数字信息量进一步转换为二进制的值。本实用新型解决了现有技术中磁性编码器的漂移问题，同时提高了磁性编码器的精度，扩大了磁性编码器的应用范围，相比现有的磁性编码器拥有更为广阔的应用前景。文档编号G01D5/12GK201364163SQ20082015831公开日2009年12月16日申请日期2008年12月30日优先权日2008年12月30日发明者戟王申请人:上海骏图电子科技有限公司