一种编码器及自动化系统的制作方法

1.本实用新型涉及编码器领域，尤其涉及一种编码器及自动化系统。


背景技术：

2.目前各种设备中应用的编码器有许多种，比如光电式编码器，光电式编码器是由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形明暗相间的刻线，有光电发射和接收器件读取并获得信号的一类传感器，主要用来测量位移或角度，其具有测量精度高的优点，同时也存在易污染，抗干扰能力差的缺点。比如磁电式编码器，磁电式编码器则采用磁电式设计，通过磁感应器件、利用磁场的变化来产生变化的电信号并用其提供转子的绝对位置，利用磁器件代替了传统的码盘，弥补了光电编码器的缺陷，更具抗震、耐腐蚀、耐污染、可靠性高、结构更简单，但是磁电式编码器存在磁场一致性不确定，磁感应的磁滞效应，信噪比低等缺点导致磁电式编码器的精度受到限制。各种编码器基于各自的自身问题编码器获得的位置信息准确率较低。
3.因此，如何提高编码器的精度是亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.鉴于上述相关技术的不足，本技术的目的在于提供一种编码器及自动化系统，旨在解决如何提高编码器的精度的问题。
5.一种编码器，包括：至少一个第一感应单元、至少一个第二感应单元、至少一个第一检测单元、至少一个第二检测单元及信号处理单元；所述第一检测单元包括伪随机码道；所述第一感应单元正对所述伪随机码道设置以感应所述伪随机码道的光变化产生第一光编码信号，并将所述第一光编码信号输入至所述信号处理单元得到相对位置信息；所述第二感应单元对应于所述第二检测单元设置，所述第二感应单元感应所述第二检测单元的信号变化产生第二编码信号，并将所述第二编码信号输入至所述信号处理单元得到绝对位置信息和对应的圈数值；所述信号处理单元根据所述相对位置信息，所述绝对位置信息和所述圈数值得到精确位置信息。
6.上述编码器通过伪随机光编码器和另一种编码器结合，即通过一种混合编码器获得精确位置信息，以解决位置信息准确率较低的技术问题，提高了编码器的精度；另外在其中一个编码器出现问题的情况下，剩余的编码器可以正常工作，防止意外发生。
7.可选地，所述第二感应单元和所述第二检测单元包括以下至少一种：所述第二感应单元包括第二光编码芯片，所述第二检测单元包括第二码道，所述第二光编码芯片感应所述第二码道的光变化产生第二光编码信号；所述第二感应单元包括磁编码芯片，所述第二检测单元包括磁性元件，所述磁编码芯片感应所述磁性元件的磁场变化生成磁编码信号；所述第二感应单元包括电感编码芯片，所述第二检测单元包括带线圈的电路板，所述带线圈的电路板设置有激励线圈和感应线圈，所述电感编码芯片感应所述带线圈的电路板的感应电压信号变化；所述第二感应单元包括电容编码芯片，所述第二检测单元包括电容编
码组件，所述电容编码芯片感应所述电容编码组件的信号变化。上述第二感应单元可以在光电编码芯片、磁编码芯片、电感编码芯片、电容编码芯片中选择一种或多种，给了伪随机光编码芯片相结合的芯片有更多的选择性，可结合各自编码方式的优点提高最终获得的位置信息的精度。
8.可选地，所述编码器还包括第一电路板，所述第一电路板包括所述第一感应单元、所述第二感应单元、所述信号处理单元中的至少一种；或，所述带线圈的电路板还包括所述第一感应单元、所述第二感应单元、所述信号处理单元中的至少一种。通过上述第一电路板包括第一感应单元、第二感应单元、信号处理单元中的一种，和带线圈的电路板隔离开来，可尽可能减少电感影响其他信号。而带线圈的电路板中还包括第一感应单元、第二感应单元、信号处理单元中的至少一种，可使得各单元处于同一电路板，利于布局布线。
9.可选地，所述编码器还包括：存储模块；所述存储模块存储有与所述伪随机码道一一对应的伪随机数据和/或，所述存储模块存储所述第二编码信号的数据。所述信号处理单元和所述存储模块集成于同一芯片中，或，所述信号处理单元和所述存储模块集成于不同的芯片中。当信号处理单元和存储模块集成于同一芯片中，利于信号处理单元更快获取到数据。
10.可选地，所述第一感应单元和所述第二感应单元集成在同一芯片中，用于监测所述伪随机码道和所述第二检测单元的变化，分别输出所述第一光编码信号和所述第二编码信号。
11.可选地，所述信号处理单元集成于所述第一感应单元和所述第二感应单元中的任一个芯片；或，所述信号处理单元与所述第一感应单元和所述第二感应单元集成于不同的芯片中。对于信号处理单元集成于第一感应单元和第二感应单元中的任一个芯片中，利于和信号处理单元集成的感应单元的数据发送。
12.可选地，第一光编码信号和第二光编码信号中的至少一种包括以下任一种信号：至少一组方波信号，其中，一组方波信号包括相位差为90度的第一方波信号和第二方波信号；h个周期的正弦信号和f个周期的余弦信号，h大于或等于1，f大于或等于1。
13.而所述感应电压信号包括以下任一种信号：m个周期的正余弦信号，m大于或等于1；至少一个周期的数字信号；脉冲宽度调制信号；两个正交方波信号；相位角为120
°
或60
°
的换向信号；线性模拟信号。其中相位角为120
°
或60
°
的换向信号中换向uvw电路设计上是均等相位角，三者之间是120
°
，若有一个是反向则相位角为60
°
。
14.磁编码信号包括以下任一种信号：至少一个周期的正余弦信号；至少一个周期的数字信号；随角度位置周期变化的pwm信号；至少两个周期的三角波信号；至少两个周期的梯形波信号。
15.可选地，所述编码器还包括光源。
16.可选地，所述光源独立设置，或，所述光源集成在所述第一感应单元，或，所述第二感应单元为所述第二光编码芯片，所述光源集成在所述第二光编码芯片中。
17.可选地，所述第一光编码信号为w个周期；所述第二编码信号为u个周期，其中w＝u，w和u均为大于等于1的正整数。其中第一光编码信号的周期数和第二编码信号的周期数设置为相同，可进一步提高位置信息的精度。
18.基于同样的实用新型构思，本技术还提供一种自动化系统，包括电机、驱动器及如
上述的编码器，所述编码器设置在所述电机上，所述编码器将所述精确位置信息发送给驱动器。
19.上述的自动化系统，包括的编码器通过伪随机光编码器和另一种编码器结合，即通过一种混合编码器获得精确位置信息，以解决位置信息准确率较低的技术问题，提高了编码器的精度；另外在其中一个编码器出现问题的情况下，剩余的编码器可以正常工作，防止意外发生。
附图说明
20.图1为本实用新型实施例提供的一种编码器的俯视图；
21.图2为本实用新型实施例提供的另一种编码器的结构示意图；
22.图3为本实用新型实施例提供的再一种编码器的结构示意图；
23.图4为本实用新型实施例提供的第四种编码器的俯视图；
24.图5为本实用新型另一可选实施例提供的自动化系统的结构示意图。
25.附图标记说明：
26.第一感应单元101、光栅式伪随机码道102、磁编码芯片103、磁片104、信号处理单元105、存储模块106、光编码芯片201、涂层式伪随机码道202、电感编码芯片203、带线圈的电路板204、中央处理器205、第一光编码芯片301、透射式伪随机码道302、透射式光码道303、第二光编码芯片304、现场可编程门阵列305、电容编码芯片401、电容编码组件402、电机501、驱动器502、编码器503。
具体实施方式
27.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的较佳实施方式。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本技术的公开内容理解的更加透彻全面。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。
29.相关技术中存在编码器获取位置信息准确率低的问题。
30.基于此，本技术希望提供一种能够解决上述技术问题的方案，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。
31.本实用新型实施例
32.本实施例提供的编码器包括：至少一个第一感应单元、至少一个第二感应单元、至少一个第一检测单元、至少一个第二检测单元及信号处理单元。其中第一检测单元包括伪随机码道；第一感应单元正对伪随机码道设置以感应伪随机码道的光变化产生第一光编码信号，并将第一光编码信号输入至信号处理单元得到相对位置信息。而第二感应单元对应于第二检测单元设置，第二感应单元感应第二检测单元的信号变化产生第二编码信号，并将第二编码信号输入至信号处理单元得到绝对位置信息和对应的圈数值。信号处理单元根据相对位置信息，绝对位置信息和圈数值得到精确位置信息。
33.其中在一些示例中，伪随机码道可以设置为反射式或透射式。而第一光编码信号可通过信号处理单元的第一信号接口输入至信号处理单元，第二编码信号可通过信号处理单元的第二信号接口输入至信号处理单元。
34.应当理解的是，在一些示例中，第二感应单元和第二检测单元包括以下至少一种：第二感应单元包括第二光编码芯片，第二检测单元包括第二码道，第二光编码芯片感应第二码道的光变化产生第二光编码信号，第二码道包括等距排列的明暗相间可透射光或可反射光的栅格；第二感应单元包括磁编码芯片，第二检测单元包括磁性元件，磁编码芯片感应磁性元件的磁场变化生成磁编码信号；第二感应单元包括电感编码芯片，第二检测单元包括所述带线圈的电路板，带线圈的电路板设置有激励线圈和感应线圈，电感编码芯片感应带线圈的电路板的感应电压信号变化；第二感应单元包括电容编码芯片，第二检测单元包括电容编码组件，电容编码芯片感应电容编码组件的信号变化。其中第一感应单元和第二感应单元可选择性的集成在同一芯片中，用于检测伪随机码道和第二检测单元的变化，分别输出第一光编码信号和第二编码信号。其中磁性元件可以设置为磁环、磁片等。应当注意的是，上述磁性元件仅为示例说明，并不限于上述举例的磁性元件。
35.应当理解的是，第一光编码信号和第二光编码信号中的至少一种包括以下任一种信号：至少一组方波信号，其中，一组方波信号包括相位差为90度的第一方波信号和第二方波信号；h个周期的正弦信号和f个周期的余弦信号，h大于或等于1，f大于或等于1。
36.而所述感应电压信号包括以下任一种信号：m个周期的正余弦信号，m大于或等于1；至少一个周期的数字信号；脉冲宽度调制信号；两个正交方波信号；相位角为120
°
或60
°
的换向信号；线性模拟信号。其中相位角为120
°
或60
°
的换向信号中换向uvw电路设计上是均等相位角，三者之间是120
°
，若有一个是反向则相位角为60
°
。
37.磁编码信号包括以下任一种信号：至少一个周期的正余弦信号；至少一个周期的数字信号；随角度位置周期变化的pwm信号；至少两个周期的三角波信号；至少两个周期的梯形波信号。
38.应当理解的是，一些示例中，编码器还包括第一电路板，第一电路板包括第一感应单元、第二感应单元、信号处理单元中的至少一种。其中在第二检测单元包括带线圈的电路板时，第一电路板包括信号处理单元时，信号处理单元与带线圈的电路板各为独立的电路板，利于信号传输。另一些示例中，编码器中的带线圈的电路板也可以还包括第一感应单元、第二感应单元、信号处理单元中的至少一种，使用同一电路板，利于整体布局布线。
39.应当理解的是，在一些示例中，编码器还可以包括：存储模块。其中存储模块存储有与伪随机码道一一对应的伪随机数据，和/或，存储模块存储第二编码信号的数据。其中伪随机码道的伪随机数列可由伪随机序列的本源多项式产生。在一些示例中，信号处理单元和存储模块可以集成于同一芯片中。比如信号处理单元和存储模块都集成于第一感应单元，这时仅需第二感应单元生成的数据外发至第一感应单元的信号处理单元。上述仅是对于信号处理单元和存储模块集成于同一芯片中的举例说明，并不限定信号处理单元和存储模块集成于何处。在另一些示例中，信号处理单元和存储模块也可以集成于不同的芯片中。当然，也可存储模块集成设置，信号处理单元独立于存储模块设置。存储模块也可以独立于其他器件设置。
40.应当理解的是，在一些示例中，第一感应单元和第二感应单元集成在同一芯片中，
用于监测伪随机码道和第二检测单元的变化，分别输出第一光编码信号和所述第二编码信号。
41.应当理解的是，在一些示例中，信号处理单元可以集成于第一感应单元和第二感应单元中的任一个芯片；或，信号处理单元、第一感应单元、第二感应单元三者集成于同一个芯片；或，信号处理单元与第一感应单元和第二感应单元可以集成于不同的芯片中。
42.应当理解的是，在一些示例中，编码器还包括光源。其中光源可以独立设置。即光源独立于编码器的其他器件，比如独立于第一感应单元、第二感应单元、第一检测单元、第二检测单元及信号处理单元，上述仅是对于光源独立设置的举例说明，并不做具体限定。在一些示例中，光源也可集成在第一感应单元中。在另一些示例中，第二感应单元为第二光编码芯片时，光源也可以集成在第二光编码芯片中。
43.应当理解的是，在一些示例中，第一光编码信号和第二编码信号可以不为同一周期数；比如第一光编码信号的周期数大于第二编码信号的周期数；当然第一编码信号的周期数也可以小于第二编码信号的周期数，可根据具体情况具体选择。而在另一些示例中，第一光编码信号可以为w个周期；第二编码信号可以为u个周期，其中w＝u，w和u均为大于等于1的正整数。其中第一光编码信号的周期数和第二编码信号的周期数设置为相同，可进一步提高位置信息的精度。
44.本实施例的编码器包括至少一个第一感应单元、至少一个第二感应单元、至少一个第一检测单元、至少一个第二检测单元及信号处理单元。其中第一检测单元包括伪随机码道。第一感应单元正对伪随机码道设置以感应伪随机码道的光变化产生第一光编码信号，并将第一光编码信号输入至信号处理单元得到相对位置信息。第二感应单元对应于第二检测单元设置，第二感应单元感应第二检测单元的信号变化产生第二编码信号，并将第二编码信号输入至信号处理单元得到绝对位置信息和对应的圈数值；信号处理单元根据相对位置信息，绝对位置信息和圈数值得到精确位置信息。通过伪随机光编码器和另一种编码器结合，即通过一种混合编码器获得精确位置信息，以解决位置信息准确率较低的技术问题，提高了编码器的精度；另外在其中一个编码器出现问题的情况下，剩余的编码器可以正常工作，防止意外发生。
45.为了便于理解，下面结合附图对本实用新型的编码器进行示例性说明。
46.图1为本实用新型实施例提供的一种编码器的结构俯视图，该编码器包括第一感应单元101、光栅式伪随机码道102、磁编码芯片103、磁片104、信号处理单元105及存储模块106。其中在本实施例中光源集成于第一感应单元101，信号处理单元105和存储模块106都集成于第一感应单元101。第一感应单元101正对光栅式伪随机码道102设置以感应伪随机码道的光变化产生第一光编码信号，并将第一光编码信号输入至信号处理单元105得到相对位置信息。磁编码芯片103对应于磁片104设置，磁编码芯片103感应磁片104的磁场变化产生磁编码信号，并将磁编码信号输入至信号处理单元105得到绝对位置信息和对应的圈数值。信号处理单元105根据相对位置信息，绝对位置信息和圈数值得到精确位置信息。
47.而第一光编码信号包括以下任一种信号：至少一组方波信号，其中，所述一组方波信号包括相位差为90度的第一方波信号和第二方波信号；h个周期的正弦信号和f个周期的余弦信号，h大于或等于1，f大于或等于1。磁编码信号包括以下任一种信号：至少一个周期的正余弦信号；至少一个周期的数字信号；随角度位置周期变化的pwm信号；至少两个周期
的三角波信号；至少两个周期的梯形波信号。第一光编码信号为3个
48.周期，磁编码信号为3个周期。
49.本示例的编码器包括第一感应单元101、光栅式伪随机码道102、磁编码芯片103、磁片104、信号处理单元105及存储模块106。其中在本实施例中光源集成于第一感应单元101，信号处理单元105和存储模块106都集成于第一感应单元101。第一感应单元101正对光栅式伪随机码道102设置以感应伪随机码道的光变化产生第一光编码信号，并将第一光编码信号输入至信号处理单元105得到相对位置信息。磁编码芯片103对应于磁片104设置，磁编码芯片103感应磁片104的磁场变化产生磁编码信号，并将磁编码信号输入至信号处理单元105得到绝对位置信息和对应的圈数值。信号处理单元105根据相对位置信息，绝对位置信息和圈数值得到精确位置信息。解决了位置信息准确率较低的技术问题，提高了编码器生成的位置信息的精度。
50.图2为本实用新型实施例提供的另一种编码器的结构示意图，该编码器包括第一感应单元、涂层式伪随机码道202、电感编码芯片203、带线圈的电路板204、信号处理单元。其中第一感应单元为光编码芯片201，信号处理单元为中央处理器205。在本实施例中光源集成于光编码芯片，中央处理器206设置于第一电路板。光编码芯片201正对涂层式伪随机码道202设置以感应涂层式伪随机码道202的光变化产生第一光编码信号，并将第一光编码信号通过第一信号接口输入至中央处理器205得到相对位置信息。电感编码芯片203对应于带线圈的电路板204设置，电感编码芯片203感应电感线，通过交变电磁场生成至少一个感应电压信号，将感应电压信号通过第二信号接口输入至中央处理器205得到绝对位置信息和对应的圈数值。中央处理器205根据相对位置信息，绝对位置信息和圈数值得到精确位置信息。以提高编码器获取到的位置信息的精度。
51.图3为本实用新型实施例提供的再一种编码器的结构示意图，该编码器包括第一光编码芯片301、透射式伪随机码道302、透射式光码道303、第二光编码芯片304、信号处理单元。其中信号处理单元为现场可编程门阵列，可参见图3中的“305”附图标记。在本实施例中光源集成于第一光编码芯301。第一光编码芯片301正对透射式伪随机码道302设置以感应透射式伪随机码道302的光变化分别产生第一光编码信号，并将第一光编码信号发送至现场可编程门阵列305。第二光编码芯片304正对透射式伪随机码道303设置以感应透射式光码道304，第二光编码芯片304将第二光编码信号输入至现场可编程门阵列305，现场可编程门阵列305根据第一光编码信号、第二光编码信号得到精确位置信息。
52.图4为本实用新型实施例提供的第四种编码器的结构俯视图。该编码器包括第一感应单元101、光栅式伪随机码道102、电容编码芯片401、电容编码组件402、信号处理单元105及存储模块106。其中在本示例中光源集成于第一感应单元101，信号处理单元105和存储模块106都集成于第一感应单元101。第一感应单元101正对光栅式伪随机码道102设置以感应伪随机码道的光变化产生第一光编码信号，并将第一光编码信号输入至信号处理单元105得到相对位置信息。电容编码芯片401对应与电容编码组件402设置，电容编码芯片401感应电容编码组件402的信号变化产生电容编码信号，并将电容编码信号输入至信号处理单元105得到绝对位置信息和对应的圈数值。信号处理单元105根据相对位置信息，绝对位置信息和圈数值得到精确位置信息。
53.本实用新型又一可选实施例：
54.为了提高编码器的精度，本实用新型提供一种自动化系统，下面结合实施例对本实用新型提供的自动化系统进行说明。
55.图5为本实施例提供的自动化系统的结构示意图，该自动化系统包括电机501、驱动器502及如上述任一实施例的编码器503，其中编码器503设置在电机501上，编码器503将精度位置信息发送给驱动器502。
56.其中在一些示例中，编码器可为旋转式编码器；在另一些示例中，编码器可为直线式编码器。通过本实用新型的自动化系统可以解决位置信息准确率较低的技术问题，提高编码器的精度；另外在其中一个编码器出现问题的情况下，剩余的编码器可以正常工作，防止意外发生。
57.应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。