磁感应直线位移绝对值编码器及其数据处理方法和设备与流程

本发明涉及位移测量领域，特别是涉及一种磁感应直线位移绝对值编码器及其数据处理方法和设备。

背景技术：

1、传统的编码器从测量功能上进行划分，可分为增量值编码器和绝对值编码器，增量值编码器还可以叫增量型编码器。

2、其中增量值编码器用于提供当前位置相对于前一位置的信息，不具有记忆当前绝对位置的功能。当机电设备断电时，假若机械位置因外力移动或转动而改变，导致位置产生偏移，而当机电设备重新启动时，增量值编码器将无法判断当前位置的信号与断电前所记录的位置信号是否相同，因而必须调整编码器进行回零的操作。

3、绝对值编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。当机电设备断电后再复电时，绝对值编码器能够即时读取当前转轴旋转角度或绝对位置。

4、现有的磁感应编码器是一种用来检测角度、位置、速度和加速度的感测器，是把机械旋转的角位移或直线位移进行编制、转换为可用于通讯、传输和存储的电信号形式的设备，是机械与电子紧密结合的精密测量器件，广泛应用于电机、汽车、风电、机器人等众多领域。

5、磁感应编码器基于磁传感器技术，而磁传感器技术广泛应用于现代工业和电子产品中，以感应磁场强度及其分布来测量电流、位置、方向等物理参数。在现有技术中，有许多不同类型的传感器用于测量磁场和其他参数，例如采用霍尔(hall)元件、各向异性磁电阻(anisotropic magnetoresistance，amr)元件、巨磁电阻(gaint magnetoresistance，gmr)元件、隧道磁电阻tmr(tunnelmagnetoresistance)元件为测量敏感元件的磁传感器。相比于其它磁性传感元件，隧道磁电阻元件具备微功耗、分辨率高、动态范围大、优异的温度稳定性和极高的灵敏度等优点。绝对值编码器拥有即时读取的优势，其结合采用隧道磁电阻元件的磁感应编码器，在测量线形位移方面同时具备备微功耗、分辨率高、动态范围大、优异的温度稳定性和极高的灵敏度以及即时读取等优点。

6、磁栅尺是一种多见于工业生产自动化机械行业的线形位移测量的磁感应绝对值编码器的元件，磁栅尺关键由磁尺和磁头两个部分构成。磁尺上的n(北极)s(南极)-sn-ns极形成含有不一样方位的电磁场，磁头在顺着磁尺运动的全行程中，感应到电磁场的转变并将这一电磁场转变转换为模拟量输入数据信号或是数据量数据信号输出。磁栅尺的测量精度高，但由于磁尺很薄，它所产生的磁场强度较弱，在一些强磁环境下，磁栅尺会失效。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有的磁感应绝对值编码器不能应用于强磁干扰环境的技术问题，提出一种磁感应直线位移绝对值编码器及数据处理方法和设备。

2、本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

3、一种磁感应直线位移绝对值编码器，包括：磁感应读头、齿条机构、磁力机构；

4、所述齿条机构包括主齿条和游标齿条，所述游标齿条的齿数比所述主齿条的齿数少一个；

5、所述磁力机构位于所述磁感应读头正上方，用于提供所述磁感应读头位移时切割所述齿条机构的感应磁力线；

6、所述磁感应读头位于所述齿条机构正上方，所述磁感应读头与所述齿条机构之间具有间隙，所述磁感应读头能够随被测物体沿着所述齿条机构的轴向方向运动，并根据所述齿条机构切割所述感应磁力线产生正余弦正交差分信号，从而得到所述被测物体的绝对位移。

7、在一些实施例中，所述磁力机构和所述磁感应读头之间设置有高磁导率薄片。

8、在一些实施例中，还包括位于所述齿条机构外侧的外界磁屏蔽机构，所述外界磁屏蔽机构采用高磁导率的材料制成。

9、在一些实施例中，所述磁感应读头与所述齿条机构之间的间隙为0.1mm至0.3mm。

10、在一些实施例中，所述磁感应读头包括磁感应芯片、电路板和壳体，所述电路板封装在所述壳体内，所述磁感应芯片位于电路板背面的正中心。

11、在一些实施例中，所述壳体采用塑胶或塑料材质。

12、在一些实施例中，所述磁力机构采用磁钢或稀土永磁体。

13、本发明还提出了一种基于上述的磁感应直线位移绝对值编码器的数据处理方法，包括如下步骤：

14、s1：所述磁感应读头根据所述齿条机构切割感应磁力线产生正余弦正交差分信号；并对所述正余弦正交差分信号的直流偏置误差、幅值误差和正交相位误差进行实时的修正和补偿；

15、s2：根据修正和补偿后的正余弦正交差分信号分别生成相对于上电时刻的高线数位移相对位置值；

16、s3：根据游标解算原理分析所述正余弦正交差分信号的相位及相位差，通过高线数位移相对位置值计算当前直线位移绝对位置。

17、本发明还提出了一种设备，包括上述的磁感应直线位移绝对值编码器。

18、本发明与现有技术对比的有益效果包括：

19、本发明提供的磁感应直线位移绝对值编码器，将磁感应读头设置于强磁感应强度的磁力机构和双齿条的齿条机构之间，通过主齿条和游标齿条的设计，在磁感应直线位移绝对值编码器工作时，磁感应读头中的磁感应芯片产生正余弦正交差分信号，根据正余弦正交差分信号通过游标解算原理计算被测物体的绝对位移值和当前直线位移绝对位置，从而使得磁感应直线位移绝对值编码器能够应用于强磁干扰环境下。

20、在一些实施例中，还具有如下有益效果：

21、通过在磁力机构与磁感应芯片之间设置高磁导率的高磁导率薄片，确保了磁力机构产生的背磁磁场的均匀性，从而提高磁感应直线位移绝对值编码器的测量精度。

22、还通过在齿条机构外侧设置高磁导率材料的外界磁屏蔽机构，进一步屏蔽外界磁场对磁感应直线位移绝对值编码器的干扰。

23、本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。

技术特征：

1.一种磁感应直线位移绝对值编码器，其特征在于，包括：磁感应读头、齿条机构、磁力机构；

2.如权利要求1所述的磁感应直线位移绝对值编码器，其特征在于，所述磁力机构和所述磁感应读头之间设置有高磁导率薄片。

3.如权利要求1所述的磁感应直线位移绝对值编码器，其特征在于，还包括位于所述齿条机构外侧的外界磁屏蔽机构，所述外界磁屏蔽机构采用高磁导率的材料制成。

4.如权利要求1所述的磁感应直线位移绝对值编码器，其特征在于，所述磁感应读头与所述齿条机构之间的间隙为0.1mm至0.3mm。

5.如权利要求1所述的磁感应直线位移绝对值编码器，其特征在于，所述磁感应读头包括磁感应芯片、电路板和壳体，所述电路板封装在所述壳体内，所述磁感应芯片位于电路板背面的正中心。

6.如权利要求5所述的磁感应直线位移绝对值编码器，其特征在于，所述壳体采用塑胶或塑料材质。

7.如权利要求1所述的磁感应直线位移绝对值编码器，其特征在于，所述磁力机构采用磁钢或稀土永磁体。

8.一种基于权利要求1至7中任一项所述的磁感应直线位移绝对值编码器的数据处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.一种设备，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的磁感应直线位移绝对值编码器。

技术总结
本发明公开了一种磁感应直线位移绝对值编码器及其数据处理方法和设备，该编码器包括：磁感应读头、齿条机构、磁力机构；齿条机构包括主齿条和游标齿条，游标齿条的齿数比主齿条的齿数少一个；磁力机构位于磁感应读头正上方，用于提供磁感应读头位移时切割齿条机构的感应磁力线；磁感应读头位于齿条机构正上方，磁感应读头与齿条机构之间具有间隙，磁感应读头能够随被测物体沿着齿条机构的轴向方向运动，并根据齿条机构切割感应磁力线产生正余弦正交差分信号，从而得到被测物体的绝对位移。本发明将磁感应读头设置于强磁感应强度的磁力机构和双齿条的齿条机构之间，使得磁感应直线位移绝对值编码器抗干扰能力强，能够应用于强磁干扰环境下。

技术研发人员：库万军,刘晋
受保护的技术使用者：华夏磁电子技术开发（深圳）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15