專利名稱：差動式軸角磁電編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種差動式軸角磁電編碼器。
背景技術(shù)：
編碼器在自動化控制中進行角度檢測、位置檢測的傳感器，應(yīng)用范圍廣泛；尤其在機器 人的控制中需要大量的軸角編碼器，機器人的關(guān)節(jié)中的軸角編碼器除了要求有準確的絕對位 置輸出信息，還需要編碼器具有良好的抗震性和耐用想，同時要求編碼器體積盡可能??；近 十幾年，發(fā)達國家機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，大批的青少年投入業(yè)余組裝機器人的科技活動，機 器人的部件趨于標準化，出現(xiàn)批量生產(chǎn)勢頭；其中機器人的關(guān)節(jié)是重要和關(guān)鍵部件，而絕對 位置輸出的編碼器是關(guān)節(jié)中的主要和關(guān)鍵部件。
目前廣泛使用的絕對位置輸出的軸角光電編碼器在傳感過程中采用光電耦合(無機械磨 損)而具有長壽命，但最大缺點是成本較高，抗震動性能差；普通的磁電傳感器容易受溫 度影響，精度無保障。

實用新型內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種精度較高的差動式軸角磁電編碼器。 為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種磁電式差動式軸角磁電編碼器，其包括 :轉(zhuǎn)軸、設(shè)于轉(zhuǎn)軸頂部并隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的磁塊、以及設(shè)于磁塊上方的電路板，電路板上對稱設(shè) 于所述磁塊兩側(cè)的第一霍爾元件和第二霍爾元件；所述電路板上設(shè)有用于檢測第一霍爾元件 和第二霍爾元件的輸出信號之差以確定輸出角位移的絕對位置信息的中央處理器，所述第一 霍爾元件和第二霍爾元件的檢測信號輸出端分別與中央處理器的第一霍爾信號輸入端和第二 霍爾信號輸入端相連。
進一步，為確?；魻栃盘柕臏蚀_性以提高軸角檢測精度，所述第一霍爾元件和第二霍爾 元件為線性霍爾器件，且磁塊、第一霍爾元件和第二霍爾元件三者的中心在同一直線上。
進一步，為減小體積，差動式軸角磁電編碼器還包括一端為圓形開口的圓盤形殼體，殼 體的底盤中央設(shè)有安裝孔，所述轉(zhuǎn)軸設(shè)置在該安裝孔中且轉(zhuǎn)軸頂端的磁塊處于底盤上方，電 路板設(shè)與所述殼體的圓形開口上。本實用新型采用磁電耦合方式，無機械磨損，故而壽命長；當1只霍爾元件對應(yīng)N極磁場 最大值時，另一只霍爾元件則對應(yīng)S極磁場的最大值，在旋轉(zhuǎn)磁場變化中，2只霍爾元件的輸 出有明確的對應(yīng)關(guān)系，很容易識別轉(zhuǎn)角和旋轉(zhuǎn)方向；外界溫度變化時，2只霍爾元件輸出的 差值不變，具有良好的適應(yīng)環(huán)境的特性；使用時，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸使磁塊旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場的變化反 映了轉(zhuǎn)軸的角位移，霍爾元件將磁感應(yīng)強度的變化轉(zhuǎn)換成輸出電壓的變化，而將對應(yīng)轉(zhuǎn)軸的 角位移轉(zhuǎn)換成變化與對應(yīng)的電信號的變化聯(lián)系起來。
本實用新型的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(1)本實用新型的差動式軸 角磁電編碼器中采用磁電耦合方式，根據(jù)第一霍爾元件和第二霍爾元件的輸出信號之差確定 輸出角位移的絕對位置信息，故而精度較高。使用時無機械磨損，故而壽命長；另外，其具 有良好的抗震性能，成本較低，還具有數(shù)字接口輸出，體積較小，適用于機器人的關(guān)節(jié)位置 傳感、紡織機械的張力傳感和震動較強的機械裝置中的位置傳感。(2)線性霍爾的輸出電 壓與通過該器件的磁感應(yīng)強度成正比，霍爾輸出電壓與磁感應(yīng)強度的對應(yīng)基本為線性，旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)軸使磁塊旋轉(zhuǎn)，這樣就改變了霍爾元件所處位置的磁感應(yīng)強度，霍爾元件將磁感應(yīng)強度的 變化轉(zhuǎn)換成輸出電壓的變化，故而將對應(yīng)轉(zhuǎn)軸的角位移轉(zhuǎn)換成變化與電信號的變化聯(lián)系起來 ;電壓信號輸出經(jīng)AD轉(zhuǎn)換到微處理器中進行處理，然后用數(shù)字量輸出角位移。(3)每個霍 爾元件的輸出曲線將隨溫度變化而變化，但是兩個霍爾元件輸出的差值不變；因此，差動輸 出進一步改善了編碼器的輸出精度。(4)本實用新型的磁電編碼器具備體積小、長壽命( 非接觸，無磨損)、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好(差動輸出)、抗震性能好(磁電傳感)，因而成 本較低；是家用機器人、玩具機器人的理想傳感器；也可以用到紡織機械的張力傳感；它除 具有原磁電編碼器所有的功能和優(yōu)點外，還具有結(jié)構(gòu)更簡單合理，體積更小，成本更低，抗 震性能優(yōu)異，適合大批量生產(chǎn)；溫度特性明顯改善，達到實用目的。


圖l為現(xiàn)有的差動式磁電編碼器的正面結(jié)構(gòu)示意圖2為本實用新型的差動式磁電編碼器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為本實用新型的差動式磁電編碼器的電路原理具體實施方式(實施例l)
見圖l-3，本實施例的差動式軸角磁電編碼器，其包括轉(zhuǎn)軸6、設(shè)于轉(zhuǎn)軸6頂部并隨轉(zhuǎn)200 軸6旋轉(zhuǎn)的磁塊4、以及設(shè)于磁塊4上方的電路板3，電路板3上對稱設(shè)于所述磁塊4兩側(cè)的第一 霍爾元件2和第二霍爾元件5;所述電路板3上設(shè)有用于檢測第一霍爾元件2和第二霍爾元件5 的輸出信號之差以確定輸出角位移的絕對位置信息的中央處理器，所述第一霍爾元件2和第 二霍爾元件5的檢測信號輸出端分別與中央處理器的第一霍爾信號輸入端和第二霍爾信號輸 入端相連。
為確?；魻栃盘柕臏蚀_性以提高軸角檢測精度，所述第一霍爾元件2和第二霍爾元件5為 線性霍爾器件，其型號為CS3503。，且磁塊4、第一霍爾元件2和第二霍爾元件5三者的中心 在同一直線上。
為減小體積，差動式軸角磁電編碼器還包括一端為圓形開口的圓盤形殼體l，殼體l的底 盤l-l中央設(shè)有安裝孔，所述轉(zhuǎn)軸6設(shè)置在該安裝孔中且轉(zhuǎn)軸6頂端的磁塊4處于底盤1-1上方 ，電路板3設(shè)與所述殼體1的圓形開口上。
所述中央處理器的型號為C8051F330，是內(nèi)置10位AD轉(zhuǎn)換的8位微處理器。第一霍爾元件 2和第二霍爾元件5的檢測信號輸出端分別與中央處理器的AD轉(zhuǎn)換器相連(見圖3)，該中央 處理器具有根據(jù)來自霍爾元件2和霍爾元件5的檢測信號生成相應(yīng)角位移數(shù)字信號輸出的輸出 端。
Wpl和Wp2為調(diào)整電位器，給中央處理器中的AD轉(zhuǎn)換器確定合適的電壓輸入范圍，Cl和 C2為濾波電容。中央處理器連接有遠程通訊用的RS-485通訊芯片U2。中央處理器將第一霍爾 元件2和第二霍爾元件5輸出的電壓信號，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后再經(jīng)線性化處理、計數(shù)出差值后經(jīng)工程 量轉(zhuǎn)換，最后輸出與角位移對應(yīng)的數(shù)字信號。
權(quán)利要求1、一種差動式軸角磁電編碼器，其結(jié)構(gòu)特征在于包括轉(zhuǎn)軸(6)、設(shè)于轉(zhuǎn)軸(6)頂部并隨轉(zhuǎn)軸(6)旋轉(zhuǎn)的磁塊(4)、以及設(shè)于磁塊(4)上方的電路板(3)，電路板(3)上對稱設(shè)于所述磁塊(4)兩側(cè)的第一霍爾元件(2)和第二霍爾元件(5)；所述電路板(3)上設(shè)有用于檢測第一霍爾元件(2)和第二霍爾元件(5)的輸出信號之差以確定輸出角位移的絕對位置信息的中央處理器，所述第一霍爾元件(2)和第二霍爾元件(5)的檢測信號輸出端分別與中央處理器的第一霍爾信號輸入端和第二霍爾信號輸入端相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的差動式軸角磁電編碼器，其特征在于所述第一霍爾元件(2 )和第二霍爾元件(5)為線性霍爾器件，且磁塊(4)、第一霍爾元件(2)和第二霍爾元 件(5)三者的中心在同一直線上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的差動式軸角磁電編碼器，其電路特征在于還包括一端為圓 形開口的圓盤形殼體(1)，殼體(1)的底盤(1-1)中央設(shè)有安裝孔，所述轉(zhuǎn)軸(6)設(shè)置 在該安裝孔中且轉(zhuǎn)軸(6)頂端的磁塊(4)處于底盤(1-1)上方，電路板(3)設(shè)與所述殼 體(1)的圓形開口上。
專利摘要本實用新型涉及一種絕對位置輸出的差動式軸角磁電編碼器，包括轉(zhuǎn)軸、設(shè)于轉(zhuǎn)軸頂部并隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的磁塊、以及設(shè)于磁塊上方的電路板，電路板上對稱設(shè)于所述磁塊兩側(cè)的第一霍爾元件和第二霍爾元件；所述電路板上設(shè)有用于檢測第一霍爾元件和第二霍爾元件的輸出信號之差以確定輸出角位移的絕對位置信息的中央處理器。本實用新型采用磁電耦合方式，無機械磨損，故而壽命長；當1只霍爾元件對應(yīng)N極磁場最大值時，另一只霍爾元件則對應(yīng)S極磁場的最大值，在旋轉(zhuǎn)磁場變化中，2只霍爾元件的輸出有明確的對應(yīng)關(guān)系，很容易識別轉(zhuǎn)角和旋轉(zhuǎn)方向；外界溫度變化時，2只霍爾元件輸出的差值不變，具有良好的適應(yīng)環(huán)境的特性。
文檔編號G01D5/14GK201397144SQ20092030293
公開日2010年2月3日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者王雁平 申請人:常州工學(xué)院