轉(zhuǎn)角位置檢測裝置及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及角位置傳感器(俗稱編碼器)領(lǐng)域，尤其是一種用于檢測電機(jī)轉(zhuǎn)角位置的裝置及其檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在電機(jī)控制領(lǐng)域中應(yīng)用的位置檢測裝置主要是編碼器，編碼器一種是將電機(jī)旋轉(zhuǎn)角位置、角速度等物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的位置傳感器，編碼器的制造以及信號(hào)處理水平直接影響到自動(dòng)化水平。
[0003]目前，工程技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的編碼器主要是光電式編碼器，然而，光電編碼器存在一些難以克服的缺點(diǎn):光電編碼器由玻璃物質(zhì)通過刻線而成，其抗震動(dòng)和沖擊能力不強(qiáng)，不適用于塵埃、結(jié)露等惡劣環(huán)境，并且結(jié)構(gòu)和定位組裝復(fù)雜；刻線間距有極限，要提高分辨率必須增大碼盤，從而難以做到小型化；在生產(chǎn)中必須保證很高的裝配精度，直接影響到生產(chǎn)效率，最終影響廣品成本。
[0004]磁電式編碼器可以解決這些不足。中國專利ZL200910137761.0提出了一種磁電編碼器，包括磁鋼環(huán)、導(dǎo)磁環(huán)和磁感應(yīng)元件，其中，導(dǎo)磁環(huán)由兩段或多段同半徑、同圓心的弧段構(gòu)成，相鄰兩弧段留有縫隙，磁感應(yīng)元件置于該縫隙內(nèi)，當(dāng)磁鋼環(huán)與導(dǎo)磁環(huán)發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁感應(yīng)元件將感測到的磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并將該電壓信號(hào)傳輸給相應(yīng)的信號(hào)處理裝置。但是該磁電編碼器的不能夠屏蔽外界磁場的干擾，可靠性和精度不高；另外此編碼器的信號(hào)處理方法會(huì)受溫度、零點(diǎn)漂移等外界因素影響，從而影響檢測精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提出一種轉(zhuǎn)角位置檢測裝置及其檢測方法，不僅簡化了生產(chǎn)工藝，而且提高了信號(hào)精度，減少了產(chǎn)品成本，更好的提高了性價(jià)比。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種轉(zhuǎn)角位置檢測裝置，包括信號(hào)發(fā)生部分和信號(hào)處理部分；所述的信號(hào)發(fā)生部分包括固定在轉(zhuǎn)子上并與轉(zhuǎn)子同軸設(shè)置的磁鋼環(huán)、作為定子的定位支架、固定在定位支架上的多個(gè)磁感應(yīng)元件以及能夠屏蔽外界磁場進(jìn)入的屏蔽環(huán)；所述的屏蔽環(huán)為一個(gè)軟磁材料制成的閉合的圓環(huán)；所述的多個(gè)磁感應(yīng)元件均勻分布在以轉(zhuǎn)子軸心為圓心的圓周上；所述的屏蔽環(huán)設(shè)置在磁感應(yīng)元件的外圈；所述的磁鋼環(huán)與屏蔽環(huán)之間形成磁路區(qū)域；所述的定位支架使得所述的磁鋼環(huán)和屏蔽環(huán)的中心橫截面為同一個(gè)平面，多個(gè)磁感應(yīng)元件的感應(yīng)區(qū)中心均分布在此平面上，感應(yīng)面均朝向軸心；
[0007]所述的信號(hào)處理部分包括模擬信號(hào)處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及數(shù)據(jù)輸出模塊；所述的模擬信號(hào)處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及數(shù)據(jù)輸出模塊依次連接；所述的模擬信號(hào)處理模塊的輸入端連接信號(hào)發(fā)生部分；所述的信號(hào)發(fā)生部分輸出對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子位置的模擬信號(hào)至模擬信號(hào)處理模塊；所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出至數(shù)據(jù)處理模塊；所述的數(shù)據(jù)處理模塊包括區(qū)間劃分角度計(jì)算模塊以及修正系數(shù)計(jì)算模塊；所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入?yún)^(qū)間劃分角度計(jì)算模塊后再根據(jù)修正系數(shù)計(jì)算模塊進(jìn)行各自的的溫漂修正系數(shù)進(jìn)行修正。
[0008]進(jìn)一步的說，本發(fā)明所述的磁感應(yīng)元件的感應(yīng)區(qū)中心在同一平面上且每個(gè)磁感應(yīng)元件到轉(zhuǎn)子中心的距離相等。
[0009]同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種轉(zhuǎn)角位置檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟:
[0010]I)信號(hào)發(fā)生部分產(chǎn)生包含轉(zhuǎn)子角度信息的多路模擬信號(hào)，經(jīng)過模擬信號(hào)處理模塊處理，進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換成多相數(shù)字信號(hào)；
[0011]2)各相數(shù)字信號(hào)根據(jù)上一檢測周期計(jì)算出的各自的修正系數(shù)進(jìn)行修正，消除信號(hào)漂移；
[0012]3)修正后的各相數(shù)字信號(hào)，通過數(shù)據(jù)處理模塊中儲(chǔ)存的信號(hào)與轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)得出角位置數(shù)據(jù)并輸出；
[0013]4)根據(jù)各相信號(hào)得出角位置數(shù)據(jù)之間的差值和各相信號(hào)值，計(jì)算每一相下一個(gè)檢測周期所需要的修正系數(shù)；
[0014]5)在一定時(shí)間周期內(nèi)，重復(fù)執(zhí)行以上I)-4)步。
[0015]具體的說，本發(fā)明所述的步驟I)中，各相數(shù)字信號(hào)的幅值在不同的環(huán)境因素影響下會(huì)有不同幅度的變化；所述的步驟4)中，根據(jù)已知數(shù)據(jù)計(jì)算每一相信號(hào)的修正系數(shù)，并分別對(duì)步驟2)中每一相信號(hào)的漂移進(jìn)行消除。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明增加了屏蔽環(huán)，能夠有效屏蔽外界磁場，使外界磁場不進(jìn)入磁感應(yīng)元件所在區(qū)域，保證磁感應(yīng)元件只感應(yīng)轉(zhuǎn)子磁鋼環(huán)發(fā)出的磁場，有效保證裝置的可靠性和精度，得到更高的角位置檢測精度；并且本發(fā)明根據(jù)每個(gè)信號(hào)得出各自的角位置數(shù)據(jù)，再根據(jù)差值，計(jì)算出各自的修正系數(shù)，能夠適應(yīng)每個(gè)信號(hào)之間漂移量的差異，從而得到更高的角位置檢測精度。
【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0018]圖l(a)_(b)是現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0020]圖3 (a)-(b)是本發(fā)明的信號(hào)發(fā)生部分的剖視圖；
[0021]圖4是本發(fā)明信號(hào)處理部分的原理框圖；
[0022]圖5是本發(fā)明信號(hào)與角度對(duì)應(yīng)曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0024]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中103/142為磁鋼環(huán)，其固定于轉(zhuǎn)子軸上，兩者以同一軸線旋轉(zhuǎn)，130、131、132、133、134、135為磁感應(yīng)元件，被置于136、137、138、139、140、141幾個(gè)呈圓周分布的扇形導(dǎo)磁體之間的氣隙中，感應(yīng)面朝向圓周切線方向，感應(yīng)氣隙中的磁場，氣隙中的磁場即是幾個(gè)扇形導(dǎo)磁體形成的環(huán)形磁路中的磁場。導(dǎo)磁體對(duì)外部干擾磁場有一定的“收集”作用，外部干擾磁場很容易進(jìn)入一個(gè)或幾個(gè)扇形導(dǎo)磁體并在其形成的圓周方向形成磁路，因此幾個(gè)導(dǎo)磁體形成的環(huán)形磁路中不僅包含磁鋼環(huán)產(chǎn)生的磁場，也會(huì)包含干擾磁場。因此，外部干擾磁場很容易被引入磁感應(yīng)元件所感應(yīng)的氣隙，從而對(duì)編碼器的精度和可靠性造成嚴(yán)重影響。
[0025]如圖2、3所示，101為磁鋼環(huán)，其固定于轉(zhuǎn)子軸上，兩者以同一軸線旋轉(zhuǎn)，111、112、113、114為磁感應(yīng)元件，分布于以轉(zhuǎn)子軸心為中心的同一圓周上，102為屏蔽環(huán)，其軸線與磁鋼環(huán)101重合，能夠屏蔽外界磁場，使外界磁場不進(jìn)入磁鋼環(huán)101與屏蔽環(huán)102之間的磁路區(qū)域，103為定位支架，用來固定磁感應(yīng)元件111、112、113、114和屏蔽環(huán)102，并使磁感應(yīng)元件111、112、113、114的感應(yīng)區(qū)中心與磁鋼環(huán)101與屏蔽環(huán)102的軸向中心在同一平面上。
[0026]以