本實(shí)用新型涉及一種測量技術(shù)，具體涉及磁性編碼傳感器。

背景技術(shù)：

根據(jù)檢測原理，目前常用的測量旋轉(zhuǎn)物體的編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。

光電編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。在圓盤上有規(guī)則地刻有透光和不透光的線條，在圓盤兩側(cè)，安放發(fā)光元件和光敏元件。當(dāng)圓盤旋轉(zhuǎn)時，光敏元件接收的光通量隨透光線條同步變化，光敏元件輸出波形經(jīng)過整形后變?yōu)槊}沖，碼盤上有之相標(biāo)志，每轉(zhuǎn)一圈輸出一個脈沖。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90°的兩路脈沖信號。

磁性編碼器經(jīng)常也被稱為磁電式編碼器，其原理是采用磁阻或者霍爾元件對變化的磁性材料的角度或者位移值進(jìn)行測量。磁性材料角度或者位移的變化會引起一定電阻或者電壓的變化，再經(jīng)過電路的信號處理即可輸出信號。

感應(yīng)式編碼器(旋轉(zhuǎn)變壓器)是一種輸出電壓隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化的信號元件。當(dāng)勵磁繞組以一定頻率的交流電壓勵磁時，輸出繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦或余弦函數(shù)關(guān)系，或保持某一比例關(guān)系，或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成線性關(guān)系。

旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子之間的磁通分布符合正弦規(guī)律，因此當(dāng)激磁電壓加到定子繞組上時，通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。其輸出電壓的大小取決于轉(zhuǎn)子的角向位置，即隨著轉(zhuǎn)子偏移的角度呈正弦變化。感應(yīng)電壓的相位角等于轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)角。因此只要檢測出轉(zhuǎn)子輸出電壓的相位角，就知道了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。

電容式編碼器利用的原理與成熟、低成本而且精密的數(shù)字游標(biāo)卡尺相同。它具有兩個柱狀或線狀型式，一個在固定元件上，另一個在運(yùn)動元件上，兩者一起形成了一個配置為發(fā)送器/接收器對的可變電容器。當(dāng)編碼器轉(zhuǎn)動時，處理電路對這些線的變化進(jìn)行計(jì)數(shù)，并利用內(nèi)插法尋找軸的位置和轉(zhuǎn)動方向，建立標(biāo)準(zhǔn)的正交輸出，以及其它編碼器提供的換向輸出。

這些編碼器在實(shí)際的應(yīng)用過程中都存在不同的缺點(diǎn)：

1.光電式編碼器的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，光源壽命偏短。

2.傳統(tǒng)磁性編碼器的缺點(diǎn)是精度低，響應(yīng)時間慢。

3.感應(yīng)式編碼器(旋轉(zhuǎn)變壓器)的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)、信號處理比較復(fù)雜，精度低，體積較大，價格高。

4.電容式編碼器的缺點(diǎn)是工作容易受到外界(特別是濕度)的干擾，工作穩(wěn)定性低，無法滿足大位移(角位移)測量的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對目前常用的測量旋轉(zhuǎn)物體的編碼器普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測量精度不高的問題，需要一種高精度的測量方案。

為此，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種高精度轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)絕對角度位置測量傳感器。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供的高精度轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)絕對角度位置測量傳感器，其包括：磁性編碼器和傳感器本體總成，所述磁性編碼器在周期內(nèi)(一周360度內(nèi)可以設(shè)置多個周期)的磁場呈正弦分布，并整體非接觸且可轉(zhuǎn)動的安置在傳感器本體總成中；所述傳感器本體總成包括不超過5顆磁感應(yīng)芯片、電路板以及導(dǎo)線，不超過5顆的磁感應(yīng)芯片對應(yīng)于磁性編碼器安置在電路板上導(dǎo)線與電路板連接。

優(yōu)選的，所述磁性編碼器通過注塑充磁實(shí)現(xiàn)周期內(nèi)的磁場呈正弦分布。

優(yōu)選的，所述磁性編碼器在一周360度內(nèi)充磁多對磁極，例如但不限于1到20對磁極。

優(yōu)選的，所述磁性編碼器隨目標(biāo)物體旋轉(zhuǎn)的同時，輸出周期變化的連續(xù)磁場。

優(yōu)選的，所述磁性編碼器包括支撐固定圈以及鋪設(shè)在支撐固定圈側(cè)的磁性材料。

優(yōu)選的，所述磁性材料在厚度方向上的磁場強(qiáng)度呈階梯變化。

優(yōu)選的，所述支撐固定圈支撐和定型磁性材料。

優(yōu)選的，所述磁感應(yīng)芯片沿磁性編碼器周向分布在電路板上。

優(yōu)選的，所述磁感應(yīng)芯片為3顆或4顆時沿磁性編碼器周向按一定間隔角度等距分布在電路板上或勻距分布在電路板上。

優(yōu)選的，所述磁感應(yīng)芯片感應(yīng)旋轉(zhuǎn)磁性編碼器產(chǎn)生的變化磁場，形成對應(yīng)的電壓信號，并傳至電路板，所述電路板對采集到的電壓信號進(jìn)行疊加運(yùn)算，最終輸出絕對量式信號。

本實(shí)用新型提供的非接觸式絕對式磁性編碼傳感器，能夠精確測量旋轉(zhuǎn)物體的速度和絕對位置，同時能檢測旋轉(zhuǎn)方向。

同時，該磁性編碼傳感器的測量精度高、響應(yīng)時間快，且工藝簡單，壽命長，能工作在高溫的環(huán)境下。

再者，該磁性編碼傳感器的電路設(shè)計(jì)簡單，實(shí)現(xiàn)方式巧妙，從而研發(fā)投入少，成本低。

附圖說明

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)例中非接觸式磁性編碼傳感器的示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)例中非接觸式磁性編碼傳感器的剖視圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)例中磁性編碼器旋轉(zhuǎn)時，輸出的周期變化的連續(xù)磁場示意圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)例中傳感器本體總成的示意圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)例中傳感器本體總成中磁感應(yīng)芯片、電路板以及磁性編碼器之間的裝配側(cè)視圖；

圖6為本實(shí)用新型實(shí)例中傳感器中磁感應(yīng)芯片的位置排列示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。

參見圖1，其示出本實(shí)用新型實(shí)例中非接觸式磁性編碼傳感器的基本組成結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。

由圖可知，本實(shí)例中的非接觸式磁性編碼傳感器100，主要包括環(huán)形磁性編碼器110、傳感器本體總成120。

其中，環(huán)形磁性編碼器110非接觸的嵌設(shè)在環(huán)形傳感器本體總成120中，并可隨目標(biāo)物體在傳感器本體總成120中旋轉(zhuǎn)。

由此構(gòu)成的非接觸式磁性編碼傳感器100，其中的環(huán)形磁性編碼器110隨目標(biāo)物體旋轉(zhuǎn)的同時，輸出周期變化的連續(xù)磁場(一個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，磁場強(qiáng)度呈正弦分布)；傳感器本體總成120則采集來自于旋轉(zhuǎn)磁性編碼器110的變化磁場，通過計(jì)算對應(yīng)輸出絕對量式信號，作為舉例，這里的絕對量式信號可以為SPI，SSI，Sin/Cos，CAN,RS422，RS485等信號形式，但并不限于此?；谠撔盘枺删_得到旋轉(zhuǎn)絕對角度位置、旋轉(zhuǎn)速度以及旋轉(zhuǎn)方向。

針對上述的原理方案，以下通過一具體應(yīng)用實(shí)例來進(jìn)一步闡釋本原理方案。

本傳感器100中的環(huán)形磁性編碼器110，其主要用于通過旋轉(zhuǎn)輸出不同磁性曲線，使環(huán)形傳感器本體總成120感應(yīng)不同的磁場強(qiáng)度。

參見圖2，其所示為本實(shí)例中環(huán)形磁性編碼器110的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可知，該環(huán)形磁性編碼器110主要由磁性材料111和支撐固定圈112相互配合組成，磁性材料111沿支撐固定圈112的圓周方向鋪設(shè)在支撐固定圈112的外側(cè)面上。

這里的支撐固定圈112，用于支撐和定型磁性材料111，并防止磁性材料111的破損，同時還具有聚磁(集磁)功能；而磁性材料在厚度方向上的磁場強(qiáng)度呈階梯變化。

這里通過固定圈112(即支撐固定圈)的集磁功能，能有效防止外界磁場對磁性材料111的干擾，使磁性材料111的磁力線分布更加均勻，磁場方向聚向磁環(huán)的徑向，磁場強(qiáng)度更可控。

基于上述方案構(gòu)成的環(huán)形磁性編碼器110，其通過注塑充磁實(shí)現(xiàn)周期內(nèi)的磁場呈正弦分布，由此本環(huán)形磁性編碼器110隨目標(biāo)物體旋轉(zhuǎn)的同時，將可輸出如圖3所示的周期變化的連續(xù)磁場，磁場強(qiáng)度呈正弦分布。

本磁性編碼器110在一個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)可充磁n個周期變化的磁場，本實(shí)例方案中，n一般設(shè)置為1到20個。

參見圖4和圖1，本傳感器100中的傳感器本體總成120主要包括不超過5顆的磁感應(yīng)芯片121、電路板122以及導(dǎo)線123等幾部分。

磁感應(yīng)芯片121，為環(huán)形傳感器本體總成120中的感應(yīng)元件，用于感應(yīng)磁性編碼器110旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的磁場變化，形成對應(yīng)的電壓信號。

本實(shí)例中的磁感應(yīng)芯片121由霍爾或磁阻芯片構(gòu)成，本實(shí)例中優(yōu)選采用三顆，對于磁感應(yīng)芯片121的數(shù)量并不限于三顆，根據(jù)需要還可采用一顆，兩顆或者四顆。

參見圖4，本實(shí)例中的這三個磁感應(yīng)芯片121沿圓周方向安置在電路板122上，同時在沿圓周方向分布的三個磁感應(yīng)芯片121的內(nèi)側(cè)形成相應(yīng)的感應(yīng)區(qū)域124，該感應(yīng)區(qū)域124的大小與環(huán)形磁性編碼器110的尺寸對應(yīng)，可容環(huán)形磁性編碼器110非接觸的、可轉(zhuǎn)動的安置在其內(nèi)。

對于磁感應(yīng)芯片121的具體分布方案，可根據(jù)磁感應(yīng)芯片121的具體數(shù)量而定，如磁感應(yīng)芯片121為2顆時，沿磁性編碼器周向(即沿圓周方向)按一定間隔角度分布在電路板上或勻距分布在電路板上；如磁感應(yīng)芯片121為3或4顆時，沿磁性編碼器周向(即沿圓周方向)按一定間隔角度分布在電路板上(如圖6所示)或勻距分布在電路板上(如圖5所示)。

由此當(dāng)環(huán)形磁性編碼器110旋轉(zhuǎn)時，由于環(huán)形磁性編碼器110上具有的特定磁性曲線，使得環(huán)形磁性編碼器110上磁場不斷發(fā)生變化，而三個磁感應(yīng)芯片121分別從不同位置感應(yīng)對應(yīng)的磁場信號，并輸出對應(yīng)的特定信號，即通過三個磁感應(yīng)芯片121感應(yīng)到不同位置的磁場信號，從而輸出特定信號對應(yīng)不同位置。

本實(shí)例中的電路板122為整個傳感器100中的信號處理部件，其與三個磁感應(yīng)芯片121連接，接收并處理三個磁感應(yīng)芯片121感應(yīng)環(huán)形磁性編碼器110旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的周期性磁場變化所形成的電壓信號，輸出絕對量式信號。

為了高效精確的處理三個磁感應(yīng)芯片121傳輸?shù)男盘枺撾娐钒?22中集成有計(jì)算電路，該計(jì)算電路主要由集成運(yùn)算放大器、電阻等電子元器件組成。該計(jì)算電路對磁感應(yīng)芯片的特定信號進(jìn)行波形疊加，輸出絕對量式信號。

本實(shí)例中的導(dǎo)線123為整個傳感器100中的信號輸出部件，其一端與環(huán)形電路板122的輸出端連接，另一端可與相應(yīng)的應(yīng)用電路或設(shè)備連接，將電路板122產(chǎn)生的信號傳出。

為保證信號傳輸?shù)目煽啃?，以及便于傳感器與應(yīng)用電路或設(shè)備的連接，該導(dǎo)線123具體為集成有的接插件的線束(參見圖4)。

根據(jù)上述實(shí)施方案即可形成非接觸式磁性編碼傳感器，該傳感器在具體使用時，將其中的磁性編碼器110與待測目標(biāo)物體連接，并可隨目標(biāo)物體旋轉(zhuǎn)；同時將環(huán)形傳感器本體總成120通過其上的待接插件的線束123與相應(yīng)的應(yīng)用電路或設(shè)備進(jìn)行連接。

其中的磁性編碼器110通過注塑充磁實(shí)現(xiàn)周期內(nèi)的磁場呈正弦分布，磁性編碼器隨目標(biāo)物體旋轉(zhuǎn)的同時，輸出周期變化的連續(xù)磁場(磁場強(qiáng)度呈正弦分布)。

傳感器在供電后，通過分布在電路板上的磁感應(yīng)芯片121(霍爾或者磁阻芯片)采集來自于旋轉(zhuǎn)磁性編碼器產(chǎn)生的變化磁場，形成對應(yīng)的電壓信號并傳至電路板122。

對于磁感應(yīng)芯片121，其分布在環(huán)形磁性編碼器110的四周，具體可沿磁性編碼器周向(即沿圓周方向)按一定間隔角度分布在電路板上或勻距分布在電路板上。

若相鄰磁感應(yīng)芯片之間相隔一定角度α，角度間隔偏差β，磁芯片數(shù)m，則角度α，β與一周內(nèi)周期變化的磁場數(shù)n的關(guān)系遵守以下規(guī)則：

1)α＝360÷n÷m；

2)β＝α×0.4；

以圖6所示布置方案為例，對于8極對數(shù)的磁環(huán)，3磁感應(yīng)芯片的方案，相鄰磁感應(yīng)芯片的間隔角度為α＝360÷8÷3＝15度，角度間隔偏差β＝15×0.4＝6度。

據(jù)此，三顆磁感應(yīng)芯片121分布環(huán)形磁性編碼器110的四周，相鄰磁感應(yīng)芯片之間相隔15度，從三個不同方位同步感應(yīng)磁性編碼器110旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的呈正弦變化的磁場強(qiáng)度，由此產(chǎn)生三路電壓信號，并同步傳至電路板122。而電路板122通過計(jì)算電路對三路信號進(jìn)行波形疊加，輸出絕對量式信號。

可見，本非接觸式磁性編碼傳感器能夠精確測量旋轉(zhuǎn)物體的速度和絕對位置，同時還能檢測旋轉(zhuǎn)方向。

另外，本非接觸式磁性編碼傳感器采用非接觸式磁感應(yīng)原理，具有無磨損、長壽命的特征；而其內(nèi)部的采用1，2，3或4顆磁感應(yīng)芯片(霍爾或磁阻芯片)布置，大大提高信號精度，并性價比最高。

再者，本非接觸式磁性編碼傳感器整體模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，易于與被測應(yīng)用集成，如軸承。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。